上覆岩層
上覆岩層
上覆岩層,一種賦存在煤層之上的岩層,也可稱為頂板。賦存在煤層下方的岩層稱為底板。在掘進巷道之前,地下的岩層或煤層是實體的,上部岩層的重量壓在下部岩層上,處於平衡狀態。這時候岩體不變形,也不會移動。我們在煤層或岩層中掘進一條巷道后,巷道頂部的岩層就要往下落。
一般根據上覆岩層(頂板)是不是容易垮落和距離煤層的遠近,分為偽頂、直接頂和老頂。
偽頂:直接貼在煤層之上,厚度在0.3—0.5米以下,隨著放炮或採煤機採煤容易脫落的岩層。一般是炭質頁岩、頁岩或層狀細砂岩等較鬆軟的岩石。有的煤層上面沒有偽頂。同一個煤層或同一個工作面的偽頂的厚薄也常常發生變化。
直接頂:偽頂上面的岩層,是由具有一定穩定性、回柱后容易隨著垮落的頁岩、砂質頁岩或砂岩組成。它的厚度由幾米到十幾米。有的工作面沒有偽頂,直接頂就直接覆蓋在煤層上面。
老頂:在直接頂之上,一般比較厚,大都由堅硬的砂岩、礫岩或石灰岩組成。采空后懸露到一定面積才垮落一次。少數煤層上面沒有直接頂,老頂直接壓著煤層。
從頂板管理的角度,可以把頂板分成易垮落的鬆軟頂板、中等垮落性頂板、難垮落的堅硬頂板、極難垮落的堅硬頂板和塑性彎曲的頂板等五種類型。針對不同情況,工作面可採取不同的支護和採空區處理方法。
(1)“三帶”的形成
長壁工作面煤層采出后,煤層上的頂板要垮落一部分去充填採空區,這一部分岩層一般稱為垮落帶岩層(相當於直接頂);在採空區,隨著未垮落岩層的沉降,自由空間的高度越來越小,直到不滿足垮落的幾何條件,此刻下位裂隙岩層帶就會形成一種平衡結構,若該結構的運動對采場礦壓有明顯的影響,則該部分岩層相當於老頂,有些學派稱裂隙岩層帶為裂隙帶(值得注意的是,裂隙帶中包括老頂,但不一定全部屬於老頂)。裂隙帶往上至地表為緩沉帶。
(2)對采場礦壓有明顯影響的上覆岩層的範圍
采場一般位於地下數百米乃至上千米的深度,開採實踐表明,有些礦井以每平方米1~2根的單體支柱就能支護住采動空間,說明對采場礦壓有明顯影響的上覆岩層範圍是有限的。
通過對國內外有關資料的研究,特別是對我國開灤礦區和大屯礦區深孔布網的研究得出一般采場的需榨岩層厚度範圍為采高的6~8倍。
岩體中原生結構面的存在及岩石工程施工導致的破壞面將岩層分割為許多塊體。力在塊體中的傳遞規律不同於連續介質。對塊體中應力分佈規律的研究導致了岩石塊體力學理論的產生。采場上覆岩層面接觸塊體結構的研究無疑將豐富塊體力學理論的研究內容。 ·
總而言之,研究采場上覆岩層以面接觸形式形成的塊體結構可用於指導解決採礦工程中岩層控制的相關問題,具有重要的工程實際意義,同時還可以豐富和發展礦山壓力及岩層控制理論,具有重要的理論價值。