主采煤层顶板结构类型及特点 煤层顶板的三种类型中,什么是采煤工作面顶板管理的直接对象
华北晚古生代陆表海盆地形成广阔的聚煤区域，本次主要以山东的兖州煤田、巨野煤田的龙固井田为例，结合前人研究成果 ( 主要是安徽地区等) ，分析华北地区主采煤层顶板结构类型及其特点。
3.6.1 兖州煤田
3.6.1.1 顶板类型
兖州煤田山西组为浅水三角洲沉积序列，第 3 层煤就是在三角洲平原上聚积形成的。顶板的沉积层序可概化为向上变细层序、向上变粗层序和粗细相间层序，对应的顶板岩体沉积组合关系可分为下硬上软型、下软上硬型和复杂型 3 类。
( 1) 向上变细的层序———下硬上软型顶板
这种类型主要是在以河流作用为主的三角洲平原环境下形成的沉积层序。从下向上，由砂岩 - 粉砂岩 - 砂、泥岩互层 - 泥岩构成。顶板岩体强度由下往上迅速降低，中间存在明显的沉积弱面。由于河道砂岩横向上多呈透镜状，在砂体下两侧大都为泥岩，并随砂岩变薄尖灭，泥岩厚度逐渐加厚。砂岩与泥岩交界面常由于在成岩作用过程中产生的差异压实作用而产生滑面和纵向节理，从而使岩体强度降低，给支护带来一定的困难。
研究区东滩矿补 34 号孔 3上煤层顶板岩层组合为下硬上软型顶板 ( 图3.10) ，由下往上主要包括分流河道、泥炭沼泽、分流间洼地、决口扇及泛滥平原、堤外越岸沉积组合，具有明显向上变细的半韵律粒度结构，岩相变化快，砂体中层理发育，类型丰富。
东滩矿补 16 号孔 3上煤层顶板岩层组合也属于下硬上软型顶板 ( 图3.11) ，由下往上主要包括分流间湾、分流河道、天然堤相，具有明显的旋回构造。层序底部有大型波状层理和交错层理，上部为水平交错层理。整个层序的底部具明显的冲刷构造，冲刷面常沉积为粗砂岩和中砂岩，向上沉积粉砂岩、泥岩和粘土岩，层理构造规模及层厚均有向上递减的趋势。
岩体工程性质与沉积环境存在着密切的关系，在分流河道内沉积的中砂岩与细砂岩形成于较高能量的沉积环境，总体上岩石的粘土含量较少，粒度以砂级为主，经成岩胶结后具有相当高的力学强度。同时在不同的河道深度上，水动力条件也有差异，即由下向上，水动力条件逐渐减弱，底部堆积含泥质包裹体、植物茎干及碎片和粒度较粗的沉积物，粘土质较少，原生孔隙较为发育，在成岩过程中化学胶结物往往难以完全充填胶结这些原生孔隙，成岩后尚存在较大的孔隙度而呈半充填型式，因此在分流河道层序中相对上部的砂岩而言，底部砂岩力学强度有所降低; 而在分流河道的中上部，水力条件较强，粘土杂质较少，并且具有较好的分选性，原生孔隙度适中，在成岩过程中化学胶结物可以较好地胶结充填这些孔隙，因此，整个沉积层序下部即分流河道相的中上部砂岩具有相当高的力学强度，向上至顶部，由于水动力减弱，水位变化等影响，以悬浮载荷沉积作用为主。因此，岩石体力学强度低。上部岩层沉积在分流间洼地、决口扇以及泛滥平原地区，砂泥岩粒度较细，一般为粉砂岩、黏土岩及粉泥或粉细砂岩互层沉积，水动力条件相对较弱，粘土杂质含量明显增加，力学性质有下降的趋势。
图3.10 东滩补 34 号孔煤层顶板组合特征 ( 下硬上软型)
图3.11 东滩补 16 号孔顶板岩层组合型式 ( 下硬上软型)
下硬上软型顶板，在采动过程中顶板稳定性极好，但易造成大面积冒顶事故，需采用特殊方法控制和管理。
( 2) 向上变粗层序———下软上硬型顶板
这种类型主要形成于三角洲平原沉积环境，如大型决口扇和分流间泛滥平原沉积，发育较好的三角洲沉积体系。从下向上粒度逐渐增大，因而沉积物的岩性及结构在垂直层序上具有下细上粗的特征，如煤田内鲍 2002 - 2 号孔煤层顶板组合为下软上硬型 ( 图3.12) 。煤层顶板沉积层序下部为泥炭沼泽、分流间洼地、决口扇三角洲以及分流间泛滥平原，上部为分流河道相及分流间洼地，整体为向上变粗的沉积层序。岩体工程性质由下向上有增高的趋势。
由于沼泽沉积中有大量的植物根茎，炭质含量高，破坏了沉积物的原始结构。定向排列的植物碎片、碎屑化石及镜煤条带形成大量的沉积软弱结构面，使岩体力学强度有所降低。沼泽相之上的泥岩、粉砂岩均形成于较弱的水动力条件，为低能静水环境，以悬浮载荷的沉积作用为主，发育水平层理或波状交错层理，因此岩体工程性质强度低，上部主要为分流河道相砂岩，岩体工程力学性质迅速增高。这类顶板为下软上硬型沉积组合结构，是一种顶板管理条件最为理想的类型 ( 图3.12) 。
下软上硬型顶板，符合岩层发育的一般规律，在采动过程中为比较理想的组合型式，通常要根据顶板下部软质岩石的厚度即直接顶和采高来控制和管理顶板。
( 3) 粗细相间层序———复杂型顶板
这类组合主要形成于越岸沉积、分流间湾和大型决口扇环境，与分流河道相沉积伴生，分布于分流河道的一侧或两侧，其沉积均以灰白色中细粒石英砂岩与深灰色粉砂质泥岩及互层为特征。砂岩中见小型交错层理和波状交错层理 ( 图3.13) 。
复杂型顶板沉积层序由下向上沉积有分流间洼地、分流河道、决口扇、分流间泛滥平原、堤坝等 ( 图3.13) 。沉积形成复杂型顶板时，水动力条件起决定作用。砂泥岩互层形成于水动力强弱交替、变化频繁且剧烈的环境，使得沉积物在成分和结构上产生不均一性和交互性，沉积软弱结构面发育。此外，在较厚的泥岩中往往发育一层或数层炭质页岩或薄煤层。在细砂岩沉积层中局部发育裂隙，充填方解石脉，底部具大型槽状交错层理，具冲刷结构。
顶板岩体沉积组合结构对顶板稳定性产生很大影响。复杂型顶板，从本质上讲，主要有两种组合型式:
1) 煤层顶板由下向上硬度不同，岩性岩层在垂向上旋回变化，因此岩层内层理面发育，类型丰富，分层厚度小，顶板易产生弯曲变形 ( 图3.14) 。
2) 软硬岩层间夹有煤线或薄弱软岩层，形成一软弱结构面，构成复合关系。由于薄顶煤层及其下伏含植物根的粘土岩力学强度小，在采动过程中沿此层易于产生离层冒落。因此，这类顶板稳定性差，管理困难 ( 图3.15) 。
图3.12 鲍 2002 -2 号孔煤层顶板组合 ( 下软上硬型)
图3.13 南屯丁 18 号孔煤层顶板组合 ( 复杂型)
图3.14 东滩 6 -2 号孔煤层顶板组合 ( 复杂型)
图3.15 东滩补 27 号孔煤层顶板岩性组合 ( 复杂型)
3.6.1.2 煤层顶板沉积特征横纵对比
由于煤层顶板沉积岩层形成于不同的时期，因此在横向和纵向上均有变化。
( 1) 顶板岩性分布特点研究区内顶板岩层岩性可以分成两种类型，一类是性质较软弱的泥岩，包括粘土岩、泥岩、粉砂岩以及粉砂质泥岩和泥质粉砂岩等; 另一类是性质较坚硬的砂岩，包括砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩以及相互间的夹层和它们之间的过渡岩性等。
对两类岩层砂岩和泥岩厚度进行统计，分别作出了泥岩厚度等值线图、砂岩厚度等值线图和砂泥比等值线图( 图3.16 至 3.18) ，用来分析岩性在整个兖州煤田的分布规律。
从图3.16 中可以看出兖州煤田内泥岩厚度变化呈近似椭圆状的圈层向外围增厚。特别是在鲍店矿区，中部泥岩厚度较薄，最小值为14.94m ( 鲍3 孔) ，四周向外厚度均有增大的趋势，最大值 60.93m ( 鲍补 15 孔) 。泥岩统计厚度较大的数据还有 60.11m ( 鲍补20 孔) 、50.06m ( 鲍 17 孔) 、50.85m ( 鲍 88 - 5 孔) 、58.08m ( 鲍 1 孔) 。
图3.16 泥岩厚度等值线 ( m) 图
泥岩厚度比较集中的区域，煤层顶板统计厚度的岩层主要由泥岩组成，只有少量粉砂岩和细砂岩的夹层存在。平面上泥岩厚度展布似盆形，中心厚度小，四周厚度大。南屯矿区内存在一个泥岩厚度增高区，最大值为 55.72m ( 231 孔) ，向外泥岩厚度逐渐变薄，最小值为5.58m ( 南补26 孔) ，形态表现似穹窿状。总体上泥岩厚度在整个矿区内呈有规律的带状变化，穿越井田中心大致北东 - 南西向存在一条泥岩薄层带，向两侧泥岩厚度均有所增加，但再向西北及东南方向延伸，泥岩厚度又变薄。
图3.17 砂岩厚度等值线 ( m) 图
砂岩在兖州煤田 3上煤层顶板岩层中的展布规律不如泥岩明显 ( 图3.17) ，但还是可以看出砂岩在全区内有两条贯穿南北、断续分布的厚度增高带，分别位于矿区的东西两侧，且中部零星分布有穹状砂岩增厚区。南部丁 65 号孔砂岩厚度为 53.91m，南补 21 号孔砂岩厚 53.02m，均为砂岩厚度较大区域。向北到东滩井田补 13 号孔砂岩厚 56.78m，东补 14 号孔砂岩厚 55.41m，东补 12 号孔砂岩厚 45.43m。再往北程 18 号孔砂岩厚40.14m，兴 56 号孔砂岩厚 42.95m，兴 49 号孔砂岩厚 48.03m。鲍店矿区内鲍 3 号孔砂岩厚 51.08m，向周围厚度逐渐减小。
砂岩厚度和泥岩厚度变化可以通过图3.16 和图3.17 进行观察对比，分析全区的岩性、岩相变化规律。泥岩厚度变化 ( 图3.16) 与砂岩分布 ( 图3.17) 进行对比，可以看出在泥岩厚度增大的区域，砂岩厚度逐渐减小，而砂岩厚度明显增大的区域，泥岩厚度则相对降低。
图3.18 砂泥比等值线图
图3.18 由砂/泥统计数据编制而成，结合图3.17 和图3.16，可以看出，矿区南部即南屯井田中部，砂泥厚度比值由外围向中心逐渐增大，如南补 26 号孔和丁 65 号孔砂泥比值分别为 6.20 和 5.53，表明本区砂岩最大厚度是泥岩厚度的 5～ 6 倍之多。东滩井田中部，也有一个比值较大的区域，如东补13、14 号孔统计砂泥比值分别为8.16 和9.22，表明这一区域砂岩厚度是泥岩厚度的 8～9 倍。另外在鲍店井田内也有一个砂岩较厚的区域，比值在 3 左右。
( 2) 煤层顶板岩性岩相横向对比
由于不同的沉积环境形成不同的岩层，因此横向上各环境单元也表现出明显的差异性。根据钻孔统计数据和岩性描述特征，在整个矿区进行横向比较，对顶板岩层厚度及岩性相变的过程进行分析研究。
图3.19 主要反映兖州煤田 3上煤层顶板在横向上岩性由泥岩相变为砂岩，再由砂岩逐渐相变为泥岩的横向变化，顶板岩层厚度起伏明显，即使为同一层泥岩或砂岩横向上比较也有很大差异。
如鲍 4 号孔 3 煤层之上直接顶为薄层粉砂岩，到东补 33 号孔相变为粉细砂岩互层，还有薄层泥质岩夹层，至东 15 号孔相变成泥岩，再至东 12 号孔和东 7 号孔又相变为粉砂岩。
直接顶上部一般出现厚层的中砂岩老顶。从鲍 4 号孔直接顶上部为厚层中砂岩，到鲍5 号孔相变为厚层细砂岩，至鲍 44 号孔为厚层中砂岩，东 15 号孔出现厚层中砂岩夹一薄层粉砂岩，东 12 号孔相变为粉细砂岩互层，东 7 号孔出现厚层粗砂岩和中砂岩互层以及薄层细砂岩和中砂岩互层，东2 号孔见细砂岩、中砂岩与粉砂岩互为夹层状薄层产出。
老顶之上为 2 煤层底板，鲍 4 号孔沉积为薄层粉砂岩 - 泥岩的组合方式，鲍 5 号孔出现厚度增大的粉砂岩，鲍 44 号孔为粉砂岩及较厚的泥层组合，东 12 号孔由下向上有粉砂岩、泥岩、细砂岩和粉砂岩的组合型式，东 7、东 2 号孔又相变为粉砂岩、泥岩的组合型式。
再向上一层为 2 煤层，全区基本稳定，厚度在不同地方有所变化。
2 煤层之上，泥岩、粘土岩厚度明显增加，特别在鲍 44 号孔、东补 33 号孔、东 15号孔都有厚层泥岩、粘土岩出现，整体上表现出岩体力学性质低的特点。
由于岩性、岩相全区变化，因此岩体表现出不同的工程地质性质。厚层砂岩且粒度较粗的岩体较稳定; 发育粉砂岩、泥岩或有软弱夹层的岩体工程地质性质相对较弱，由此可以对全区进行横向对比研究。
3.6.1.3 煤层顶板沉积分区
( 1) 3上煤层顶板岩性分区
根据钻孔统计数据，每个钻孔按顶板研究厚度分别计算出泥岩、粘土岩、砂质泥岩以及煤线的厚度总和，粉砂岩和细砂岩、粉细砂岩互层的厚度总和，中砂岩和粗砂岩的厚度总和，然后比较 3 个数据大小，记录其中最大者，以此作为每个钻孔的顶板岩性主体，划分顶板岩性分区 ( 图3.20) 。
图3.19 3煤层顶板岩性横向对比
图3.20 3上煤层顶板岩性分布
图3.20反映了3上煤层顶板岩性分布特点，可以看出顶板以泥岩为主的分区呈零星状展布，面积较小，全区均有分布，局部集中。顶板以中粗砂岩为主的区域，呈近似条状断续分布，北部面积较大，中部和南部呈窄条带状。其余面积煤层顶板以细砂岩和粉砂岩为主体，约占全区的50%，说明井田大部分区域从岩性上判断属比较稳定型。
(2)3上煤层顶板岩性组合类型分区
统计3上煤层直接顶岩性与第一层老顶砂岩之间的组合关系，把顶板岩层组合类型分为老顶与煤层直接接触、煤层-泥岩-老顶组合、煤层-粉细砂岩-老顶组合、煤层-泥岩-粉细砂岩-老顶组合、煤层-粉细砂岩-泥岩-老顶组合等类型。按照各钻孔统计的岩性组合不同，绘出顶板岩性组合分区图(图3.21)。
图3.21主要反映3煤层上部直接顶岩性与老顶岩层的组合关系，本区直接顶与老顶岩层组合可分为5种类型。
1)老顶直接位于煤层之上，这种类型主要位于兖州煤田北部兴隆庄井田内，南部有小面积出现，约占井田面积的15%。老顶砂岩厚度较大，具有很高的力学强度，只有受到较强的动力地质作用时，老顶砂岩的稳定情况才会受到影响，一般较小作用对顶板稳定性影响微弱。所以这类顶板在工程地质上属最稳定顶板。但由于采后应力集中，常发生大面积塌顶，因此采后需要特殊的治理措施控制顶板。
图3.21 3上煤层顶板岩层组合分区
2)粉砂岩、细砂岩-老顶组合型式，指煤层之上有数层较薄的粉砂岩和细砂岩岩层，之上为一厚层老顶砂岩。这样的顶板组合型式全区均有分布，且整体上集中，约占井田面积的35%左右。这类顶板是比较稳定的类型，老顶下部的细砂岩、粉砂岩直接顶具有一定的力学强度，在不考虑其他方面因素的影响时，这种组合方式一般是稳定的，但实际情况往往很复杂，岩层中常有裂面、节理等结构面存在，使岩层的稳定情况大不相同。直接顶板岩层不太厚时常因采动影响而垮落下来，给顶板的稳定分析带来一定的难度。
3)泥岩-粉砂岩-老顶组合型式指直接顶由泥岩和粉砂岩构成，上部与厚层砂岩老顶相接。这类顶板类型主要在矿区北部和中部较集中，一般呈连续带状，约占全区面积的25%。此类顶板属于较不稳定类型，直接顶岩性工程性质很低，随采随落，如果老顶强度不够大，有可能随直接顶一起冒落，造成整个顶板的失稳。
4) 粉砂岩 - 泥岩 - 老顶组合与泥岩 - 粉砂岩 - 老顶组合型式性质类似，岩体工程性质较低，属较不稳定顶板组合类型。仅在煤田东部成窄条带状分布，约占全区面积的 5%左右。
5) 泥岩 - 老顶组合型式指 3上煤层之上为泥岩和厚层老顶砂岩组合，当泥岩很薄时被称为伪顶，如果泥岩有一定的厚度，则归为直接顶。这种类型的顶板是最不稳定的，泥岩的工程性质很低，随煤层向前开采，直接顶泥岩失稳，垮落下来，破坏顶板岩层原有的平衡状态，常产生顶板冒顶事故。
3.6.2 巨野煤田龙固井田
3.6.2.1 顶板类型
巨野煤田龙固井田山西组煤层形成于三角洲平原环境，为浅水三角洲沉积序列，第 3层煤就是在三角洲平原上聚积形成的。顶板的沉积层序可概化为向上变细层序、向上变粗层序和粗细相间层序，对应的顶板岩体沉积组合关系可分为下硬上软型、下软上硬型和复杂型 3 类。
( 1) 向上变细层序———下硬上软型顶板
主要为在以河流作用为主的三角洲平原环境下形成的沉积层序。从下向上，由砂岩 -粉砂岩 - 砂、泥岩互层 - 泥岩构成。顶板岩体力学强度由下往上迅速降低，中间存在明显的沉积弱面。由于河道砂岩体横向上多呈透镜状，在砂体下两侧大都为泥岩，并随砂岩变薄尖灭，泥岩厚度逐渐加厚。砂岩与泥岩交界面常由于在成岩作用过程中产生的差异压实作用而产生滑面和纵向节理，从而使岩体强度降低，给支护带来一定的困难。
研究区 L -1 号孔 3 煤层顶板岩层组合为下硬上软型顶板 ( 图3.22) ，由下往上主要包括分流间湾、分流河道、天然堤、决口扇及泛滥平原沉积组合，具有明显的向上变细的半韵律结构，岩相变化快，砂体中层理发育，类型丰富。层序底部有大型板状交错层理和槽状交错层理，上部为水平层理。整个层序的底部具明显的冲刷构造，冲刷面常沉积为粗砂岩和中砂岩，向上沉积粉砂岩、泥岩和粘土岩，层理构造规模及层厚均有向上递减趋势。龙固 L -12 号孔 3 煤层顶板岩层组合亦属于下硬上软型顶板 ( 图3.23) ，由下往上主要包括分流间湾、分流河道、天然堤、决口扇及分流间洼地沉积组合，具有明显的旋回构造。岩相变化快，砂体常呈透镜体产出，层理发育，类型丰富。
岩体工程性质与沉积环境存在着密切的关系，在分流河道内沉积的中砂岩与细砂岩形成于较高能量的沉积环境，总体上岩石的粘土含量较少，粒度以砂级为主，经成岩胶结后具有相当高的力学强度。同时在分流河道沉积环境中，不同的河道深度水动力条件也有差异，即由下向上水动力条件逐渐减弱，底部堆积了含泥质包裹体、植物茎干及碎片和粒度较粗的沉积物，粘土质较少，原生孔隙较为发育，在成岩过程中化学胶结物往往难以完全充填胶结这些原生孔隙，成岩后尚存在较大的孔隙度而呈半充填型式，因此在分流河道层序中相对上部的砂岩而言，底部砂岩力学强度有所降低; 而在分流河道的中上部，水力条件较强，粘土杂质较少，并且具有较好的分选性，原生孔隙度适中，在成岩过程中化学胶结物可以较好地胶结充填这些孔隙，因此，整个沉积层序下部即分流河道相的中上部砂岩具有相当高的力学强度，向上至顶部，由于水动力减弱、水位变化等影响，以悬浮载荷沉积作用为主。因此，岩石体力学强度低。上部岩层沉积在分流间洼地、决口扇以及泛滥平原地区，砂泥岩粒度较细，一般为粉砂岩、粘土岩及粉泥或粉细互层沉积，水动力条件相对较弱，粘土杂质含量明显增加，力学性质有下降的趋势。
图3.22 龙固矿 L -1 号孔煤层顶板组合特征 ( 下硬上软型)
图3.23 龙固矿 L -12 号孔煤层顶板沉积组合特征 ( 下硬上软型)
下硬上软型顶板，在采动过程中顶板稳定性极好，但易造成大面积冒顶事故，需采用特殊方法控制和管理。
( 2) 向上变粗层序———下软上硬型顶板
这种类型主要形成于三角洲平原沉积环境，如大型决口扇和分流间泛滥平原沉积，发育较好的三角洲沉积体系。从下向上粒度逐渐增大，因而沉积物的岩性及结构，在垂直层序上具有下细上粗的特征，如 L -2 号孔煤层顶板组合为下软上硬型 ( 图3.24) 。煤层顶板沉积层序下部为泥炭沼泽相、分流间洼地及分流间湾相，上部为分流河道相及分流间泛滥平原，整体为向上变粗的沉积层序。岩体工程性质由下向上有增高的趋势。
由于沼泽沉积中有大量的植物根茎，炭质含量高，破坏了沉积物的原始结构。定向排列的植物碎片、碎屑化石及镜煤条带，形成大量的沉积软弱结构面，使岩体力学强度大大降低。沼泽相之上的泥岩、粉砂岩均形成于较弱的水动力条件，一般为低能静水环境，以悬浮载荷的沉积作用为主，发育水平层理或波状交错层理，因此岩体力学强度低，上部主要为分流河道相砂岩，岩体工程力学性质迅速增高。
下软上硬型顶板，符合岩层发育的一般规律，在采动过程中为比较理想的组合型式，通常要根据顶板下部软质岩石的厚度即直接顶和采高来控制和管理顶板。
( 3) 粗细相间层序———复杂型顶板
这类组合主要形成于越岸沉积、分流间湾和大型决口扇环境，与分流河道相沉积伴生，分布于分流河道的一侧或两侧，其沉积均以灰白色中细粒石英砂岩与深灰色粉砂质泥岩及互层为特征。砂岩中见小型交错层理和波状交错层理。
复杂型顶板沉积层序由下向上沉积有分流间洼地、分流河道、决口扇、分流间泛滥平原等 ( 图3 -25) 。沉积形成复杂型顶板时，水动力条件起决定作用。砂泥岩互层形成于水动力强弱交替、变化频繁且剧烈的环境中，使得沉积物在成分和结构上产生不均一性和交互性，沉积软弱结构面发育。此外，在较厚的泥岩中往往发育一层或数层炭质页岩或薄煤层。在细砂岩沉积层中局部发育裂隙，充填方解石脉，底部具大型槽状交错层理，具冲刷结构。
顶板岩体沉积组合结构对顶板稳定性产生很大影响。复杂型顶板，从本质上讲，主要有两种组合型式:
1) 煤层顶板由下向上硬度不同，岩性岩层在垂向上旋回变化，因此岩层内层理面发育，类型丰富，分层厚度小，顶板易产生弯曲变形 ( 图3.26) 。
2) 软硬岩层间夹有煤线或薄弱软岩层，形成一软弱结构面，构成复合关系。由于薄顶煤层及其下伏含植物根的粘土岩力学强度小，在采动过程中沿此层易于产生离层冒落。因此，这类顶板稳定性差，管理困难 ( 图3.25) 。
3.6.2.2 煤层顶板结构分区
( 1) 龙固井田 3 煤顶板岩性分区
根据钻探、测井资料和物探解释结果，确定煤层顶板岩性空间展布，划分顶板岩性分区 ( 图3.27) 。
图3.24 龙固矿 L -2 号孔煤层顶板沉积组合特征 ( 下软上硬型)
图3.25 龙固 144 号孔煤层顶板组合 ( 复杂型)
图3.26 龙固 G -40 号孔煤层顶板岩性组合 ( 复杂型)
图3.27 龙固井田 3 煤顶板岩性分布图
由图3.27 可以看出，龙固井田 3 煤层顶板以泥岩为主的地区呈条带状连续分布，中南部面积较大，北部南北窄条带状分布，面积较小; 顶板以中粗砂岩为主的区域也以条带状分布在井田的中部和南部，面积较小; 其余地区煤层顶板以细砂岩和粉砂岩为主，约占全区的 60%，说明全区大部分区域从岩性上看属于比较稳定区域。
( 2) 龙固井田 3 煤顶板岩性组合类型分区
统计 3 煤层直接顶岩性与第一层老顶砂岩之间的组合关系，把顶板岩层组合类型分为: 老顶与煤层直接接触、煤层 - 泥岩 - 老顶组合、煤层 - 粉细砂岩 - 老顶组合、煤层 -泥岩 - 粉细砂岩 - 老顶组合、煤层 - 粉细砂岩 - 泥岩 - 老顶组合等类型。按照各钻孔统计的岩性组合不同，绘出顶板岩性组合分区图( 图3.28) 。
图3.28 龙固井田 3 煤层顶板岩层组合分区图
图3.28 主要反映 3 煤层上部直接顶岩性与老顶岩层的组合关系，本区直接顶与老顶岩层组合可分为 5 种类型。
Ⅰ.老顶直接位于煤层之上，这种类型主要位于井田东部，呈条带状出现，出现面积较大，约占井田面积的 20%左右，老顶砂岩厚度较大，具有很高的力学强度，只有受到较强的动力地质作用时，老顶砂岩的稳定情况才会受到影响，一般较小作用对顶板稳定性影响微弱。所以这类顶板在工程地质上属最稳定顶板。但由于采后应力集中，常发生大面积塌顶，因此采后需要特殊的治理措施控制顶板。
Ⅱ.粉砂岩、细砂岩 - 老顶组合型式，指煤层之上有数层较薄的粉砂岩和细砂岩岩层，之上为一厚层老顶砂岩。这样的顶板组合型式主要分布在井田西部，井田北部和东南部小面积出现，约占井田的 25%左右。这类顶板是比较稳定的类型，老顶下部的细砂岩、粉砂岩直接顶具有一定的力学强度，在不考虑其他方面因素的影响时，这种组合方式一般是稳定的，但实际情况往往很复杂，岩层中常有裂面，节理等结构面存在，使岩层的稳定情况大不相同。直接顶板岩层不太厚时常因采动影响而跨落下来，给顶板的稳定分析带来一定的难度。
Ⅲ.泥岩 - 粉砂岩 - 老顶组合型式指直接顶由泥岩和粉砂岩构成，上部与厚层砂岩老顶相接。这类顶板类型主要在矿区中部呈连续带状出现，东北部也有部分出现，约占全区面积的 25%。此类顶板属于较不稳定类型，直接顶岩性工程性质很低，随采随落，如果老顶强度不够大，则有可能随直接顶一起冒落，造成整个顶板的失稳。
Ⅳ.粉砂岩 - 泥岩 - 老顶组合与泥岩 - 粉砂岩 - 老顶组合型式性质类似，岩体工程性质较低，属较不稳定顶板组合类型。仅在煤田南部零星出现，约占全区面积的 5%左右。
Ⅴ.泥岩 - 老顶组合型式，指 3 煤层之上以泥岩和厚层老顶砂岩组合，当泥岩很薄时被称为伪顶，如果泥岩有一定的厚度，则归为直接顶。这种类型的顶板是最不稳定的，泥岩的工程性质很低，随煤层向前开采，直接顶泥岩失稳，垮落下来，破坏顶板岩层原有的平衡状态，常产生顶板冒顶事故。
煤层的顶板怎么分类~
1.1煤层的顶板
1.1.1伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.3～0.5m，多由页岩、炭质页岩等组成。
1.1.2直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般在1～2m，多由泥岩、而岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成。
1.1.3基本顶：又叫老顶，是位于直接顶之上或直接位于煤层之上（此时无直接顶和伪顶）的厚而坚硬的岩层。常在采空区上方悬露一段时间，直到达到相当面积之后才能垮落一次，通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石的组成。
直接对象是煤层伪顶，再往上是直接顶，然后是老顶
可采煤层
答：以大峪河为界，详查区东、西部10号煤层特征各异，形成两种类型煤层。西部类型，厚度及结构变化较大，且无明显规律，特厚煤点孤立、零星出现，有1～3层夹矸，不可采区与可采区参差分布;东部类型，厚度薄而稳定，有3～4个分层，一般均不可采。上述东、西差异是由沉积环境不同造成的，当时该区地势西高...
恩洪矿区煤储层特征、含气特征及勘探开发建议
答：摘要:通过对恩洪矿区地质背景、煤储层特征、煤层气赋存特征及控气地质因素的研究,发现该区500～1000m深度煤层煤体结构、孔隙类型、顶底板岩性等条件均有助于煤层气的吸附和保存,但同时也存在渗透率低、储层压力低、煤层非均质性强烈等不利因素。主要煤层平均含气量均大于8m3/t,含气量受埋深和构造控制最为明显...
井工煤矿开采有哪些采煤工艺
答：1. 井下采煤 井下采煤主要分为水平开采和倾斜煤层开采。对于倾角10°以上的煤层，一般采用水平开采，每个水平分为若干采区，依次开采。开采近水平煤层时，先在井田中心开采靠近井筒的盘区，再开采较远的盘区。若有两层或两层以上煤层，先开采最上层的煤层，再自上而下开采其他煤层。地下采煤的落煤技术...
存在的问题及发展趋势
答：构造对顶板稳定性的破坏,尤其是小构造对煤层顶板的破坏最为严重,因此,必须采用一种更先进的勘探手段结合传统地质手段来分析构造发育规律。 3) 加强岩石力学参数特征及其对顶板性能的影响研究。煤层顶板是一个复杂的地质体,不但岩性组成、岩体结构差异大,而且其力学强度存在不均一性,采动条件下的破坏机制必然不同。
早二叠世含煤地层同期构造与聚煤规律
答：含煤1～4层,煤层总厚2.0～6.0m,一般厚3.0m,含可采及局部可采煤层1～2层,一般为1层,编号为C1煤层,位于煤系中下部,距煤系底界3～5m,煤厚0.75～3.50m,一般厚1.50～2.00m,结构简单,层位稳定,有时会分叉为上、下两分层,属不稳定—较稳定型。 (2)煤质及煤类。煤的宏观特征。半暗—光亮型,顶部较暗淡,...
与单一煤层开采相比放顶煤工作面的支撑压力分布有哪些特点
答：（1）采煤工作面前方煤壁一端支承着工作面上方裂隙带及其上覆岩层的大部分重量，即工作面前方支承压力远比工作面后方大；（2）由于采煤工作面的推进，煤壁和采空区冒落带是向前移动的，因此工作面前后方支承压力是移动支承压力；（3）由于裂隙带形成了以煤壁和采空区冒落带为前后支承点的半拱式平衡...
矿井水文地质
答：2.二1煤层顶板砂岩裂隙含水层 二1煤层以上60m范围内,为煤层采动后的冒落破裂影响带,在该影响带内发育的中粗粒砂岩含水层的承压水,将首先充入矿坑,是二1煤层顶板的直接充水含水层。据统计,该范围内发育的中—粗粒砂岩3～5层,主要为大占砂岩和香炭砂岩,厚0～32.87m,平均15.75m,该砂层组多为硅质胶结,致...
煤矿顶板安全事故、特点
答：现今对煤层顶板的研究已形成了岩体结构理论、矿压理论和地质模型、力学模型等理论和方法，地质因素对煤层顶板稳定性起控制作用，顶板类型的划分及综合评价和预测对于顶板管理有重要指导作用。对于矿井采掘工程，煤层顶板稳定性主要由顶板岩体力学性质及岩体中应力分布规律所决定，而顶板力学特征则受顶板地质结构的...
煤层气围岩封闭类型划分
答：故区内具有砂岩型、灰岩型和泥岩型三种顶板类型（图3.3）。直接顶沉积期南区岩相类型与北区相同，但灰岩与砂岩相区明显减少，顶板类型以泥岩型为主（图3.4）。就其煤层甲烷的保存能力而言，南区优于北区。3）区内其他局部可采煤层 北区2＃煤层直接顶沉积期为湖泊粉砂岩、砂质泥岩和泥岩相，后期叠加...
测井曲线识别煤体结构类型
答：运用测井曲线解释煤体结构,对韩城区块63口煤层气井的测井曲线识别及对应测井参数的统计分析,总结了不同煤体结构类型煤的测井响应特征,确定了密度测井、自然伽马测井、电阻率测井及井径测井4组测井响应组合值,及煤体结构类型的划分原则、分层定厚等(张晓玉,2015)。 (一)煤体结构类型判识原则 测井曲线解释构造煤的原...
