主采煤层顶底板工程地质分类
『壹』 岩土体的工程地质分类和鉴定
一、岩体
（一）岩体（岩石）的基本概念岩体（岩石）是工程地质学科的重要研究领域。岩石和岩体的内涵是有区别的两个概念，又是密不可分的工程实体。在《建筑岩土工程勘察基本术语标准》（JG J84-92）中给出的岩石定义是：天然产出的具有一定结构构造的单一或多种矿物的集合体。岩石的结构是指岩石组成物质的结晶程度、大小、形态及其相互关系等特征的总称。岩石的构造是指岩石组成物质在空间的排列、分布及充填形式等特征的总称。所谓岩体，就是地壳表部圈层，经建造和改造而形成的具有一定岩石组分和结构的地质体。当它作为工程建设的对象时，可称为工程岩体。岩石是岩体内涵的一部分。
岩体（岩石）的工程分类，可以分为基本分类和工程个项分类。基本分类主要是针对岩石而言，根据其地质成因、矿物成分、结构构造和风化程度，用岩石学名称加风化程度进行分类，如强风化粗粒黑云母花岗岩、微风化泥质粉砂岩等。岩石的基本分类，在本书第一篇基础地质中有系统论述。工程个项分类，是针对岩体（岩石）的工程特点，根据岩石物理力学性质和影响岩体稳定性的各种地质条件，将岩体（岩石）个项分成若干类别，以细划其工程特征，为岩石工程建设的勘察、设计、施工、监测提供不可缺少的科学依据，使工程师建立起对岩体（岩石）的明确的工程概念。岩石按坚硬程度分类和按风化程度分类即为工程个项分类。
在岩体（岩石）的各项物理力学性质中，岩石的硬度是岩体最典型的工程特性。岩体的构造发育状况体现了岩体是地质体的基本属性，岩体的不连续性及不完整性是这一属性的集中反映。岩石的硬度和岩体的构造发育状况是各类岩体工程的共性要点，对各种类型的工程岩体，稳定性都是最重要的，是控制性的。
岩石的风化，不同程度地改变了母岩的基本特征，一方面使岩体中裂隙增加，完整性进一步被破坏；另一方面使岩石矿物及胶结物发生质的变化，使岩石疏软以至松散，物理力学性质变坏。
（二）岩石按坚硬程度分类
岩石按坚硬程度分类的定量指标是新鲜岩石的单轴饱和（极限）抗压强度。其具体作法是将加工制成一定规格的进行饱和处理的试样，放置在试验机压板中心，以每秒0.5～1.0M Pa的速度加荷施压，直至岩样破坏，记录破坏荷载，用下列公式计算岩石单轴饱和抗压强度：
深圳地质
式中：R为岩石单轴饱和抗压强度，单位为MPa；p为试样破坏荷载，单位为N；A为试样截面积，单位为mm2。
对岩石试样的几何尺寸，国家标准《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-99）有明确的规定，试样应符合下列要求：①圆柱体直径宜为48～54mm；②含大颗粒的岩石，试样的直径应大于岩石的最大颗粒尺寸的10倍；③试样高度与直径之比宜为2.0～2.5。
在此标准发布之前，岩石抗压强度试验的试样尺寸要求如下：极限抗压强度大于75M Pa时，试样尺寸为50mm×50mm×50mm立方体；抗压强度为25～75MPa时，试样尺寸为70mm×70mm×70mm立方体；抗压强度小于25MPa时，试样尺寸为100mm×100mm×100mm立方体。
（G B/T 50266-99）的规定显然是为了方便取样，以金刚石钻头钻探，取出的岩心进行简单的加工，即可成为抗压试样。岩样的尺寸效应对岩石抗压强度是略有影响的。
岩石按坚硬程度分类，各行业的有关规定，虽然各自表述方式有所区别，但其标准是基本一致的（表2-2-1）。
表2-2-1 岩石坚硬程度分类
除了以单轴饱和抗压强度这一定量指标确定岩石坚硬程度外，尚可按岩性鉴定进行定性划分。国标：建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）按表2-2-2进行岩石坚硬程度的定性划分。其他规范的划分标准大同小异。
表2-2-2 岩石坚硬程度的定性划分
岩石坚硬程度的划分，无论是定量的单轴饱和抗压强度，还是加入了风化程度内容的定性标准，都是用于确定小块岩石的坚硬程度的。岩石的单轴饱和抗压强度是计算岩基承载力的重要指标。
（三）岩石按风化程度分类
关于岩石风化程度的划分及其特征，国家规范和各行业的有关规范中均有规定，其分类标准基本一致，表述略有差异。表2-2-3至表2-2-10是部分规范给出的分类标准。
表2-2-3《工程岩体分级标准》（GB50218-94）岩石风化程度划分表
表2-2-4《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）岩石按风化程度分类表
续表
表2-2-5《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）岩石风化程度划分表
表2-2-6《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）岩体风化带划分表
《港口工程地质勘察规范》（JTJ240-97）、《港口工程地基规范》（JTJ250-98）岩体风化程度的划分按硬质、软质岩体来划分，硬质岩石岩体风化程度按表2-2-7划分。软质岩石岩体风化程度按表2-2-8划分。
表2-2-7 硬质岩石岩体风化程度划分表
表2-2-8 软质岩石岩体风化程度划分表
表2-2-9《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB5037-1999）岩石风化程度分类表
续表
表2-2-10 广东省《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）岩石风化程度划分表
国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）对岩石的风化只有第4.1.3条作如下叙述：岩石的风化程度可分为未风化、微风化、中风化、强风化和全风化。未列表给出风化特征，但在岩石坚硬程度的定性划分中（表A.0.1）把不同风化程度的岩石归类到了岩石坚硬程度的类别中。
深圳市标准：《地基基础勘察设计规范》（报批稿）关于岩石风化程度的划分标准，基本采用了《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》GB（50307-1999）的表述形成和内容（表2-2-9），文字略有调整。
纵观各类规范对岩石风化程度的划分，可以看出：
1）除个别规范未列出未风化一类外，岩石风化程度的划分均为未风化、微风化、中等（弱）风化、强风化和全风化。特征描述简繁不一，中等风化与弱风化相对应的风化程度略有差别。
2）风化程度的特征描述，主要是岩石的结构构造变化、节理裂隙发育程度、矿物变化、颜色变化、锤击反映、可挖（钻）性等方面来定性划定。部分规范用波速和波速比及风化系数来定量划定是对岩石风化程度确定的有力支撑。
3）从新鲜母岩到残积土的风化过程是连续的，有些规范把残积土的特征描述放在岩石风化程度划分表中，有一定的道理。国际标准：ISO/TC182/SC，亦将风化程度分为五级，并列入了残积土。从工程角度考虑，残积土对母岩而言已经发生了全面质的变化，物理力学性质和对它的理论研究已属松软土，表中对残积土特征的表述对区别残积土与全风化岩是有现实意义的。
4）国家标准：《工程岩体分级标准》中“岩石风化程度的划分”（表2-2-3）看似简单，规范“条文说明”解释了这一现象，表2-2-3关于岩石风化程度的划分和特征的描述，仅是针对小块岩石，为表2-2-2服务的，它并不代表工程地质中对岩体风化程度的定义和划分。表2-2-2是把岩体完整程度从整个地质特征中分离出去之后，专门为描述岩石坚硬程度作的规定，主要考虑岩石结构构造被破坏，矿物蚀变和颜色变化程度，而把裂隙及其发育情况等归入岩体完整程度这另一个基本质量分级因素中去。
5）上述列表中可以看出，某些规范把硬质岩石和软质岩石的风化程度划分区别开来，而《工程岩体分级标准》中“岩石坚硬程度的定性划分”表（2.2-2）将风化后的硬质岩划入软质岩中。这里有两个概念不可混淆：一是从工程角度看，硬质岩石风化后其工程性质与软质岩相近，可等同于软质岩；二是新鲜岩石中是存在软质岩的，如深圳的泥质砂岩、泥岩、页岩等。
6）相邻等级的风化程度其界线是渐变的、模糊的，有时不一定能划出5个完整的等级，如碳酸盐类岩石。在实际工作中要按规范的标准，综合各类信息，结合当地经验来判断岩石的风化等级。
（四）岩体的结构类型
在物理学、化学及其地质学等学科中对“结构”这一术语的概念是明确的，但有各自的含义，如原子结构、分子结构、晶体结构、矿物结构、岩石结构、区域地质结构、地壳结构等等，岩体作为工程地质学的一个主要研究对象，提出“岩体结构”术语的意义是十分明确的。
岩体结构有两个含义，可以称之为岩体结构的两个要素：结构面和结构体。结构面是指层理、节理、裂隙、断裂、不整合接触面等等。结构体是岩体被结构面切割而形成的单元岩块和岩体。结构体的形状是受结构面的组合所控制的。
事实上，所有与岩石有关的工程，除建筑材料外，都是与有较大几何尺寸的岩体打交道，岩石经过建造成岩（岩浆岩的浸入，火山岩的喷出，沉积岩的层状成沉积，变质岩的混合与动力变质）及后期的改造（褶皱、断裂、风化等），使得岩体的完整性遭到了巨大的破坏，成为了存在大量不同性质结构面的现存岩体。为了给工程界一个明朗的技术路线，不妨以建造性结构面和改造性结构面（软弱结构面）为基础，从各自侧面首先对岩体结构基本类型进行研究，其次将两方面的成果加以综合，即可得出关于岩体结构基本类型的完整概念（图2-2-1）。
（1）以建造性结构面为主的岩体结构基本类型的划分（表2-2-11）
表2-2-11 建造性结构面的岩体结构分类
（2）以改造性结构面（软弱结构面）为主的岩体结构类型的划分（表2-2-12）
表2-2-12 改造结构面为主的岩体结构分类
图2-2-1 岩体结构示意图
（3）由建造性结构面和改造性结构面形成的三维岩体
三维岩体表现出了复杂多变的岩体结构特征，将其综合归纳，形成了较系统的岩体结构类型（表2-2-13）。
表2-2-13 岩体结构类型及其特征
表中表述的岩体结构类型及其特征基本上涵盖了深圳地区岩体的全部结构类型。
（4）岩体完整程度的划分
地质岩体在建造和改造的过程中，岩体被风化、被结构面切割，使其完整性受到了不同程度的破坏。岩体完整程度是决定岩体基本质量诸多因素中的一个重要因素。影响岩体完整性的因素很多，从结构面的几何特征来看，有结构面的密度，组数、产状和延展程度，以及各组结构面相互切割关系；从结构面形状特征来看，有结构面的张开度、粗糙度、起伏度、充填情况、水的赋存等。从工程岩体的稳定性着眼，应抓住影响稳定性的主要方面，使评判划分易于进行。在国标：《工程岩体分级标准》（GB50218-94）中，规定了用结构面发育程度、主要结构的结合程度和主要结构面类型作为划分岩体完整程度的依据，以“完整”到“极破碎”的形象词汇来体现岩体被风化、被切割的剧烈变化完整程度（表2-2-14）。
表2-2-14 岩体完整程度的定性分类表
在1994版的《岩土工程勘察规范》中，未见此表。很明显，此表在《工程岩体分级标准》中出现后，在2001版修订后的《岩土工程勘察规范》中得到了确认和使用。
（五）岩体基本质量分级
自然界中不同结构类型的岩体，有着各异的工程性质，岩石的硬度、完整程度是决定岩体基本质量的主要因素。在工程实践中，系统地认识不同质量的工程岩体，针对其特征性采取不同的设计思路和施工方法是科学进行岩体工程建设的关键。
1994年，国家标准《工程岩体分级标准》（50218-94）给出了岩体基本质量分级的标准（表2-2-15）。在此之前发布的国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-94），该表是作为洞室围岩质量分级标准的。在2001年修订的《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）中，岩体基本质量分级以表2-2-15的形式来分类，岩体基本质量等级按表2-2-16分类。
表2-2-15 岩体基本质量分级
表2-2-16 岩体基本质量等级分类
（六）岩体围岩分类
地铁、公路、水电、铁路以及矿山工程等行业，均有地下洞室和隧道（巷道）开挖，工程勘察均需对工程所处的围岩进行分类。不同的规范对围岩的分类方法略有不同。
1.隧道围岩
《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）和《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）规定，隧道围岩分类按表2-2-17划分。
表2-2-17 隧道围岩分类
续表
2.围岩工程地质
《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）规定，在地下洞室勘察时，应进行围岩工程地质分类。分类应符合表2-2-18规定。
表2-2-18 围岩工程地质分类
上表中的围岩总评分T为岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状5项因素之和。各项因素的评分办法在该规范中均有明确规定。围岩强度应力比亦有专门的公式计算。
3.铁路隧道围岩
《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2001）规定，隧道工程地质调绘时，应根据地质调绘、勘探、测试成果资料，综合分析岩性、构造、地下水及环境条件，按表2-2-19分段确定隧道围岩分级。
表2-2-19 铁路隧道围岩的基本分级
续表
该规范还规定，铁路隧道围岩分级应根据围岩基本分级，受地下水，高地应力及环境条件等影响的分级修正，综合分析后确定。关于岩体完整程度的划分，地下水影响的修正，高地应力影响的修正及环境条件的影响，规范中都有明确的规定。
4.井巷工程围岩
矿山工程中的井巷工程，其功能和结构更为多样，所以井巷工程对围岩的分类更加详尽，各种定性和定量指标明显多于其他标准。《岩土工程勘察技术规范》（YS5202-2004、J300-2004）规定，井巷工程评定围岩质量等级按表2-2-20划分围岩类别。
表2-2-20 井巷工程围岩分类
续表
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5.工程岩体
国家规范：《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）从工程岩体支护设计和施工的需要出发，给出围岩分级表，与表2-2-20相比，仅少了Ⅵ、Ⅶ两类，主要工程地质特征少了岩石质量指标RQD和岩体及土体坚固性系数两栏，其他完全相同。
（七）岩质边坡的岩体分类
《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）对岩质边坡的岩体分类方法，见表2-2-21
表2-2-21 岩质边坡的岩体分类（GB50330-2002）
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表2-2-22 岩体完整程度划分
（八）深圳地区岩体分类、鉴定中存在的问题和改进意见
1）深圳地区的建筑工程除大量的房屋建筑外，公路（道路）桥梁、水利、地铁、铁路等均有大量的投资建设，各行业对岩体质量等级的划分在执行不同规范的分类标准。在当前情况下，这一状况将继续下去。但是，对某一岩体的不同分类标准，仅仅是某一行业的习惯性作法。宏观上看不同分类标准的具体内容并无原则性的区别。无论采用哪种标准都不应该影响岩体评价的正确性。
2）岩体工程特性的评价中，岩体的结构分类应该受到足够的重视。尤其是高大边坡、地质灾害评估等岩体结构对岩体稳定起主导作用的工程项目。只有采取多种科学勘察手段和缜密地进行分析，岩体的结构特征才能弄清楚。
3）岩石风化程度的判断，现场工作除很具经验的野外观察和标准贯入试验外，应多采用岩体波速测试方法，使之成为常用方法之一。准确的波速测试结果，可能比标贯试验所得结果更能准确地判断岩石的风化程度。
4）岩石的风化程度是随埋藏深度的增加而减弱的，风化岩石的强度则是随埋藏深度的增加而增加的。为了充分发挥地基承载力，深圳市地基基础勘察设计规范（送审稿）将厚层花岗岩强风化带分为上、中、下3个亚带，其划分方法见表2-2-23。
表2-2-23 厚层花岗岩强风化带细分
需要指出的是，花岗岩的风化规律一般是上部风化严重，随深度增加而减弱，但也有个别情况，有时随深度增加风化程度并无明显变化，故在划分风化亚带时，应视强风化带的厚度和风化程度改变的深浅，也可以划分一个亚带或两个亚带，不可强求一律划分为3个亚带。
龙岗区的碳酸盐类岩石——灰岩、白云岩、大理岩等基本上不存在全风化和强风化层。由于构造的影响或是其他某种原因（如表面溶蚀剧烈），可能岩石的裂隙比较发育，块度比较小。
二、土体
（一）土体的含义及其工程地质分类
土是泛指还没有固结硬化成岩石的疏松沉积物。土是坚硬岩石经过破坏、搬运和沉积等一系列作用和变化后形成的。土多分布在地壳的最上部。工程地质学把土看作与构成地壳的其他岩石一样，均是自然历史的产物。土的形成时间、地点、环境以及形成的方式不同，其工程地质特性也不同。因此在研究土的工程性质时，强调对其成因类型和地质历史方面的研究具有特殊重要意义。
土的工程地质分类有以下特点：①分类涵盖自然界绝大多数土体；②同类或同组的土具备相同或相似的外观和结构特征，工程性质相近，力学的理论分析和计算基本一致；③获取土的物理力学指标的试验方法基本相同；④工程技术人员，从土的类别可以初步了解土的工程性质。
土的工程地质分类是以松散粒状（粗粒土）体系和松散分散（细粒土）体系的自然土为对象，以服务于人类工程建筑活动为目的的分类。分类的任务是将自然土按其在人类工程建筑活动作用下表现出的共性划分为类或组。
合理的工程地质分类，具有以下实际用途：①根据土的分类，确定土的名称，它是工程地质各种有关图件中划分土类的依据；②根据各类土的工程性质，对土的质量和建筑性能提出初步评价；③根据土的类型确定进一步研究的内容、试验项目和数量、研究的方法和方向；④结合反映土体结构特征的指标和建筑经验，初步评价地基土体的承载能力和斜坡稳定性，为基础和边坡的设计与施工提供依据。
土的工程地质分类有普通的和专门的两类。普通分类的划分对象包括人类工程活动可能涉及的自然界中的绝大多数土体，适用于各类工程，分类依据是土的主要工程地质特征，如碎石土、砂土、黏性土等。专门分类是为满足某类工程的需要，或者根据土的某一或某几种性质而制定的分类，这种分类一般比较详细，比如砂土的密实度分类，黏性土按压缩性指标分类等等。应当指出的是，普通分类与专门分类是相辅相成的，前者是后者的基础，后者是前者的补充和深化。
（二）国外土的工程分类概况
近几十年来，国外在土的工程地质分类研究方面有很大进展，工业和科学技术发达的主要国家，都分别先后制定了各自全国统一的分类标准（表2-2-24）。其中英国、日本、德国的分类均以美国分类为蓝本，结合各自国情适当调整、修改而制定的。
表2-2-24 一些国家的土质分类简况
上述各国的土质分类，都采用了统一分类体系和方法，不仅使各自国内对土质分类有了共同遵循的依据，而且体现了国际统一化的趋势，以促进国际交流与合作。
下列美国的统一分类法（表2-2-25）作为样本，以了解国外分类的标准和方法。
表2-2-25 美国的土的统一分类法
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（三）国内土的工程分类
1.统一分类法
1990年，国家标准《土的分类标准》（GBJ 145-90）发布，并于1991年8月起执行。在此之前或之后，水利水电、公路交通等行业土的分类标准与GBJ 145-90标准没有明显区别。（GBJ 145-90）土的分类如表2-2-26和表2-2-27所示。
表2-2-26 粒组的划分
表2-2-27 土质分类表
2.建筑分类法
国标《建筑地基设计规范》（GB50007-2002）土的分类方法（简称：建筑分类法）如表2-2-28。这是从早期《工业与民用建筑地基基础设计规范》（TJ7-74）（试行）到《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）一直延续下来的土的分类标准。在TJ7-74规范之前，我国一直沿用前苏联规范（HИTY127-55）。建筑分类法在房屋建筑地基基础工程或类似的工程中广泛运用，这在不少行业规范中得以反映，此分类方法也为广大工程技术人员所熟知。目前深圳除公路、铁路行业外，大多采用此分类标准，并纳入到深圳市的地方标准之中。
表2-2-28 土的分类
（四）土的状态分类
土的状态分类属专门分类。对于某种行业或某类工程，土的状态标准是有所区别的，现以《岩土工程勘察规范》（50021-2001）中规定的最常用的分类标准，对碎石土、砂土、粉土的密实度和对粉土的湿度及黏性土的状态进行分类，见表2-2-29至表2-2-34。
表2-2-29 碎石土密实度按M63.5分类
表2-2-30 碎石土密实度按N120分类
表2-2-31 砂土密实度分类
表2-2-32 粉土密实度分类
表2-2-33 粉土湿度分类
表2-2-34 黏性土状态分类
（五）土的现场鉴别方法
1.碎石土密实度现场鉴别方法（表2-2-35）
表2-2-35 碎石土密实度现场鉴别
2.砂土分类现场鉴别方法（表2-2-36）
表2-2-36 砂土分类现场鉴别
3.砂土密实度现场鉴别方法（表2-2-37）
表2-2-37 砂土密实度现场鉴别
4.砂土湿度的现场鉴别方法（表2-2-38）
表2-2-38 砂土湿度现场鉴别
5.粉土密实度现场鉴别方法（表2-2-39）
表2-2-39 粉土密实度现场鉴别
6.粉土湿度现场鉴别方法（表2-2-40）
表2-2-40 粉土湿度现场鉴别
7.黏性土状态现场鉴别方法（表2-2-41）
表2-2-41 黏性土状态现场鉴别
8.有机质土和淤泥质土的分类
土按有机质分类和鉴定方法，《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）的分类方法见表2-2-42。深圳市沿海近岸地区存在大量淤泥或淤泥质土，在上更新统（Q3）的杂色黏土中，有一层泥炭质土，局部有泥炭层发育。
表2-2-42 土按照有机质分类
（六）土的定名和描述
1.统一分类法定名
1）巨粒土和含巨粒的土、粗粒土按粒组、级配、所含细粒的塑性高低可划分为16种土类；细粒土按塑性图、所含粗粒类别以及有机质多寡划分16种土类。
2）土的名称由一个或一组代号组成：一个代号即表示土的名称，由两个基本代号构成时，第一个代号表示土的主成分，第二个代号表示副成分（土的级配或土的液限）；由3个基本代号构成时，第一个代号表示土的主成分，第二个代号表示液限；第三个代号表示土中微含的成分。
《土的分类标准》（G B J145-90），对特殊土的判别，列出了黄土，膨胀土和红黏土。对花岗岩残积土并没有特别加以说明。根据深圳有关单位的经验，花岗岩残积土中的砾质黏性土相当于G B J145-90中的含细粒土砾，代号GF；砂质黏性土相当于细粒土质砾，代号GC-GM；黏性土相当于高液限粉土一低液限粉土，代号M H-M L。对淤泥和淤泥质土，G B J145-90分的不细，从工程需要出发，淤泥和淤泥质土的分类宜按建筑行业标准。
2.建筑行业定名
建筑行业定名依照下列几个标准：
1）土名前冠以土类的成因和年代。
2）碎石土和砂土按颗粒级配定名。
3）粉土以颗粒级配及塑性指数定名。
4）黏性土以塑性指数定名。
5）对混合土按主要土类定名并冠以主要含有物，如含碎石黏土，含黏土角砾等。
6）对同一土层中有不同土类呈韵律沉积时，当薄层与厚层的厚度比大于三分之一时，宜定为“互层”；厚度比为十分之一至三分之一时，宜定为“夹层”；厚度比小于十分之一的土层且多次出现时，宜定为“夹薄层”。当土层厚度大于0.5m时，宜单独分层。
3.土的描述内容
（1）当按统一分类法（GBJ145-90）定名时，应按下列内容描述
1）粗粒土：通俗名称及当地名称；土颗粒的最大粒径；巨粒、砾粒、砂粒组的含量百分数；土颗粒形状（圆、次圆、棱角或次棱角）；土颗粒的矿物成分；土颜色和有机质；所含细粒土成分（黏土或粉土）；土的代号和名称。
2）细粒土：通俗名称及当地名称；土颗粒的最大粒径；巨粒、砾粒、砂粒组的含量百分数；潮湿时土的颜色及有机质；土的湿度（干、湿、很湿或饱和）；土的状态（流动、软塑、可塑或硬塑）；土的塑性（高、中或低）；土的代号和名称。
（2）当按建筑分类法（GB50007-2002）定名时，应按下列内容描述
1）碎石土：名称、颗粒级配、颗粒排列、浑圆度、母岩成分、风化程度、充填物的性质和充填程度、胶结性、密实度及其他特征。
2）砂土：名称、颜色成分、颗粒级配、包含物成分及其含量、黏粒含量、胶结性、湿度、密实度及其他特征。
3）粉土：名称、颜色、包含物成分及其含量、湿度、密实度、摇振反应及其他特征。
4）黏性土：名称、颜色、结构特征、包含物成分及其含量、摇振反应、光泽反应、干强度、韧性、异味及其他特征。
5）特殊性土：除应描述上述相应土类的内容外，尚应描述其特征成分和特殊性质，如对淤泥尚需描述臭味、有机质含量；对填土尚需描述物质成分、堆积年代、密实度和均匀程度等。
6）互层（夹层）土：对具有互层、夹层、夹薄层特征的土，尚应描述各层的厚度及层理特征。
『贰』 煤层顶板分类存在的主要问题
从以上研究来看，煤层顶板稳定性的研究已经很多，但是分类方案不统一，根据作者多年的研究经验，造成这些不统一的原因主要是区域地质条件的差异、个人观点不同等，具体表现在以下几个方面:
1) 影响煤层顶板稳定性评价的指标体系内容不同。现今勘探时对煤层顶板稳定性研究主要有以下几个方面: 第一，主要从构造角度来评价煤层顶板稳定性; 第二，根据岩性组合结合采矿观点进行评价; 第三，从岩石力学角度进行分析。除以上 3 个方面外，随着计算机技术的发展，出现了地球物理学、测井学等多学科技术的应用。然而，无论从哪个角度分析，往往都是注重某一个方面，而忽视其他方面，比如从构造角度来分析，往往在进行评价时，可能注重的是井田内煤层顶板构造的发育强度、分布密度，而往往忽视了从岩性组合以及岩石力学等其他角度进行综合评价。有些评价即使考虑了这几个因素，也往往忽略了其他的水文、地震、地温等一些影响因素，然而，对于现今煤田开采的纵向发展，地温、地压、水文、地震等多方面影响的叠加，已经不仅仅是可以用构造、岩性组合所能解释的。在前人研究的基础上，如何提出多因素综合的分析方法，并采用行之有效的方法进行评价将是未来顶板稳定性评价的重要内容。
2) 评价方法选取对煤层顶板稳定性评价结果影响很大。通过以上总结发现，煤层顶板稳定性评价方法很多，如模糊数学法、人工神经网络法、层次分析法、离散元分析法等，它们都是在强大数学支持基础上提出来的。然而，对于一个未知或少知的煤炭勘探领域，对之评价的结果会因采用的方法不同而导致结果大相径庭，因此，采用不同的评价方法，对煤层顶板稳定性的分类结果也会相差很大。
3) 不同地区顶板稳定性的界定不同。通过总结发现，一般说来顶板稳定性评价分级存在着不同的级别，然而，在不同的研究区内，相同的级别却可能代表不同实质性内容，因此，要建立统一的指标体系，并进行统一的分级分类，这样才能够进行跨区对比研究和分析，有利于综合的煤层顶板稳定性评价。
4) 稳定性因素评价需要进一步确定不同分类。采煤过程中，进行矿山顶板压力分析是个重要的方面，本书侧重于煤层勘探及未知领域煤层顶板稳定性评价，评价方法的复杂性与难度都大大增加，分类级别要求也就比较高，在评价过程中出现了很多难以界定的界别，而现今评价主要采用四分法，即稳定、较稳定、不稳定和极不稳定，但是在实际评价过程中较稳定和不稳定的级别很难确定，因此，本书建议采用五分法，在较稳定与不稳定之间增加一个中等类别。
『叁』 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。
『肆』 采矿过程中煤层顶板的分类、规范
2.1.1 ( 1981 年煤炭工业部颁布) 煤层顶板分类规范
中国煤炭科学院北京开采研究所、中国矿业大学等 34 个单位，根据 350 个工作面的矿山压力观测资料，于 1981 年提出了 《缓倾斜煤层工作面的顶板分类方案》。这一方案被煤炭工业部采用为部颁试用方案。其分类依据是由岩石单轴抗压强度 Rc、节理裂隙间距 b、分层厚度 h 综合而成的强度指标 D。此外，再用直接顶初次垮落步距 L 作为参考指标进行检验。根据对350 个回采工作面的观测统计，按稳定性不同将直接顶分为4 类 ( 表2.1 至表2.3) 。
测定岩石单抽抗压强度 Rc的岩样可取老顶，制作成直径为 48～ 56mm，高径比为1.8～ 2.2 的试样，然后按煤炭工业部部颁标准在实验室测定。
节理裂隙间距 b 以在巷道内肉眼可见的最发育的一组构造裂隙为准。用测定有代表性的 10～15 个观测数据的平均值作为计算指标。
分层厚度 h 指的是不同岩性的岩层间和同一岩性内沿层面间距。可在巷道控顶区观测统计有代表性的 10～15 个数据，用其平均值作为分类的计算指标。
直接顶初次垮落步距 L 是当冒高在 -1.5m 以上、范围占全长度 1/2 以上时面切顶线到开切眼煤壁之间的距离。
如果工作面长度 l 与步距 a 之比小于 3，则可采用等效步距 a' = la/( l + a) 作为分类的参考指标。老顶的分级主要采取直接厚度和采高的比值Km=Σh/m，并参照老顶初次来压步距L，可将老顶分为4级(表2.4)。
表2.1 煤炭工业部部颁试用方案中煤层直接顶分类指标
注:D为强度指标，D=RcC1C2。其中，Rc为岩石单轴抗压强度(MPa);C1为节理影响系数;C2为分层厚度影响系数。C1值可按测量所得到的节理裂隙间距b，然后套表2.2得出;C2值可按所测得的分层厚度h套表2.3得出。
表2.2 b与C1值的关系
表2.3 h和C2值的关系
表2.4 煤炭工业部部颁试用方案中煤层老顶分级指标
2.1.2 ( 1996 年煤炭工业部颁布) 煤层顶板分类规范
( 1) 分类的原则和意义
顶板分类系统是为解决地下工程支护问题而建立的，是经验设计法的一个组成部分，在许多地下结构及采矿设计中，岩体分类已经提供了唯一的系统设计方法，取代了很不可靠的 “误差与验证”方法，成为指导生产实践的有力武器。本分类工作主要遵从了以下几个主要原则:
1) 以煤炭工业部部颁 《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》 ( 以下简称 《顶板分类》)为指导;
2) 将区域的顶板岩体按相似变形特征分成若干组，构成不同的等级类型;
3) 分类反映顶板岩层的主要特征、识别并提供影响顶板强度及稳定性的最显著指标，对其进行细化和量化，具有可比性;
4) 把顶板分类级别和各项采掘支护参数指标相联系，使分类具有实用性和可操作性。
通过分类可以为现场工程设计提供定量依据，增强不同区域岩体的对比度，进一步提高现场调查的可靠性，更好地服务工程判断。
( 2) 分类方法及几个主要特点
1996 年 8 月经原煤炭工业部批准，颁布了新的 《顶板分类》 行业标准，并于 1997 年2 月 1 日正式实施。在新标准中，规定了缓倾斜采煤工作面直接顶稳定性分类为 1 类至 4类，及基本顶压力显现为Ⅰ级至Ⅳ级，直接顶分类数据指标为同一煤层采煤工作面直接顶初次垮落步距的平均值 Iv以及以岩性和结构特征做参考要素。基本顶来压级别以基本顶初次来压当量 Pe作为分级指标，按下列公式计算:
煤层顶板稳定性评价、预测理论与方法
式中:Pe———基本顶初次来压当量，kN/m2;
Lf———基本顶初次来压步距，m;
N———直接顶充填系数(直接顶厚度与煤层采高之比);
hm———煤层采高，m。
该方案较1981年的标准有更好的可操作性和灵活性。方案中关键参数基本顶初次来压步距Lf依赖于矿压实测结果，同时，在工作面支架工作阻力确定方面反映不够直接，特别是在大采高和放顶煤工作面支架工作阻力的确定出现误差时会更大，不能满足工程实际的需要。
尽管顶板来压强度是由直接顶和基本顶共同作用于支架上的载荷决定的，但直接顶载荷是一种恒定载荷，基本顶载荷是伴随初次来压和周期来压而产生的波动载荷，在工作面支架载荷确定时应考虑这种恒定和波动载荷的叠加量级，因而必须考虑顶板来压强度的影响。
2.1.3 采煤过程中煤层顶板分类
井下开采煤层顶板质量取决于顶板岩石成分、结构和沉积构造以及沉积早期差异压实和后期构造作用等，由于煤层顶板岩体受沉积环境演化影响，岩性岩相在横向和纵向上变化很大。位于煤层之上一定距离的岩层都属于顶板岩石这一范畴。位于煤层上面的岩层叫煤层顶板。采矿工程技术人员根据其力学性质、冒落特征、顶板的坚硬程度和距煤层的远近通常将顶板划分为伪顶、直接顶和老顶3种(图2.1)。
图2.1 煤层顶板构成
伪顶:紧贴煤层之上，极易垮落的薄岩层，厚度一般在0.5m以下，多由松软的泥岩、炭质页岩组成。伪顶的特点是随采随落，很难保留在工作面的上方，它的力学强度极低。所以伪顶对顶板的稳定性没有任何意义。有的煤层缺失伪顶。
直接顶:是指位于伪顶之上的岩层，煤层以上无伪顶时它可紧贴煤层。通常由泥岩、页岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层组成，一般厚度为1～2m，均具有一定稳定性。所以当工作面煤层被采落时，直接顶不会立即垮落。多数直接顶在回柱放顶时会垮落，有的则需人工强制放顶。直接顶是采掘工作面的支护对象，如果支护得不好，就会造成冒顶事故。多为页岩、粉砂岩等较易垮落的岩层组成，具有一定的力学强度。直接顶的稳定性是影响工作面回采的关键。有的煤层之上没有伪顶也没有直接顶，仅有老顶。
老顶: 又称基本顶，是指位于直接顶之上、有一定厚度的坚硬岩层。一般厚度较大，坚硬，整体性强，常为砂岩、砾岩、石灰岩等组成，能保持一定的控顶距。其特点是回柱后不自行垮落，往往只发生缓慢下沉。它也可能紧贴煤层之上。基本顶在采空区上方悬露到一定面积后才能垮落，一般只发生缓慢下沉。如果工作面支护不好，往往会造成大面积冒顶事故。因此，它对工作面顶板压力影响很大。
有的煤层上面没有伪顶。直接顶、老顶由下向上依次发育的顶板符合规律性成岩理论，这样的顶板类型简单，容易管理。三者不同时发育，或发育顺序没有一定的规律性时，顶板类型复杂，难于管理，易发生顶板事故。
从顶板管理角度和顶板岩性分析可将顶板分为易垮落的松软顶板、中等垮落顶板、难垮落的坚硬顶板、极难垮落的坚硬顶板和塑性弯曲顶板等 5 类顶板。
1) 易垮落的松软顶板: 一般是较易垮落的岩层，能随回柱垮落并能充满采空区，工作面来压比较缓和。
2) 中等垮落顶板: 直接顶为松散岩层，厚度不大，能随回柱垮落但不能充满采空区，工作面有周期来压现象。
3) 难垮落的坚硬顶板: 是直接覆盖煤层的基本顶，不能随回柱垮落。周期来压较明显，常常造成工作面条件恶化。
4) 极难垮落的坚硬顶板: 煤层之上覆盖极坚硬的厚岩层，采空区悬顶面积可达几千甚至几万平方米而不垮落，一旦垮落常会形成狂风、巨响，易造成重大事故。如大同矿务局某矿 1961 年 10 月的一次大冒顶，面积达 12.8 ×104m2。
5) 塑性弯曲顶板: 指直接顶具有一定厚度的塑性较大的坚硬岩层，回柱后不垮落而随采空面积增大呈缓慢弯曲下沉，逐渐与底板接触。
『伍』 煤矿顶板、老顶的划分及标准
根据顶底板岩层相对煤层的位置和垮落性能，强度等特征的不同，从上至下顶板划分为基本顶（老顶）、直接顶、伪顶三个部分；底板分为伪底、直接底及老底三个部分。不过，对于某个特定的煤层来说，其顶底板的这六个组成部分不一定发育俱全。可能缺失某一个或几个组成部分的岩层。
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。
1.2煤层底板
1.2.1伪底：直接位于煤层之下的薄层软弱岩层，多为炭质页岩或泥岩，厚度一般为0.2～0.3m。
1.2.2直接底：直接位于煤层之下硬度较低的岩层，厚度一般由几十厘米到1米左右，通常由泥岩、页岩或粘土岩。若直接底为粘土岩，则遇水后易膨胀，可能造成巷道底鼓与支架插底现象，轻者影响巷道运输与工作面支护，重者可使巷道遭受严重破坏。
1.2.3老底：指位于直接底之下，比较坚硬的岩层，多为砂层，石灰岩等。
2 采煤工作面顶板分类
根据工作面顶板冒落的难易程度，将顶板分为五类。
2.1易冒落的松软顶板。该类顶板的特点是煤层顶板是易垮落的松软岩层，回柱后顶板能立即冒落，且能填满采空区。这类顶板由于冒落比较充分，使位于裂隙带的老顶岩层，在回采过程中，很容易取得平衡，因而老顶的开裂，弯曲下沉，对工作面几乎没有什么影响，工作面来压比较缓和，无明显的周期压力，靠采空区一侧的顶板下沉量较稳定，顶板容易管理。
2.2中等冒落性的顶板。该类顶板的特点是直接顶，厚度一般小于煤层平等的6～8倍，其上部为比较坚硬的老顶，虽然回柱后直接顶随之垮落，但因厚度不大，不能填满采空区，老顶则置于悬露状态，当工作面推进一段距离后老顶才开始垮落，此时因采空区落差较大，致使工作面呈现周期来压状态，严重时可使采场切顶垮面。对于这类顶板应注意老顶的活动规律。
2.3难冒落的坚硬顶板。这类顶板的特点是老顶直接赋于煤层之上，或有一伪顶，无直接顶，由于老顶垮时采空区的落差太大，使工作面呈现明显的周期来压，工作面平时的下沉量及下沉速度较小，而当周期来压时下沉速度急剧增加，工作面顶板情况迅速恶化，应当注意及时采取措施。
2.4极难冒落的坚硬顶板。这类顶板的特点是煤层板为极其坚硬的整体性厚岩层，在采空区能悬露上万平方米而不垮落，当垮落时则能形成暴风，致使工作面造成垮面和严重破坏。
2.5可塑性弯曲的顶板。该类顶板的特点是直接顶，虽是具有一定厚度的坚硬岩层（如砂岩、石灰岩），但由于其中存在有平行于工作面的节理裂隙，采煤后顶板下沉，在移动过程中断裂成块，但仍互相挤在一起具有传递水平的能力，就像“砌体梁”一样，各岩块互相牵制而成平衡，随工作面推进顶板弯曲下沉接触底板
『陆』 煤层顶板分类研究进展
煤层顶板分类方法众多，随着世界采煤业的发展，出现了很多种对煤层顶板的划分方案。我国煤层顶板研究在世界上处于领先地位，勘探阶段的煤层顶板稳定性研究主要源于20 世纪 70 年代，当时阜新矿业学院王维纯等 ( 1972) 发表文章 “谈缓倾斜煤层的顶板分类”指出煤层顶板分类的依据主要有两个: 下伏岩层的稳定性和上覆岩层的稳定性、垮落性。前者是决定控顶区顶板破坏的首要因素，是选择架型的主要依据; 后者是决定支架工作参数的主要因素，对选型有重要作用，并指出了煤层顶板划分方案。1981 年煤炭工业部颁布了新的煤层顶板分类方案，得到了广泛的应用。其后，1982 年 “顶板分类研究组”在 《煤炭学报》发表文章将直接顶按照岩性指标和工程指标等将其划分为 4 类，即不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板和坚硬顶板。姜荣超等 ( 1988) 结合煤炭工业部颁发的煤层顶板分类方案采用点荷法对缓斜煤层直接顶板进行了分类并对老顶进行了分级。丁述礼等 ( 1994) 利用钻孔资料开展了单因素分析综合评价的方法，将煤层顶板稳定性评价指标划分为 11 个指标，最后采用模糊数学的方法综合提出煤层顶板稳定性 4 个等级: 稳定、较稳定、不稳定和极不稳定。涂敏 ( 1995) 运用模糊聚类法分析了煤层顶板稳定性，将煤层顶板稳定性划分为 3 类: 稳定、中等稳定和不稳定。王生全等 ( 1997)利用综合指数等方法对河北邢台显得旺井田进行了稳定性评价，将研究区顶板稳定性分为4 种: 稳定顶板、较稳定顶板、不稳定顶板和极不稳定顶板。张树光等 ( 2000) 通过运用离散等数学理论，对煤层顶板进行了力学分析，并指出了顶板变形特征及破坏机理。刘衡秋等 ( 2002) 利用模糊评判方法，将煤层顶板稳定性分为 5 类，指出了潘西煤矿顶板稳定性分区。郭德勇等 ( 2002) 根据地质构造因素控制煤层顶板稳定性作用的研究，提出煤层顶板稳定性预测评价的矿井地质构造特征解析方法，并对平顶山十三矿煤层顶板稳定性进行了预测研究，将十三矿井田煤层顶板分为稳定型、中等稳定型、不稳定型和极不稳定型。文红伟等 ( 2004) 从 9 个方面采用模糊评判法对煤层顶板稳定性进行了评价，并将山西地区沁水盆地主采煤层顶板分成 4 种类型: 稳定型顶板、较稳定型顶板、不稳定型顶板和极不稳定型顶板。吴教锟等 ( 2004) 对朱家河井田进行了煤层顶板稳定性评价，采用模糊动态聚类与回归分析等方法，将煤层顶板稳定性评价为 4 类: Ⅰ类不稳定顶板，Ⅱ类中等稳定顶板，Ⅲ类稳定顶板和Ⅳ类非常稳定顶板。高峰等 ( 2005) 采用可拓学理论对其研究区铜矿顶板进行了评价，将顶板评价为 5 个级别: 极稳定、稳定、中等、不稳定和极不稳定。刘海燕等 ( 2006) 采用层次分析法和两极模糊评判法对兖州煤田顶板稳定性进行了评价，将研究区煤层顶板划分为 4 种类型: 非常稳定、稳定、中等稳定和不稳定。潘建西等 ( 2006) 采用声波测井方法对煤层顶板稳定性进行了评价，并将煤层顶板稳定性分为 4 种: 不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板和坚硬顶板。刘钦甫等 ( 2007)结合模糊数学理论和灰色理论等方法，对潘三矿煤矿顶板进行了评价，评价结果为 3 类:好、中等和差。张保东 ( 2007) 采用模糊数学方法对贵州五风一煤矿主采煤层顶板稳定性进行了评价，将其划分为 4 个等级: 稳定性、较稳定、不稳定和极不稳定。李增学等( 2008) 通过采用人工神经网络方法对龙固井田煤层顶板稳定性进行了评价，将主采煤层顶板划分为稳定型、较稳定型、中等稳定型、较不稳定型、不稳定型 5 级。
综合以上研究来看，关于煤矿顶板稳定性评价的方法较多，但是，至今没有一个完全统一的标准和方案。当前划分方案主要有 3 种。第一种，将煤层顶板稳定性划分为 3 类:稳定、中等和不稳定; 第二种，也是现今运用得最多的方案，将煤层顶板稳定性划分为 4类，即稳定、较稳定 ( 中等) 、不稳定和极不稳定; 第三种，将煤层顶板稳定性划分为 5类，即稳定、较稳定、中等、不稳定和极不稳定。
『柒』 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回岩层，厚度一般答为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。
『捌』 顶板定性及岩性分类
井下开采煤层顶板质量取决于顶板岩石成分、结构和沉积构造以及沉积后早期差异压实和后期构造作用等，煤层顶板岩体由于沉积环境的演化，岩性岩相在横向和纵向上变化很大。采矿工程技术人员根据其力学性质和冒落特征通常将顶板划分为 3 类，也就是前文提到的伪顶、直接顶和老顶。其中，伪顶一般是由炭质泥岩或炭质页岩组成，力学强度低，随采垮落; 直接顶一般由泥岩和砂质泥岩组成，具有一定的力学强度，通常能保持一定宽度的空顶而不冒落，便于支护; 老顶一般由厚层的砂岩组成，能保持一定的空顶距，从而使采场的空间在一定时间内保持稳定。
基于上述实践，结合多年的实践研究发现，华北地区煤层顶板组合类型多样，尤其是三角洲煤层。通过研究发现，煤层与其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。
1) 老顶直接位于煤层之上。老顶在华北地区分为砂岩和石灰岩，砂岩主要分布在山西组以上的层位，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，老顶砂岩的稳定性才会受到影响，一般较小作用力对顶板稳定性影响微弱。灰岩主要分在晚石炭世—早二叠世，一般说来，灰岩与煤层距离较近，且一般直接与煤层接触，稳定情况较好，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，当周期来压时，就会产生突然的空气冲击而毁坏矿井并威胁矿工人身安全，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。
2) 煤层 + 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) 煤层 + 泥岩 - 粉细砂岩 - 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。此类顶板属于较不稳定类型或中等稳定顶板，泥岩为伪顶，随采垮落，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) 煤层 + 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，粉砂岩—泥岩为伪顶，随采垮落，直接顶和老顶工程性质很低，属较不稳定顶板组合类型。
5) 泥岩 - 老顶组合型式指主采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。
值得注意的是，由于伪顶太厚，很难维护采场工作面所需的空间，这时矿井常采用掩护式支架支护，如果伪顶或直接顶尖灭，老顶砂岩 ( 灰岩) 直接与煤层接触，会给顶板管理带来一定困难，因此周期来压可能产生空气冲击毁坏矿井，毁坏大面积顶板，因此，理想的顶板条件是: 较薄的伪顶或没有伪顶，厚度适中的直接顶 ( 直接顶厚度与煤层采高有关) ，直接顶与伪顶之间无明显的软弱面。由此可见，矿井开采时顶板岩体质量不但与岩石类型有关，而且与岩石组合有关。岩层组合方式主要考虑砂岩与泥岩的相对比例，并进行定量评价。岩层组合既有不同岩性的岩层组合、又有不同厚度的岩层组合。相同类型的组合，距煤层距离不同，稳定程度也不相同。顶板的分层厚度越大，直接顶越不易弯曲变形，稳定性越好。
『玖』 主采煤层顶板结构类型及特点
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。
『拾』 什么层状岩类中等型的三类二型的工程地质类型
井田内岩石以碎屑沉积岩为主，层状结构，岩体各向异性；力学强度变化大回，煤层顶底板岩答石的强度低，以软弱岩石为主，岩体的稳定性较差。井田内地质构造简单，岩石裸露地表后易风化破碎，第四系松散层分布广泛，厚度较大，松散，未来煤矿开采后，局部地段易发生顶板冒落及底板软化变形等矿山工程地质问题。因此，井田工程地质勘查类型划分为第三类第二型层状岩类工程地质条件中等型。