煤層工作面頂板的分類、冒頂發(fā)生的機理及處理措施

1、煤層工作面頂板的分類、冒頂發(fā)生的機理及處理措施 1 煤層的頂底板 煤層的頂底板是指煤系中位于煤層上下一定距離的巖層，按照沉積順序，在正常情況下，位于煤層之下，先于煤層生成的巖層是底板；位于煤層之上，在煤層形成之后的巖層叫頂板。由于沉積物質和沉積環(huán)境的差異，頂底板巖層性和厚度各不相同，在開采過程中破碎，冒落的情況也就不同，了解這些巖層的巖性特征、厚度、層理及節(jié)理發(fā)育程度，強度及含水性等，對確定頂板管理和巷道支護方式均有重要意義。 根據頂底板巖層相對煤層的位置和垮落性能，強度等特征的不同，從上至下頂板劃分為基本頂（老頂）、直接頂、偽頂三個部分；底板分為偽底、直接底及老底三個部分。不過，對于某個特定

2、的煤層來說，其頂底板的這六個組成部分不一定發(fā)育俱全。可能缺失某一個或幾個組成部分的巖層。 1.1煤層的頂板 1.1.1偽頂：是緊貼煤層之上的，極易隨煤炭的采出而同時垮落的較薄巖層，厚度一般為0.30.5m，多由頁巖、炭質頁巖等組成。 1.1.2直接頂：是直接位于偽頂或煤層（如無偽頂）之上巖層，常隨著回撤支架而垮落，厚度一般在12m，多由泥巖、而巖、粉砂巖等較易垮落的巖石組成。 1.1.3基本頂：又叫老頂，是位于直接頂之上或直接位于煤層之上（此時無直接頂和偽頂）的厚而堅硬的巖層。常在采空區(qū)上方懸露一段時間，直到達到相當面積之后才能垮落一次，通常由砂巖、礫巖、石灰?guī)r等堅硬巖石的組成。 1.2煤層底

3、板 1.2.1偽底：直接位于煤層之下的薄層軟弱巖層，多為炭質頁巖或泥巖，厚度一般為0.20.3m。 1.2.2直接底：直接位于煤層之下硬度較低的巖層，厚度一般由幾十厘米到1米左右，通常由泥巖、頁巖或粘土巖。若直接底為粘土巖，則遇水后易膨脹，可能造成巷道底鼓與支架插底現象，輕者影響巷道運輸與工作面支護，重者可使巷道遭受嚴重破壞。 1.2.3老底：指位于直接底之下，比較堅硬的巖層，多為砂層，石灰?guī)r等。 2 采煤工作面頂板分類 根據工作面頂板冒落的難易程度，將頂板分為五類。 2.1易冒落的松軟頂板。該類頂板的特點是煤層頂板是易垮落的松軟巖層，回柱后頂板能立即冒落，且能填滿采空區(qū)。這類頂板由于冒落比較

4、充分，使位于裂隙帶的老頂巖層，在回采過程中，很容易取得平衡，因而老頂的開裂，彎曲下沉，對工作面幾乎沒有什么影響，工作面來壓比較緩和，無明顯的周期壓力，靠采空區(qū)一側的頂板下沉量較穩(wěn)定，頂板容易管理。 2.2中等冒落性的頂板。該類頂板的特點是直接頂，厚度一般小于煤層平等的68倍，其上部為比較堅硬的老頂，雖然回柱后直接頂隨之垮落，但因厚度不大，不能填滿采空區(qū)，老頂則置于懸露狀態(tài)，當工作面推進一段距離后老頂才開始垮落，此時因采空區(qū)落差較大，致使工作面呈現周期來壓狀態(tài)，嚴重時可使采場切頂垮面。對于這類頂板應注意老頂的活動規(guī)律。 2.3難冒落的堅硬頂板。這類頂板的特點是老頂直接賦于煤層之上，或有一偽頂，無

5、直接頂，由于老頂垮時采空區(qū)的落差太大，使工作面呈現明顯的周期來壓，工作面平時的下沉量及下沉速度較小，而當周期來壓時下沉速度急劇增加，工作面頂板情況迅速惡化，應當注意及時采取措施。 2.4極難冒落的堅硬頂板。這類頂板的特點是煤層板為極其堅硬的整體性厚巖層，在采空區(qū)能懸露上萬平方米而不垮落，當垮落時則能形成暴風，致使工作面造成垮面和嚴重破壞。 2.5可塑性彎曲的頂板。該類頂板的特點是直接頂，雖是具有一定厚度的堅硬巖層（如砂巖、石灰?guī)r），但由于其中存在有平行于工作面的節(jié)理裂隙，采煤后頂板下沉，在移動過程中斷裂成塊，但仍互相擠在一起具有傳遞水平的能力，就像砌體梁一樣，各巖塊互相牽制而成平衡，隨工作面推

6、進頂板彎曲下沉接觸底板。 堅硬冒頂板指的是直接頂巖層比較完整、堅硬（固），回柱后頂板不能立即垮落的頂板。一般為砂巖、砂巖和石灰?guī)r。堅硬難冒頂板具有整、厚、硬的性質。 分析了綜采工作面冒頂發(fā)生的機理，從優(yōu)化工作面巷道布置，合理選擇架型、正確使用液壓支架、工作面超前支護、破碎頂板管理等幾個方面，討論了綜采工作面頂板安全管理的重點和措施。 3 綜采工作面冒頂發(fā)生的機理 在傾斜煤層中，對回采工作面空間影響最大的地質因素是直接頂。唐公塔煤礦綜采隊開采的煤層頂板屬中等穩(wěn)定頂板，其穩(wěn)定性與煤層及其頂板的節(jié)理裂隙發(fā)育程度有關。 節(jié)理裂隙有3類：原生裂隙、構造裂隙和地壓裂隙。從唐公塔煤礦的生產實際來看，以地壓裂

7、隙和構造裂隙對頂板管理的影響較大。 地壓裂隙是由于煤層采動后引起的，煤壁前強大的支承壓力對直接頂可能形成地壓裂隙，這種裂隙平行于工作面，對液壓支架的穩(wěn)定性直接產生影響。在開采過程中，基本頂及其上覆巖層的重量對工作面形成支承壓力，如果工作面推進度慢，則支承壓力超前，通過基本頂懸臂梁反復作用于煤壁和直接頂，造成煤壁和直接頂產生地壓裂隙，地壓裂隙不但使原生裂隙擴大，而且會使相鄰裂隙相互連通，最終引起煤壁片幫，頂板離層，這時如不及時采取措施，極易發(fā)生冒頂。 構造裂隙是由地質構造運動而形成的。它常貫穿于整個煤（巖）層中，在層面中形成明顯的弱面，使得裂隙面之間的黏結力減弱。直接頂的這種裂隙極易在無任何征兆

8、的情況下造成工作面冒頂。 4 改進措施 4.1煤礦企業(yè)要按照煤礦安全規(guī)程和行業(yè)技術規(guī)范，根據所采煤層頂底板巖性和礦壓顯現情況，制定采掘工程支護設計方案，確定相應的支護方式和支護參數；條件發(fā)生變化時，要及時進行調整。 4.2每個采掘工作面、巷道維修工程都要制定作業(yè)規(guī)程和安全技術措施，遇有過老巷、煤柱、地質構造破碎帶等特殊情況時，要及時補充安全技術措施，并按規(guī)定審批、組織作業(yè)人員學.貫徹后，方可組織實施。要加強對作業(yè)人員頂板管理知識的教育培訓工作，增強防范頂板事故的意識和能力，切實做到嚴格執(zhí)行敲幫問頂制度，嚴禁空頂作業(yè)。 4.3掘進工作面作業(yè)規(guī)程要明確永久和臨時支護方式、最大空頂距、循環(huán)進度、.參

9、數。要按作業(yè)規(guī)程規(guī)定對掘進工作面進行永久支護和臨時支護。在松軟的煤、巖層或者流砂層及地質破碎帶中掘進巷道時，必須采取特殊措施。在.前必須加固靠近工作面20m范圍內的支護，.中破壞的支護必須及時修復。采用錨桿、錨索、錨噴支護的巷道，錨桿、錨索的材質、拉力和預緊力、噴層厚度和強度必須符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定。 4.4采煤工作面作業(yè)規(guī)程要明確頂板管理方法、控頂距、初次來壓和周期來壓的特殊支護方式，以及初采初放和臨近停采線時的頂板管理措施。開采淺埋深薄基巖煤層、近距離煤層時，要針對頂板管理制定專門安全技術措施。必須及時支護采煤工作面頂板，支柱、支架牢固接頂，初撐力要符合要求，破碎、松軟頂底板工作面要采取針對性措施；要嚴格執(zhí)行預防架前冒落的措施，周期來壓期間加強對煤壁的輔助支護，防止煤壁片幫和傘檐冒落。對于急傾斜煤層的回采工作面，