采煤工作面頂板控制與管理

1、授課計(jì)劃授課日期：授課地點(diǎn)：授 課 人：課程： 采煤工作面頂板管理教學(xué)目的與要求： 掌握有關(guān)工作面頂板的基本概念， 進(jìn)一步增強(qiáng)人員 頂板支護(hù)和管理水平，加強(qiáng)安全生產(chǎn)作業(yè)。重點(diǎn)難點(diǎn)：1 、初次來壓和周期來壓；2 、采煤工作面頂板事故類型、易發(fā)生的地點(diǎn)及措施；課內(nèi)外作業(yè)：1 、初次來壓的定義和特點(diǎn)。2 、什么是周期來壓 ?3 、采煤工作面礦山壓力的基本特征。4 、冒頂預(yù)兆有哪些？授課內(nèi)容：一、頂班的基本概念1、頂板及劃分頂板：位于煤層上面的巖層，稱為頂板。煤層按自然層位分為：（1）偽頂：直接位于煤層之上，一般為薄層炭質(zhì)頁巖等軟弱層組成，厚度 在 0.3 0.5m 以下，極易冒落。（2）直接頂： 直

2、接位于煤層或偽頂之上的一層或數(shù)層巖層， 常有泥質(zhì)頁巖、 頁巖、砂質(zhì)泥巖組成，厚度不等，并隨回柱垮落。（3）老頂：通常位于直接頂之上的厚而堅(jiān)硬的巖層，常由砂巖、石灰?guī)r、 砂礫巖等組成，回柱后可懸露大面積而不冒落。按直接頂巖層的穩(wěn)定性及老頂來壓強(qiáng)度的頂板分類：（1）不穩(wěn)定頂板（又稱破碎頂板） ：指直接頂是松軟易垮落的漏頂?shù)膸r層。 用數(shù)字序號(hào)表示。（2）中等穩(wěn)定頂板：直接頂中有裂隙但比較完整， 工作 面推 進(jìn)一定距離后，懸露頂板板才會(huì)冒落。用數(shù)字序號(hào)表示。 （ 3）穩(wěn)定頂板：直接 頂為強(qiáng)度較大的巖層， 分層厚， 無明顯節(jié)理裂隙， 工作面向前推進(jìn)后頂板并不冒 落，回柱放頂時(shí)，需要做人工強(qiáng)制放頂。用數(shù)字

3、序號(hào)表示。 （4）堅(jiān)硬頂板：頂 板完整，很少有裂隙，回柱放頂后，頂板能大面積懸露不垮落。這種 工作 面的頂 板必須采取深孔爆破，高壓注水等特殊的放頂方法。用數(shù)字序號(hào)表示。按老頂來壓強(qiáng)度的強(qiáng)弱可將頂板分為四級(jí)：（1）不明顯，用數(shù)字序號(hào)表示；（2）明顯，用數(shù)字序號(hào)表示；（3）強(qiáng)烈，用數(shù)字序號(hào)表示；（4）極強(qiáng)烈，用數(shù)字序號(hào)表示。二、礦山壓力與顯現(xiàn)礦山壓力： 在未采動(dòng)的巖體內(nèi)， 巖石處于原始應(yīng)力狀態(tài)， 當(dāng)在巖體內(nèi)進(jìn)行采 掘工程后， 必然會(huì)引起圍巖中應(yīng)力的重新分布， 達(dá)到新的平衡， 這種壓力重新分 布及其對(duì)圍巖的作用過程稱作礦山壓力。礦山壓力顯現(xiàn)： 在礦山壓力作用下造成的圍巖變形破壞， 煤壁片幫、 支架

4、受 載變形、煤的壓出、沖擊地壓、以及煤與沼氣突出等現(xiàn)象，稱為礦山壓力顯現(xiàn)。 礦山壓力的衡量指標(biāo)：（1）頂板下沉量： 一般是指煤壁處裸露的頂板到采空區(qū)邊緣的頂板移近量， 以 mm計(jì)，在緩傾斜 工作 面由于頂板下沉量一般情況下遠(yuǎn)比底膨量大，因而稱做 頂板下沉量。（2）頂板下沉速度：是指單位時(shí)間內(nèi)的頂?shù)装逡平浚话阋?mm/h計(jì)，它 表示頂板活動(dòng)的劇烈程度。（3）支柱載荷：隨著頂板下沉，采煤 工作 面支柱受載也逐漸增加，一般可 以用肉眼觀察到柱帽的變形和破壞， 劇烈時(shí)可以觀察到支柱的變形和折損。 具體 數(shù)值可用測(cè)力計(jì)或壓力表測(cè)得，支柱所受載荷用 kn/m 表示。影響回采 工作面礦山壓力的主要因素（

5、1）采高與控頂距：它的變化直接影響著頂板壓力及頂板下沉量，采高、 控頂距越小，頂板下沉量越小，頂板也就比較穩(wěn)定。（2）工作 面推進(jìn)度：加快 工作 面推進(jìn)度，在一定情況下，能減少頂板下沉 量，但推進(jìn)速度增長(zhǎng)到一定后，頂板下沉量將不會(huì)有顯著改變。（3）開采深度：開采深度在 600m至 800m時(shí)，深度對(duì)礦山壓力沒有明顯影 響，但隨著開采學(xué)度的增加， 煤壁內(nèi)的支撐壓力將加大， 可能迫使支架的 工作 載 荷增加。采煤工作面礦山壓力的基本特征 采煤工作面初次來壓后，隨著工作面的向前推進(jìn)， 頂?shù)装鍘r層受到破壞， 一 般頂板巖層受到破壞嚴(yán)重，根據(jù)巖層破壞特征可以將巖層分為三部分：冒落帶：巖塊成不規(guī)則垮落，巖

6、體破碎系數(shù)為 1.3 1.5 左右。 裂隙帶：在冒落帶之上，此處巖層雖已斷裂，但仍能整齊排列。 彎曲下沉帶：裂隙帶之上直到地表的巖層，這部分巖層裂隙更少。 冒落帶矸石對(duì)裂隙帶巖層起支撐作用，從而可減緩裂隙帶巖層的撓曲程度。3 、初次來壓、周期來壓初次來壓與初次來壓步距： 采煤工作面從切眼開始推進(jìn)， 一般情況下， 偽頂 隨采隨放頂隨冒落， 直接頂也會(huì)隨回采放頂回柱而垮落， 而老頂只是在懸露面積 大時(shí)，才發(fā)生劇烈下沉和垮落。 稱作初次來壓步距。初次來壓的特點(diǎn)：由于老頂?shù)膭×一顒?dòng)，迫使工作面頂板下沉量和下沉速度急劇增加。（ 2）老頂?shù)幕顒?dòng)和頂板下沉的急劇增加， 使支架受力猛增， 頂板破碎并出現(xiàn) 平行

7、煤壁裂縫，甚至出現(xiàn)工作面頂板臺(tái)階下沉。（ 3）因老頂懸露垮度增大， 煤壁內(nèi)的壓力過于集中， 會(huì)使煤壁片幫破壞范圍 擴(kuò)大，加上老頂斷裂時(shí)頂板急劇下沉，會(huì)進(jìn)一步將煤壁壓碎，而大面積片幫，嚴(yán) 重時(shí)片幫深度可達(dá) 0.6m至 0.8m。采煤工作面周期來壓與周期來壓步距 周期來壓：老頂初次來壓以后，頂板壓力減少，但隨著采煤工作面的推進(jìn)， 懸頂面積逐漸增大，到一定跨度時(shí)，又發(fā)生彎曲下沉、折斷和垮落，頂板壓力也 顯著增加， 這種垮落是有規(guī)律和周期性發(fā)生， 故而叫周期來壓。 兩次來壓的距離 叫周期來壓步距。周期來壓步距一般為初次來壓步距的 1/4 至 1/2 。三、采煤工藝方面的基本概念1 、初撐力： 支柱或支

8、架在泵站額定壓力作用下， 對(duì)頂板的支撐力叫初撐力。2 、工作 阻力：支柱或支架在頂板壓力作用下，使支柱下腔的壓力增高到安 全閥開啟壓力時(shí)，支柱或支架對(duì)頂板的支撐力叫 工作 阻力。3 、支柱的迎山角與迎山距：支柱的軸線和煤層頂?shù)装宸ň€的夾角稱支柱迎 山角，支柱頂部由煤層頂?shù)装宸ň€向上偏移的距離叫迎山距。4 、放頂：采用全部垮落法時(shí)，使頂板自行垮落（或強(qiáng)制垮落）的過程叫放 頂。5 、回柱：撤除放頂區(qū)內(nèi)的支柱或支架叫回柱。6 、放頂步距： 工作 面沿走向一次放頂?shù)膶挾冉蟹彭敳骄唷?最大控頂距：放 頂前工作面沿走向的最大寬度叫最大控頂距。7 、最小控頂距：放頂后 工作 面沿走向的最小寬度叫最小控頂距。

9、8 、最大控頂距等于最小控頂距與放頂步距之和。9 、采煤工作面中工作空間支護(hù)和采空去處理工作的總稱叫工作面頂板控制。 頂板控制的方法有垮落法、充填法、緩慢下沉法和煤柱支撐法。四、支護(hù)技術(shù)1 、采區(qū)巷道礦壓控制基本方法和途徑（1）巷道保護(hù)，是指為了使圍巖應(yīng)力與巖體強(qiáng)度保持較適應(yīng)的關(guān)系，以便 預(yù)防巷道失穩(wěn)或有效地減輕礦壓危害而采取的各種技術(shù)措施， 如選用有利于巷道 穩(wěn)定的斷面形狀， 在巷道設(shè)計(jì)和掘進(jìn)時(shí)就為預(yù)期的巷道縮小量預(yù)留備用斷面， 將 巷道布置在堅(jiān)硬巖層中或應(yīng)力降低區(qū)等。（2）巷道支護(hù)，一般指借助于安設(shè)各種礦山支架去預(yù)防巷道圍巖產(chǎn)生過度 變形和防止巷道冒頂、片幫，以保證巷道正常使用。（3）巷道

10、維護(hù)，是指對(duì)已進(jìn)行過支護(hù)的巷道，為了改善已惡化的維護(hù)狀況 和恢復(fù)其穩(wěn)定性所采取的一些措施，如巷道擴(kuò)幫、起底、補(bǔ)柱、更換損壞的支架 構(gòu)件甚至重新支護(hù)等。2、巷道支護(hù)原理（1）巷道支架與圍巖相互作用和共同承載原理 合理利用巷道的圍巖的自承力；合理選擇支架工作點(diǎn)；提高圍巖自承能力； 選擇合理的支護(hù)方式與參數(shù)。（2）減輕巷道壓力的的途徑 巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)；巷道布置在比較穩(wěn)定的巖層中；巷道圍巖卸壓。（3）綜采工作面支護(hù)方式 綜采工作面支護(hù)包括工作面支護(hù)，工作面端頭支護(hù)和超前支護(hù)。綜采工作面工作面支護(hù)： 采用液壓支架進(jìn)行支護(hù)， 液壓支架只要是支護(hù)工作 面頂板、切頂、擋矸、護(hù)壁和推移刮板輸送機(jī)。一般破碎

11、頂板選擇掩護(hù)式支架， 穩(wěn)定頂板選擇支撐掩護(hù)式支架， 堅(jiān)硬頂版選擇支撐式支架或支撐掩護(hù)式支架， 支 架的形式根據(jù)頂板情況決定。 隨著技術(shù)的不斷發(fā)展， 兩柱掩護(hù)式支架被廣泛使用。支架支護(hù)分為及時(shí)支護(hù)、滯后支護(hù)、超前支護(hù)和“帶壓移架” 。及時(shí)支護(hù)是 在采煤機(jī)割煤后先移支架， 再移刮板輸送機(jī)， 多在頂板破碎時(shí)采用； 滯后支護(hù)是 在采煤機(jī)割煤后先移刮板輸送機(jī)， 再移支架， 因此頂板暴露時(shí)間較長(zhǎng)， 一般用于 頂板巖石不易冒落的工作面； 超前支護(hù)是指當(dāng)煤壁發(fā)生片幫， 不等采煤機(jī)采煤支 架就向前移動(dòng)，使煤壁片幫后的頂板得到提前支護(hù)，一般煤壁片幫嚴(yán)重時(shí)采用； “帶壓移架” 是同時(shí)打開降柱及移架手把， 及時(shí)調(diào)整降

12、柱手把， 使破碎矸石滑向 采空區(qū)，移架到規(guī)定步距后立即升柱，一般在過斷層、空巷、頂板破碎帶及壓力 大時(shí)使用。工作面上下端頭支護(hù)： 工作面上下端頭支護(hù)必須按要求支護(hù)， 一般由單體支 柱進(jìn)行支護(hù)， 且單體柱的支護(hù)方式、 排距和步距必須根據(jù)頂板情況在作業(yè)規(guī)程中 注明。超前支護(hù)：回采工作面超前支護(hù)長(zhǎng)度，石炭系綜采放頂煤工作面不小于 50 米，其他回采面不小于 20 米；超前支護(hù)一般采用單體柱和花邊型鋼梁進(jìn)行支護(hù)。五、采煤 工作面頂板事故類型、易發(fā)生的地點(diǎn)及措施（一）采煤 工作 面頂板事故分類及特點(diǎn) 采煤工作面頂板事故從力源上看有壓垮、漏冒、推垮三種基本類型?；夭?工作面采煤后，不同物理性質(zhì)的頂板巖層都

13、要對(duì)回采 工作 面支架有垂直 于層面方向的或大或小的頂板力， 如果支架支不起這個(gè)頂板力， 就會(huì)發(fā)生壓垮型 冒頂。依據(jù)巖層的強(qiáng)度、分層厚度和巖層內(nèi)裂隙情況宏觀上可以把直接在煤層上面 的頂板分為松軟的、 中等穩(wěn)定的和堅(jiān)硬的三類。 對(duì)中等穩(wěn)定以下， 尤其是松軟的 直接頂板，采煤后如果支架護(hù)不住碎頂，就會(huì)發(fā)生漏冒型冒頂。此外，直接頂板 巖層還可能施加給支架以沿層面方向的推力， 支架的穩(wěn)定性不好， 受推力時(shí)穩(wěn)不 住，就會(huì)發(fā)生推垮型冒頂。從一次冒落的頂板范圍及傷亡人員多少分， 采煤 工作面頂板事故按照冒頂范 圍和嚴(yán)重程度可分為局部冒頂和大型冒頂兩大類。、局部冒頂事故局部冒頂是指范圍不大、傷亡人數(shù)不多（每次

14、死亡 1-2 人）的冒頂。常發(fā)生在靠煤壁附近、采煤 工作 面兩端以及放頂線附近。大型冒頂 是指冒頂范圍較大、傷亡人數(shù)較多（每次死亡 3 人及 3人以上）的冒頂。它包括 兩端來壓時(shí)的壓垮型冒頂、 厚層難冒落的大面積冒頂、 直接頂導(dǎo)致的壓垮型冒頂、 復(fù)合頂板推垮型冒頂、 金屬網(wǎng)下推垮型冒頂、 大塊游離頂板旋轉(zhuǎn)推垮型冒頂和采 空區(qū)冒矸沖入采煤 工作 面的推垮型冒頂?shù)?。局部冒頂事故的特點(diǎn)，一是范圍較小，每次傷亡人數(shù)不多（人） 。冒 頂事故發(fā)生地點(diǎn)大多是在有人 工作 的部位。這類事故的原因是已破壞的頂板失去 依托而造成的，其觸發(fā)原因一部分是采煤 工作（包括破煤、裝煤等）過程中，未 能及時(shí)支護(hù)已露出的破碎

15、頂板；另一部分是回柱操作過程中發(fā)生的局部冒落事 故。、大面積切頂垮面事故這類事故的特點(diǎn)是面積大，來勢(shì)兇猛，后果嚴(yán)重，不僅嚴(yán)重影響生產(chǎn)，往往會(huì)導(dǎo) 致重大人身傷亡。事故原因是直接頂和老頂大面積運(yùn)動(dòng)造成。由直接頂運(yùn)動(dòng)所造成的垮面事故，就其作用力的始動(dòng)方向又可分為兩大類：（1）推垮型事故。包括走向推進(jìn) 工作 面常發(fā)生的傾向推垮型事故和傾斜推進(jìn) 工作 面容易發(fā)生的向采空區(qū)方向推垮型事故。 層的層面方向產(chǎn)生較大的推力， 推倒失穩(wěn)的支架造成垮面事故。）壓垮型事故。 包括向煤壁方向壓垮和向采區(qū)方向壓垮型事故。 這類事故主要是由于垂直于頂?shù)追较虻淖饔昧簲唷?壓彎阻拉力不足的支架或?qū)⒅Ъ軌喝肟箟簭?qiáng)度低板而造成的

16、。由老頂運(yùn)動(dòng)所造成的垮面事故， 就其作用力的性質(zhì)和始動(dòng)方向不同也可分為兩類：（）沖擊推垮型事故。事故的特點(diǎn)是開始運(yùn)動(dòng)的老頂首先將其作用力施加于靠近煤壁處已離層的直接頂上， 造成煤壁片塌和頂板下 切，緊接著高速運(yùn)動(dòng)的老頂把直接頂推垮， （）壓垮型事故。這類事故發(fā)生在 支柱的 工作面。可縮性很少的木支柱由于不能抵抗老頂?shù)膲毫Γ?在老頂?shù)南鲁吝^程中依次被折斷，結(jié)果導(dǎo)致剩余支柱的支護(hù)強(qiáng)度不足以平穩(wěn)直接頂?shù)淖饔昧Χ?全部壓斷，造成垮面事故（二）采煤 工作 面易發(fā)生大面積頂板事故的地點(diǎn)1、開切眼附近； 2、地質(zhì)破壞帶（斷層、褶曲等）附近； 3、老巷附近。由 于老巷頂板被破壞，使直接頂容易破斷； 4、傾角大的地段。這些地段由于重力 作用，大巖塊沿傾斜下滑力大； 5、頂板巖層淋水段。頂板巖層含水使頂板裂隙 容易張開或沿裂隙面滑動(dòng)； 6、局部冒頂區(qū)附近。由于局部冒頂破壞了頂板的完 整性，引起了頂板壓力的變化，因而可導(dǎo)致大冒頂。三）采煤 工作 面冒頂事故的一般規(guī)律1、局部冒頂比大面積冒頂發(fā)生次數(shù)頻繁；2、初次來壓階段比正?；夭擅绊敶螖?shù)多；3、上、下端頭、放