采煤工作面頂板控制與方法

1、授課計劃授課日期：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：1、 頂板的基本概念 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0.30.5m以下，極易冒落。 （2）直接頂：直接位于煤

2、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，懸露頂板板才會冒落。用數(shù)字序號表示。（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，需要做人工強(qiáng)制放頂。用數(shù)字序號表示。（4）堅硬頂板：頂板完

3、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)字序號表示。 按老頂來壓強(qiáng)度的強(qiáng)弱可將頂板分為四級： （1）不明顯，用數(shù)字序號表示； （2）明顯，用數(shù)字序號表示； （3）強(qiáng)烈，用數(shù)字序號表示； （4）極強(qiáng)烈，用數(shù)字序號表示。二、礦山壓力與顯現(xiàn) 礦山壓力：在未采動的巖體內(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、支架受載變形、煤的壓出、沖擊地壓、以及煤與沼氣突出等現(xiàn)

4、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，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：是指單位時間內(nèi)的頂?shù)装逡平浚话阋詍m/h計，它表示頂板活動的劇烈程度。 （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，劇烈時可以觀察到支柱的變形和折損。具體數(shù)值可用測力計或壓力表測得，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 （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，

5、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)速度增長到一定后，頂板下沉量將不會有顯著改變。 （3）開采深度：開采深度在600m至800m時，深度對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，巖體破碎系數(shù)為1.31.5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

6、：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，直接頂也會隨回采放頂回柱而垮落，而老頂只是在懸露面積大時，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?，迫使工作面頂板下沉量和下沉速度急劇增加?（2）老頂?shù)幕顒雍晚敯逑鲁恋募眲≡黾?，使支架受力猛增，頂板破碎并出現(xiàn)平行煤壁裂縫，甚至出現(xiàn)工作面頂板臺階下沉。 （3）因老頂懸露垮度增大，煤壁內(nèi)的壓力過于集中，會使煤壁片幫破壞范圍擴(kuò)大，加上老頂

7、斷裂時頂板急劇下沉，會進(jìn)一步將煤壁壓碎，而大面積片幫，嚴(yán)重時片幫深度可達(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，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：支柱或支架在泵站額定壓力作用下，對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，支柱或支架對頂板的支

8、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，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。 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

9、、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)計和掘進(jìn)時就為預(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）巷道維護(hù)，是指對已進(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

10、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)分為及時支護(hù)、滯后支護(hù)、超前支護(hù)和

11、“帶壓移架”。及時支護(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，因此頂板暴露時間較長，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，使煤壁片幫后的頂板得到提前支護(hù)，一般煤壁片幫嚴(yán)重時采用；“帶壓移架”是同時打開降柱及移架手把，及時調(diào)整降柱手把，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

12、支護(hù)：回采工作面超前支護(hù)長度，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。 回采工作面采煤后，不同物理性質(zhì)的頂板巖層都要對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頂板力，就會發(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)定的和堅硬的三類。對中等穩(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

13、會發(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，受推力時穩(wěn)不住，就會發(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

14、煤工作面的推垮型冒頂?shù)取?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，未能及時支護(hù)已露出的破碎頂板；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，來勢兇猛，后果嚴(yán)重，不僅嚴(yán)重影響生產(chǎn)，往往會導(dǎo)致重大人身傷亡。事故原因是直接頂和老頂大面積運(yùn)動造成。由直接頂運(yùn)動所造成的垮面事故，就其作用力的始動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

15、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?、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。由老頂運(yùn)動所造成的垮面事故，就其作用力的性質(zhì)和始動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?？煽s性很少的木支柱由于不能抵抗老頂?shù)膲毫?，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蝗繅簲?，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；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、放頂線處、煤壁