學(xué)習(xí)情境三-采煤工作面礦壓的控制-上

學(xué)習(xí)情境三采煤工作面礦壓的控制任務(wù)1：單體支柱工作面頂板控制設(shè)計(jì)任務(wù)2：綜采工作面頂板控制設(shè)計(jì)任務(wù)3：采煤工作面頂板事故的防治一、直接頂?shù)姆诸愵悇e1類(不穩(wěn)定)2類(中等穩(wěn)定)3類(穩(wěn)定)4類(非常穩(wěn)定)1a(極不穩(wěn)定)1b(較不穩(wěn)定)2a(中下穩(wěn)定)2b(中上穩(wěn)定)指標(biāo)Lz0≤44<Lz0≤88<Lz0≤1212<Lz0≤1818<Lz0≤2828<Lz0≤50巖性描述泥巖，泥頁巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，或松軟。泥巖，碳質(zhì)泥巖，節(jié)理較發(fā)育。致密泥巖，粉砂巖，砂泥巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育。砂巖，石灰?guī)r，節(jié)理裂隙很少。致密砂巖，石灰?guī)r，節(jié)理裂隙極少。直接頂分類指標(biāo)及參考要素?fù)?jù)緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類（中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT554—1996）

任務(wù)1：單體支柱工作面頂板控制設(shè)計(jì)

二、老頂（基本頂）的分級基本頂?shù)V壓顯現(xiàn)強(qiáng)度分為四級，DL為基本頂初次來壓當(dāng)量，計(jì)算公式為：—基本頂初次來壓步距；—直接頂充填系數(shù)，，—直接頂厚度，m，—煤層采高，m

。老頂分級ⅠⅡⅢⅣ老頂來壓顯現(xiàn)不明顯明顯強(qiáng)烈非常強(qiáng)烈ⅣaⅣb分級指標(biāo)DL≤895895<DL≤975975<DL≤10751075<DL≤1145DL>1145老頂分級指標(biāo)據(jù)緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類（中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT554—1996）

采煤工作面頂板控制設(shè)計(jì)(一)頂板控制方式選擇的原則隨著采煤工作面的不斷推進(jìn)，頂板懸露面積不斷擴(kuò)大，為了保證采煤工作的順利進(jìn)行，采煤工作面只需控制有限工作空間。為此，必須及時(shí)地對采空區(qū)進(jìn)行處理。采空區(qū)處理應(yīng)遵循安全性、經(jīng)濟(jì)性和可操作性的原則。根據(jù)不同的煤層賦存條件及頂?shù)装鍘r石性質(zhì)、地面的特殊要求(水體、鐵路、建筑物下采煤)等因素，采取不同的采空區(qū)處理方法。(二)頂板控制方法分類1．全部垮落法2．全部充填法3．局部充填法4．煤往支撐法

5．緩慢下沉法

堅(jiān)硬難垮落頂板的控制技術(shù)堅(jiān)硬難垮落頂板是指頂板巖石強(qiáng)度和彈性模數(shù)高、節(jié)理裂隙不發(fā)育、厚度大、整體性強(qiáng)、自承能力強(qiáng)、煤層開采后大面積懸露而在采空區(qū)短期內(nèi)不垮落的頂板。堅(jiān)硬難垮落頂板工作面與普通工作面礦壓顯現(xiàn)的主要區(qū)別是一次垮落的面積大，高度大；有強(qiáng)烈的周期性來壓，來壓時(shí)有明顯的動(dòng)壓沖擊現(xiàn)象，常造成支護(hù)設(shè)備損壞，人身傷亡等惡性事故。

我國的大同、晉城、鶴崗、棗莊、通化、神東、烏魯木齊等礦區(qū)都有堅(jiān)硬難垮落頂板，也都存在著對該類頂板控制的技術(shù)和工藝。我國從20世紀(jì)50年代起開始研究堅(jiān)硬難垮落頂板的控制。為解決此問題，多年來，國內(nèi)外都進(jìn)行了采煤方法的改進(jìn)試驗(yàn)和頂板弱化處理試驗(yàn)研究，將難垮落頂板改變?yōu)檩^易垮落的頂板，從而實(shí)現(xiàn)了長壁機(jī)械化開采。與此相適應(yīng)，需采用強(qiáng)力液壓支架，并配以特殊結(jié)構(gòu)，包括大流量安全閥。

因此，為了達(dá)到工作面安全、高效生產(chǎn)，必須對頂板進(jìn)行處理，改變頂板巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，以減小頂板懸露面積，防止或減弱這種大面積頂板來壓。經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，發(fā)展了以下幾種主要處理堅(jiān)硬頂板的措施：（1）注水弱化（軟化）堅(jiān)硬頂板①頂板高壓注水頂板高壓注水是從工作面順槽或?qū)Ｓ孟锏溃üに囅铮┫蝽敯宕蛏羁?，進(jìn)行高壓注水。利用高壓水對頂板進(jìn)行壓裂，其作用是增加和擴(kuò)展頂板原始裂隙，高壓水在巖體中形成壓力坡降，使水更好地在巖體中透過裂隙、節(jié)理、層理及其他弱面而滲流，從而在巖體中產(chǎn)生水力的、機(jī)械的、物理和化學(xué)的作用。高壓注水的壓力變化，可引起巖體內(nèi)應(yīng)力的重新分布，也可使巖體產(chǎn)生塑化作用。這種方法目前在國內(nèi)處于試驗(yàn)階段，在波蘭、澳大利亞已經(jīng)成為堅(jiān)硬頂板處理的主要手段。②頂板靜壓注水頂板靜壓注水是使頂板含水率提高，降低頂板的強(qiáng)度，使頂板垮落距離縮小，避免頂板來壓過于強(qiáng)烈。但該方法應(yīng)用的前提必須是頂板巖石吸水性強(qiáng)，且吸水后其強(qiáng)度明顯降低，否則不能應(yīng)用。（2）爆破弱化堅(jiān)硬頂板爆破弱化是用爆破的方法人為將頂板切斷，使一定厚度的頂板冒落形成矸石墊層。切斷頂板可以減小頂板冒落面積，減弱頂板冒落時(shí)產(chǎn)生的沖擊力；形成的矸石墊層則可以緩和頂板冒落時(shí)產(chǎn)生的沖擊波及風(fēng)暴。目前爆破弱化的方法有以下幾種：①循環(huán)式淺孔放頂循環(huán)式淺孔放頂主要作用是，爆破后破壞了頂板的完整性，形成矸石墊層，緩和頂板冒落時(shí)產(chǎn)生的沖擊。具體做法是，每1～2個(gè)循環(huán)，在工作面切頂線處打一定深度的淺孔，裝藥進(jìn)行爆破。缺點(diǎn)是對生產(chǎn)的影響較嚴(yán)重，對高推進(jìn)速度的綜采工作面不適合。②步距式深孔爆破步距式深孔爆破主要作用是，切斷頂板，避免頂板大面積冒落。具體做法是，在頂板周期來壓前，沿工作面向頂板偏向采空區(qū)方向打2～3排深孔，裝藥爆破，爆破后使在頂板內(nèi)形成一道一定高度的溝槽，堅(jiān)硬頂板就沿這條溝槽折斷。③超前深孔預(yù)裂爆破超前深孔松動(dòng)爆破主要作用是，切斷堅(jiān)硬頂板，減小頂板冒落面積。具體做法是在上、下順槽或特殊巷道(工藝巷)向頂板打深孔，在工作面前方一定距離進(jìn)行爆破，預(yù)先破壞頂板的完整性。④地面深孔放頂?shù)孛嫔羁追彭數(shù)闹饕饔檬菑牡孛娲蜚@孔爆破，在采空區(qū)后方切斷堅(jiān)硬頂板，避免頂板大面積冒落，具體做法是在采空區(qū)上方的地面打垂直鉆孔，達(dá)到已采區(qū)頂板的適當(dāng)位置，然后裝藥進(jìn)行爆破，將大面積懸露的頂板崩落。循環(huán)式淺孔爆破要在切頂線處從支架后部向頂板打眼，打孔與裝藥存在很大的困難，嚴(yán)重影響生產(chǎn)；步距式深孔爆破需沿工作面向頂板偏向采空區(qū)方向打孔、裝藥進(jìn)行頂板處理也存在較大困難，同時(shí)，工作面打孔與裝藥影響生產(chǎn)，即生產(chǎn)與頂板處理不能平行作業(yè)。這兩種方法都存在較大的安全隱患，《煤礦安全規(guī)程》已禁止采用這兩種方法，因此循環(huán)式淺孔架后強(qiáng)制放頂和步距式深孔爆破的方案不可取。地面深孔爆破從地面垂直向下打孔至采區(qū)頂板位置，其鉆孔深度較大，打孔工程量大，同時(shí)，由于地面打孔，鉆孔經(jīng)過地面表土層，因此鉆孔成孔率相對較低（甚至無法成孔），孔易變形，影響裝藥質(zhì)量，可能出現(xiàn)裝藥不連續(xù)，甚至無法爆破到煤層頂板。超前深孔預(yù)裂爆破在上、下順槽或?qū)Ｓ孟锏溃üに囅铮┻M(jìn)行施工，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)與頂板處理平行作業(yè)，不影響工作面正常生產(chǎn)，有利于工作面生產(chǎn)能力的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在專用巷道進(jìn)行施工具有方便、簡單等優(yōu)點(diǎn)。循環(huán)式淺孔放頂（1.5—2m）②步距式深孔爆破（5—9m甚至更長）開切眼切槽處理、順槽超前預(yù)爆破方案切眼炮孔布置圖炮眼與順槽及工作面關(guān)系(三)采煤工作面支護(hù)方式的選擇5．特殊支護(hù)2．按支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分類按支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，各種類型液壓支架的基本結(jié)構(gòu)如圖10—47所示。液壓支架命名方法既考慮了支架的支撐特點(diǎn)，又考慮了支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具體如下：采煤工作面頂板控制設(shè)計(jì)一般應(yīng)遵循以下原則：

(1)盡可能保證工作面頂板的完整性。

(2)應(yīng)避免采煤工作面發(fā)生大面積切頂事故，支架的支撐能力應(yīng)足以阻止