頂板基本知識培訓課件

頂板管理基本知識培訓生產技術部2015年7月主要內容:一、頂板分類：二、錨桿支護原理、分類：三、巷道支護形式：四、煤巷錨桿支護監(jiān)測：五、頂板事故現場處置方案：一、頂板分類

根據頂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；

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0.3～0.5m，多由頁巖、炭質頁巖等組成。

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1～2m，多由泥巖、而巖、粉砂巖等較易垮落的巖石組成。

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。

為什么要對巷道進行支護?

煤（巖）層掘進后為防止巷道圍巖變形，片幫冒頂，斷面縮小造成事故，影響通風、運輸、行人等需要對巷道進行支護。目前我礦巷道支護方式主要有：錨桿支護、錨網支護、錨梁支護、錨網梁支護、錨網噴支護、錨索支護、工字鋼棚支護、砌碹支護等。二、錨桿支護的原理、分類

從支護機理上看，錨桿支護屬于“主動”支護，可以充分利用圍巖的自承能力，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，將載荷體變?yōu)槌休d體。在相同生產地質條件下，錨桿支護的巷道圍巖變形量比棚式支護減少一半以上。

從技術經濟上對比，錨桿支護可以節(jié)約大量鋼材，減少材料運輸工作量，減輕工人的勞動強度和改善作業(yè)環(huán)境；保持采煤工作面上下兩順槽和開切眼的暢通，為回采工作面快速推進和高產高效低成本生產創(chuàng)造有利條件；錨桿支護巷道施工簡單，機械化程度高，可大幅度降低巷道支護成本，提高掘進速度和生產效率。（一）、錨桿支護作用機理1、懸吊理論機理：將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層上，以避免較軟弱巖層的破壞、失穩(wěn)和塌落，錨桿所受的拉力來自被懸吊的巖層重量。缺點：沒有考慮圍巖的自承能力，而且將被錨固體與原巖體分開。適用條件：錨桿可以錨固到頂板堅硬穩(wěn)定巖層。2、組合梁理論

機理：將錨固范圍內的巖層擠緊，增加各巖層間的摩擦力，防止巖石沿層面滑動，避免各巖層出現離層現象，提高其自撐能力；將巷道頂板錨固范圍內的幾個薄巖層鎖緊成一個較厚的巖層（組合梁）；在上覆巖層載荷的作用下，這種組合厚巖層內的最大彎曲應變和應力都將大大減小，組合梁的撓度亦減小。

缺點：將錨桿作用與圍巖的自穩(wěn)作用分開；隨著圍巖條件的變化，在頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞時，組合梁也就不存在了。適用條件：層狀地層；頂板在相當距離內不存在穩(wěn)定巖層，懸吊作用處于次要地位。3、組合拱（壓縮拱）理論機理：在破裂區(qū)中安裝預應力錨桿時，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應力，如果沿巷道周邊布置錨桿群，只要錨桿間距足夠小，各個錨桿形成的壓應力圓錐體將相互交錯，就能在巖體中形成一個均勻的壓縮帶，即承壓拱，這個承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向荷載。在承壓拱內的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應力狀態(tài)，其圍巖強度得到提高，支撐能力也相應加大。缺點：一般不能作為準確的定量設計。適用條件：頂板無穩(wěn)定巖層。4、最大水平應力理論

機理：礦井巖層的水平應力通常大于鉛直應力，水平應力具有明顯的方向性，最大水平應力一般為最小水平應力的1.5—2.5倍。

巷道頂、底板的穩(wěn)定性主要受水平應力影響且具有三個特點：

1）與最大水平應力平行的巷道受水平應力影響最小，頂、底板穩(wěn)定性較好；

2）與最大水平應力呈銳角相交的巷道，其頂、底板破壞偏向巷道的某一幫；

3）與最大水平應力垂直的巷道，其頂、底板穩(wěn)定性最差；（二）我礦錨桿分類：用樹脂為粘結劑，在固化劑和加速劑的作用下，將錨桿的頭部粘結在錨桿孔內。端頭錨固型樹脂錨桿是由樹脂藥包和桿體組成(圖5-7)。（1）高強度螺紋鋼錨桿（￠18-M20-1800mm等）（2）普通樹脂錨桿（￠18-M20-1600mm等）（3）玻璃鋼錨桿（￠20-M22-2000mm）

玻璃鋼錨桿（三）錨固劑及錨固方式（1）錨固劑：樹脂藥卷，一般采用凝結速度為超快與中速的樹脂藥卷配合，使用藥卷長度一般350、600mm樹脂錨固劑規(guī)格型號規(guī)格/mm質量/g適用鉆孔/mmCK3538￠35×380700±10￠42±2K2335￠35×350300±10￠28±2K2360￠35×600430±10￠28±2樹脂錨固劑主要型號和特性型號特性凝結時間/min固化時間/minCK超快0.5～1≤5K快速1.5～2≤7Z中速3～4≤12M慢速15～20≤40CM超慢≥120≥240（2）錨固方式（1）全長錨固：錨桿的錨固長度不小于鉆孔長度的90%。（2）端頭錨固：錨桿的錨固長度不大于鉆孔長度的1/3。（3）加長錨固：介于端頭錨固與全長錨固之間。（3）三徑匹配鉆孔直徑比錨桿直徑大6～10mm鉆孔直徑比樹脂藥卷大6mm左右一般鉆孔直徑28mm，錨桿直徑18、20、22mm，樹脂藥卷直徑23mm。三、巷道支護形式1、錨噴支護錨桿和噴射混凝土雖各自有優(yōu)點，但也有不足之處。錨噴聯合支護，恰能使兩者取長補短，互為補充，是一種性能更好的支護形式。錨噴支護圖示例2、錨網支護錨網支護是將金屬網用托板固定或綁扎在錨桿上所組成的支護形式。金屬網用來維護錨桿間的圍巖，防止小塊松散巖石掉落，也可作為噴射混凝土的配筋。被拉緊的金屬網還能起到聯系各錨桿組成支護整體的作用。常見的金屬網有金屬菱形網、經緯網，一般采用直徑3～4㎜的鐵絲編制而成，一般采用鍍鋅鐵絲，由于金屬網消耗鋼材較大，目前正在使用具有一定抗拉強度和延伸率的塑料網代替。錨網支護梯形巷道錨網支護拱形巷道3、錨網噴聯合支護噴射混凝土能有效的控制錨桿間的石塊掉落，但其本身是脆弱的，當巖石變形大時，容易開裂剝落。解決辦法之一就是噴射混凝土之前敷設金屬網，噴后成鋼筋混凝土層，提高了混凝土的整體性，改善了噴層的抗拉性能，這就形成了錨網噴聯合支護，能有效的支護松散破碎的軟弱巖層。金屬網用鋼筋直徑一般為6～12㎜，鋼筋間距一般為200～400㎜。4、錨網帶（梁）支護

錨網帶（梁）支護由錨桿、鋼帶（鋼筋托梁）及金屬網組成。鋼帶（鋼筋托梁）是用扁鋼或薄鋼板（鋼筋）制成，為了便于錨桿安裝，在鋼帶上預先鉆好孔，鉆孔形狀為橢圓形，鉆孔直徑應由相應錨桿直徑確定。也可采用鋼筋托梁代替鋼筋帶。5、錨索支護

錨索支護是根據礦山壓力中煤層頂板是板塊原理的假說,讓錨索直接打在不冒落的老頂上,然后利用錨索30t的預應力提前把直接頂吊住,來維護巷道,減少頂板下沉量和破壞程度。錨索是錨桿的發(fā)展和延伸，其材料一般采用既有一定剛度又有一定柔性的鋼鉸線制作，長度可達10m甚至20m以上，抗拔力可達幾百kN，是地下大斷面巷道、硐室，以及巖層有軟弱夾層時的有效支護手段。預應力錨索一般由錨固段、自由段和張拉端三部分組成。錨固段是錨索錨固在巖體內提供預應力的根基；自由段式連接錨固段與張拉端的錨體部分；張拉端是錨索位于孔口的外露部分。錨索支護圖示例四、煤巷錨桿支護監(jiān)測頂板離層儀是一種檢測頂板巖層移動的專用監(jiān)測儀器。它可以分別顯示錨桿長度范圍內和錨桿同范圍外的頂板巖層的離層情況。為煤礦工程技術人員和監(jiān)測工作人員提供確定錨桿的長度、抗拉強度，了解所使用錨桿的合理性、經濟性而需要的科學依據。從而有效的防止頂板坍落事故的發(fā)生，確保煤礦安全生產。

觀測管理：《掘進質量驗收標準》規(guī)定，每50m設一離層監(jiān)測儀。頂板離層儀主要有孔內錨頭、測量鋼絲、孔內基點和頂板表面內外測筒等四部分組成。技術特性離層監(jiān)測儀五、頂板事故現場處置方案頂板事故是指在井下采掘和生產服務過程中，頂板意外冒落造成的人員傷亡、設備損壞、生產中止等事故。一、事故特征頂板事故類型主要有：人員被堵、被埋或傷亡;雖無人員被堵、被埋或傷亡，但已經或可能影響通風系統安全運行;造成設備損壞、生產中止。1、可能發(fā)生的事故類型（1）造成人員被堵、被埋或傷亡的：人員被堵、被埋或傷亡的主要指頂板意外冒落的煤、矸石堵住巷道斷面或覆蓋整個巷道時，造成人員被堵、被埋或傷亡的現象。（2）雖無人員被堵、被埋或傷亡，但已經或可能影響通風系統安全運行的：這種事故特征主要指采面及兩巷頂板冒落的煤矸石堵住巷道或覆蓋整個巷道時或壓埋住風機或風筒，造成通風不暢，已經或可能影響整個通風系統安全運行的現象。

（3）造成設備損壞、生產中止的：在采面或兩巷的頂板意外冒落的煤、矸石壓埋住采掘面的設備，造成無法生產，甚至損壞生產設備。2、事故易發(fā)生的區(qū)域、地點采面初采初放、上下隅角、開切眼附近、老巷附近、傾角大的地段、頂板巖層含水地段、地質構造帶等都可能導致大冒頂。3、事故發(fā)生前的預兆：（1）發(fā)出響聲。巖層下沉斷裂，煤層頂板壓力急劇加大。采空區(qū)內煤層頂板發(fā)生斷裂的悶雷聲。（2）掉碴。是發(fā)生冒頂的危險信號。（3）片幫。頂前煤壁所受壓力增加，片幫煤增多，煤質變軟，這就說明有冒頂危險。（4）裂縫。煤層頂板的裂縫，自然裂隙、采動裂隙?！傲魉牧芽p有危險;縫里有煤泥、水銹的不危險;茬口新的有危險”。（5）脫層。煤層頂板快要冒落的時候，往往會出現脫層的現象。用“問頂”的方法檢查煤層頂板。（6）漏頂。破碎的偽頂或直接頂，在大面積冒頂以前，有時因為背頂不嚴和支架不牢出現漏頂現象。漏頂如不及時處理，會使棚頂托空、支架松動，煤層頂板巖石繼續(xù)冒落，就會造成沒有聲響的大冒頂。（7）瓦斯增大。在含瓦斯的煤層中，瓦斯涌出量突然增大。（8）淋雨增加。煤層頂板的淋頭水量有明顯的增加。二、頂板事故現場應急處置1、現場發(fā)生頂板事故后，現場人員必須立即向值班室及調度臺匯報，報告事故時必須說明事故的地點、性質、嚴重程度、受威脅的人員數、可能影響的范圍是否擴大等；2、現場負責人清點人數，臨時確定事故處理方案;3、積極恢復冒頂區(qū)的正常通風，如一時不能恢復，則必須利用壓風管、水管或打鉆向被埋或截堵人員供給新鮮空氣；下山掘進必須采取排水措施，進行排水處理；4、在安全的前提下及時支護冒頂區(qū)域附近巷道，防止冒頂事故擴大;5、當發(fā)生埋人，堵人事故時必須遵守以下規(guī)則：(1)視冒頂區(qū)四周頂板狀況，在確保安全的前提下立即將受難者救出，但不能用力硬拉，以免加重

傷情;(2)搶救過程中，處理冒頂過程必須由外向里有逐步進行，應密切注意頂板有無再次冒落的危險，必要時可以向遇難人員處開掘專用小巷道;(3)冒頂致使獨頭巷道被堵時，不可慌亂，如果冒頂面積較大時，應立即靜坐休息注意節(jié)約礦燈，食品和水，減少氧氣消耗，保持足夠的體力。有壓風管的應要打開壓風閥門，保持良好的通風，并敲打鐵管，鐵道等發(fā)出呼救信號，等待救援;(4)在處理過程中要注意盡量避免破壞冒落巖石的堆積狀態(tài)，防止加重受傷人員的傷害和冒頂