采煤工作面顶板管理基本知识.ppt

采面顶板管理基本知识,一、顶板管理的重要性顶板事故是煤矿生产中五大自然灾害（水、火、瓦斯、矿尘、冒顶）之一，它是煤矿中最常见的又是最易发生的事故。顶板回采工作面冒顶事故2/33/4事故巷道冒顶事故1/41/3,二、煤层顶底板岩层构成,要充分认识和掌握采煤工作面矿山压力对顶板事故的作用和规律，必须首先弄清煤层顶底板岩层的构成及其移动规律。根据顶底板岩层离煤层的距离及对开采工作的影响程度不同，煤层的顶底板岩层可分为：1）伪顶。紧贴在煤层之上，极易跨落的薄岩层称为伪顶。通常由炭质页岩等柔弱岩层组成，厚度一般小于0.5m，随采随冒。,二、煤层顶底板岩层构成,2）直接顶。位于伪顶或煤层之上，具有一定的稳定性，由一层或若干层组成，厚度不定，不很坚硬，回柱后能自行跨落的岩层称为直接顶。通常由泥质页岩、页岩、砂质页岩等组成，具有随回柱放顶而跨落的特征。3）老顶。位于直接顶或煤层之上坚硬而难跨落的岩层称为老顶，也叫基本顶。通常有砂岩、石灰岩、砂砾岩所组成。4）直接底。直接位于煤层下面的岩层。如为较坚硬的岩石时，可作为采煤工作面支柱的良好支座；如为泥质页岩等松软岩层时，则常造成底臌和支柱插入底板等现象。,有些煤层同时存在伪顶、直接顶和老顶；也有些煤层上面，没有伪顶，只有直接顶和老顶；有的缺少伪顶、直接顶，煤层上面就是老顶。这样也就增加了顶板管理的难度，判断和处理不对，就会造成顶板事故的隐患，严重影响了采场支护质量，易造成顶板事故。,二、煤层顶底板岩层构成,二、煤层顶底板岩层构成,直接顶的完好程度将直接影响工作面的安全及工作面的工作效率，而且也影响到支护方式的选择。直接顶的完好程度取决于两个因素：一是岩层的力学性质；二是直接顶岩层内各种原因造成的层理和裂隙的发育情况。直接顶岩层内各种层理或裂隙等“弱面”的存在将直接影响到直接顶在悬露时的稳定性。常常把这些“弱面”简称“劈”。而其中有些“劈”的组合形式，对直接顶的稳定性影响较大。这类游离岩块的劈可能在顶板毫无预兆的情况下发生局部冒顶。,多数采煤工作面直接顶是呈不规则跨落的。当工作面自开切眼推进后，直接顶一般并不立即跨落下来，而是待工作面推进一定距离以后，才会大面积跨落，这称为直接顶初次跨落。直接顶初次跨落时，工作面放顶线与开切眼之间的距离称为直接顶初次跨落步距，它是反映直接顶稳定程度的一个综合指标，对顶板事故有着直接影响。直接顶初次跨落后，就要进行第一次放顶，称为工作面的初次放顶。由于初次放顶是直接顶的大面积跨落，容易发生冒顶事故。为此煤矿安全规程规定了采煤工作面的初次放顶必须制定安全措施，报矿总工程师批准。,三、采煤工作面顶板管理,老顶的运动及来压程度不仅对直接顶的稳定性有直接影响，而且对是否造成大面积的切顶起着决定作用。采用全部跨落法管理顶板的采煤工作面，一般情况下，老顶对工作面顶板压力影响主要决定与直接顶的厚度及其稳定性。,当工作面从开切眼开始采煤后，直接顶跨度达到620M时，直接顶开始冒落，为减轻上覆岩层的压力，工作面开始初次放顶，若有老顶跨落的影响时，初次放顶期还包括老顶的初次跨落，将对工作面造成较大的威胁，容易发生冒顶，必须加强支护等安全措施，直接顶初次跨落后，随着工作面继续向前推进，直接顶不断冒落，老顶的悬露跨度增大，直到达到极限跨度时，老顶将出现断裂，进而发生跨落。这时，将对工作面产生较大影响，顶板下沉量增加，支架载荷增大，煤壁片帮。,从开切眼开始老顶第一次跨落，称为老顶初次跨落。这种老顶初次折断或跨落前后工作面的矿压显现称为老顶初次来压。老顶初次跨落后，随着工作面继续推进，工作面上方老顶在其自重及上覆岩载荷作用下，将沿煤壁内发生折断和跨落，同时引起工作面压力突然增大，这种现象，随工作面的推进将周而复始的出现。因此称为老顶的周期跨落。把因老顶周期跨落而使工作面呈周期性地矿压显现，称为老顶周期来压。,（一）顶板事故分类,按冒顶的力源进行分类：（1）压垮型：由垂直于层面方向的顶板力压坏采场支架而导致冒顶。（2）漏冒型：因已破碎的顶板没有得到有效防护受重力作用冒落而导致的冒顶。（3）推垮型：由平行于层面方向的顶板力推倒采场支架而导致的冒顶。（4）综合型：两种或三种综合出现。,1.压垮型冒顶,（主要发生在老顶来压时）,（1）垮落带老顶岩块压坏采场支架；（2）垮落带老顶岩块冲击压坏采场支架；（3）裂隙带老顶岩块压坏采场支架。,2.漏冒型冒顶,（1）大面积漏垮型冒顶；（2）靠煤壁附近的局部冒顶；（3）采场两端（机头、机尾）的局部冒顶；（4）放顶线附近的局部冒顶。,2019/12/23,14,（1）金属网下的推垮型冒顶；（2）采空区冒矸冲入采场的推垮型冒顶。,3.推垮型冒顶,2019/12/23,15,4.综合类型的冒顶,（1）厚层难冒顶板导致的大面积冒顶。（2）地质破坏（断层）带附近的冒顶。（3）大块游离顶板导致的冒顶，包括复合顶板推垮型冒顶，冲击推垮型冒顶，大块游离顶板旋转推垮型冒顶，以及直接顶导致的压垮型冒顶。,2019/12/23,16,预备知识：采动后顶板活动的一般规律,1.直接顶的初次垮落：垮落厚度在1.0m以上，垮落长度达工作面长度的一半以上。垮落步距一般为620m。,2019/12/23,17,如果直接顶厚度大于或等于23倍的采高，则能填满采空区，采面无老顶活动威胁。但老顶还是要弯曲、下沉和断裂的。但老顶活动不明显。,2019/12/23,18,如果直接顶厚度小于23倍的采高，开始时老顶呈双固支梁状态，它把自身及上部岩层的重量都加到了工作面周围的煤体上，工作面无老顶压力感觉。,2019/12/23,19,当老顶岩梁达到极限跨距时，弯曲、下沉、断裂。工作面顶板下沉加快、煤壁片帮、支架受力增加，甚至出现顶板台阶等老顶来压现象。,2.老顶初次来压：工作面回采以来的第一次老顶大规模来压。初次来压步距一般2035m。,2019/12/23,20,3.老顶周期来压：老顶初次来压后，周期性的断裂、下沉，工作面内周期性出现顶板下沉加快、煤壁片帮、支架受力增加，以及出现顶板台阶等老顶来压现象。周期来压步距一般为初次来压步距的1/21/4。,2019/12/23,21,（1）当初撑力较低时，老顶往往断裂在煤壁之内。（剪切力为零点在煤壁内，对应弯矩最大点。）,当老顶在采空区受剪力时；当老顶上位岩层对老顶施加力时；老顶的断裂性质不变，而且位置更深入煤体内。,4.老顶来压的两个问题：,2019/12/23,22,（2）老顶，若位于垮落带中，则在采空区中多以悬臂梁状态存在；若在裂隙带中，则以砌体梁结构存在。,2019/12/23,23,1.冒顶机理及预防措施,(二)压垮型冒顶的机理及预防措施,压垮型冒顶的顶板条件：,（1）直接顶薄，厚度小于采高的23倍。（2）直接顶上面老顶分层厚度小于56m。,2019/12/23,24,冒顶的前兆：,（1）煤壁片帮。（2）顶板下沉速度急剧增加。（3）支柱载荷急剧增加。（4）靠煤壁顶板断裂。（5）靠煤壁顶板掉渣。（6）摩擦支柱放炮。,2019/12/23,25,冒顶的机理,垮落带老顶岩块全部重量均由采场支架承受，若支架支撑力不够，就会压坏而冒顶。,（1）垮落带老顶岩块压坏支架导致冒顶。,2019/12/23,26,（2）垮落带老顶岩块冲击压坏支架导致冒顶。,初撑力不足，垮落带离层老顶岩块冲击采场支架，冲击压坏而冒顶。,2019/12/23,27,（3）裂隙带老顶压坏采场支架导致冒顶。,裂隙带老顶断裂、下沉、旋转、触矸时，若支架的可缩量不足，可能压坏导致冒顶。,2019/12/23,28,2.预防冒顶的措施:,（1）支架支撑力应能平衡垮落带直接顶及老顶岩层重量。（2）采场支架的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层。（3）采场支架的可缩量应能满足裂隙带老顶下沉的要求。,2019/12/23,29,注意：超前工作面20m范围内的两端巷道，因受工作面前方支承压力的作用，受压大。为防止压坏支架，应加强支护。,2019/12/23,30,（三）漏冒型冒顶的机理及预防措施,发生的条件：直接顶板软弱破碎。防治对策：护.采用各种方法将顶板护好。综采面：选用掩护式或支撑掩护式支架。单体面：支柱加顶梁，顶梁上加背板，甚至背严。支柱柱距小于0.7m。,2019/12/23,31,单体支柱工作面：断层附近顶板压力大，（垮落带范围扩大），破碎、支护不好时，易发生压或漏冒型冒顶。当碎顶沿倾斜断层面移动时，易推倒支架，导致推垮型冒顶。因而，在断层带附近应增大支护密度，提高支柱初撑力（甚至用木垛），以加强支护，护好碎顶，并用戗棚、戗柱，增加支架稳定性。,2019/12/23,32,3.大块游离顶板导致的冒顶,1）地质构造：断层（超过5m长的平行工作面的断层，往往会出现游离岩块。2）旧巷：其上直接顶往往已断碎。3）采动：支架初撑力小，导致直接顶板沿煤壁断裂。,原因：,2019/12/23,33,复合顶板推垮型冒顶，冲击推垮型冒顶，大块游离顶板旋转推垮型冒顶，以及直接顶导致的压垮型冒顶。,可能导致的顶板事故,2019/12/23,34,离层型顶板下软上硬厚度在0.5-3.0m之间。,复合顶板的概念,2019/12/23,35,（1）当游离岩块处在工作面中，厚0.53.0m，而沿岩块倾斜下方又有让岩块向下运动的空间时，岩块可能推倒单体支架，导致“复合顶板”推垮型冒顶。在综采面可能导致倒架。,机理：离层（支柱初撑力小）、断裂、去路和倾角、推力大于阻力。,2019/12/23,36,（2）当游离岩块又与上位岩层离层，在上位岩层向下活动时，可能导致冲击推垮型冒顶。,2019/12/23,37,（3）当游离岩块移向放顶线，在回柱放顶时，可能导致旋转推垮型冒顶,2019/12/23,38,（4）当在工作面中部游离岩块厚度很大时（超过23倍采高），可能发生直接顶导致的压垮型冒顶。,2019/12/23,39,预防措施：,（1）尽量避免出现游离岩块提高支架或支柱的初撑力，使下位顶板不离层，并不沿煤壁断裂。不在计划的工作面范围内开巷道。,2019/12/23,40,（2）已出现游离岩块时，在游离岩块范围内不正常回柱，加强支护，用木支柱替换金属支柱，当游离岩块都进入采空区时，再用绞车回柱。（3）当游离岩块可能发生“复合顶板”推垮型冒顶时应使用支架或支柱的初撑力防推。（4）当工作面使用初撑力极低的摩擦支柱时，只能用“整体支架”防“复合顶板”推垮型冒顶（5）采用伪斜工作面布置。,2019/12/23,41,第六节对采场支架的基本要求,1）根据上述分析，采场冒顶又压、漏、推事故。2）则要求支架又支、护、稳来治理冒顶。,压垮型,推垮型,漏垮型,支,护,稳,2019/12/23,42,预防冒顶事故控顶设计的原则,工作阻力支撑住垮落带的直接顶与老顶。初撑力使直接顶（下位岩层）不离层，不沿煤壁断裂。可缩量适应裂隙带老顶下沉。超前巷道加中心柱。,（1）防压,2019/12/23,43,单体面对软弱顶板支柱上应又顶梁、背板、甚至背严及掏梁窝，柱距小于0.7m，端面距小于200mm。工作面两端用“四对八梁”或双楔交接顶梁。单体面或不用端头支架的综采面，面巷交接处用一对迈步抬棚。,（2）防漏,2019/12/23,44,切断下位23m左右顶板，切不断时，应挑顶。“复合顶板”下用初撑力防推。摩擦支柱用“整体支架”放推。,（3）防推,