頂板管理技術(shù)(09.11.5安培中心課件

1、頂板管理技術(shù)與 案例綜合分析星沙 明城酒店2009.11.5 提 綱 1、加強頂板管理的重要性和緊迫性 2、頂板管理的一些基本概念 3、頂板管理技術(shù)簡介 4、我省煤礦頂板管理的實踐 1、加強頂板管理的 重要性和緊迫性 一、近年頂板事故情況 1、19952001年 （7年） 全省煤礦死亡事故中，頂板事故起數(shù) 和死亡人數(shù)分別占事故總量的44和28。 對比：瓦斯事故占30和51。 2、20022005年 （4年） 全省煤礦死亡事故中：頂板事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別占事故總量的55和 39.9。 CK：瓦斯事故分別占20和 36.2。 3、20062008年 （3年） 全省煤礦死亡事故中：頂板事故起數(shù) 和

2、死亡人數(shù)分別占總量的56和43。 CK：瓦斯事故分別占17.3和 36。 4、2009年19月，全省煤礦死亡 事故 130起，死亡196人，頂板事故分別 占58和48。 44% 55% 56% 58% 28 40 43 48 5、20032008年，頂板較大事故 21起，死亡68人，平均每年3.5起死亡11.3人，幾乎每季度發(fā)生1次頂板較大事故，死亡人數(shù)占全部較大事故死亡人數(shù)的10.7。 09.3.18辰溪蔣家坪井堅硬頂板下采煤柱冒頂，死亡6人。 頂板事故起數(shù)和死亡人數(shù)已穩(wěn)操第一 （達到4348），占比呈連續(xù)上升態(tài)勢，較大事故每年均有發(fā)生。 二、頂板事故案例綜合分析 1、支護技術(shù)和理念落后 支

3、護落后，全省仍以木支護為主。支護材料、性能不同，支護效果不同。 支護理念落后，多數(shù)煤礦不掌握頂板管理基本理論，以“不變（木支護、砌碹巷道）應(yīng)萬變”。 支架與支護方式不同，控頂效果不同 。 現(xiàn)有煤礦數(shù)量 生 產(chǎn) 礦 井采用壁式采煤方法煤礦采面采用木支護煤礦2007年底2008年11月底2007年底2008年11月底全省合計 110912617310381008 長沙市29242929株洲市11500114114湘潭市15111515衡陽市96129694郴州市2701126259244永州市25232525婁底市2502952229222邵陽市1082628104104益陽市15001515常德

4、市28662828懷化市62666262張家界3110103131自治州14221414湘煤集團5130331711 2、隨心所欲，不按規(guī)程規(guī)范作業(yè) （1）技術(shù)素質(zhì)低，作業(yè)不規(guī)范 采掘后不及時支護、空頂作業(yè)，超高、超前采掘，亂采亂挖放“浮煤”； 0544長沙市澄潭江煤礦75生平452采區(qū)做回采面開切眼，作業(yè)人員放炮后空頂作業(yè)，黃某被突然掉下來的矸石打中頭部死亡。 05718漣源市龍?zhí)拎l(xiāng)新騰煤礦一上山巷道式采煤，沒有及時支護，當頭來壓發(fā)生冒頂，將2名作業(yè)人員掩埋致死。 進入工作面作業(yè)前或放炮后不“敲幫問頂”； 05710瀏陽澄潭江鎮(zhèn)橋頭煤礦在小槽大巷南翼維修，進班時發(fā)現(xiàn)偽頂有點裂縫，認為裂縫不大

5、，沒有必要處理下來，于是開始砍樹架棚。正在架棚時，一塊1千多斤的矸石從頂板掉下，砸死1人。 處在不安全地點冒險作業(yè)或休息； 05421漣源安平鎮(zhèn)新萬三煤礦325工作面機巷吳某在處理頂板松石過程中，二塊重約200公斤的巖石打中吳的頭部，當場死亡。 0572湘潭韶山億德煤礦在南大巷砌拱裝模。8點進班后拖出2個拱子，拆了模板準備裝模，裝好一邊后，楊某出去掛鉤，郭某便在拱下休息，此時頂部矸石垮落下來，將郭埋住致死。 維修巷道不按操作規(guī)程要求作業(yè)； 054 6安化縣清塘鋪鎮(zhèn)新勝開發(fā)煤礦在維修巷道時，高某想把舊支護敲掉再裝新支護，在拆舊支護時發(fā)生冒頂，將高掩埋致死。 05620冷水江市巖口鎮(zhèn)新紅煤礦三石門

6、維修，大工陽某在沒有加固維修地點的支架時，就拆換已變形的支架造成冒頂，將大工掩埋致死。 支柱支在浮煤上，軟底不“穿鞋”； 回柱放頂錘打斧砍，不用回柱絞車。 漣源七星街鎮(zhèn)峽山煤礦05924回收四石門運輸巷木支架， 用斧頭撤支架時頂板冒落死亡1人。 （2）不按質(zhì)量標準施工作業(yè) 支柱規(guī)格小，棚距過大，支架之間 無穩(wěn)定措施，支護質(zhì)量差； 辰溪縣煤礦肖家溪井05414事故就存在支護材料直徑過小、梁柱未親口連接等原因。 加禾縣蘿卜安煤礦05911在225采區(qū)10沿煤回風上山修理，修好4架棚子后正準備抬櫨，新架的棚子垮塌掩埋2人致死。 破碎頂板背頂背幫不嚴實，頂幫內(nèi)空，來壓時突然垮塌； 05713漣邵塘沖煤

7、礦11237回采面補充風巷掘進，因當頭空幫空頂，凌晨突然冒頂，將副隊長吳某掩埋致死。 缺柱、折柱、無效支柱、斷梁等不及時補充更換； 傾斜巷道支架無迎山角（“順山棚”），壓力大的巷道不抬櫨，冒高巷道不接頂?shù)龋?分層開采工作面不鋪假頂、不灑水灌黃泥漿； 不同類型支架混合使用。 各種支架在頂板 下沉不同時期作用不相同，木柱一般允許最大下沉量為200毫米，若與單體液壓支柱混合使用，起初共同支撐頂板，中期木支柱發(fā)揮主要作用，當頂板下沉量大于200毫米時，木支柱大部分折損。 3、管理上的缺陷 忽視必須的設(shè)計和有針對性的采、掘工作面作業(yè)規(guī)程； 巷道或回采工作面布置不合理，過于集中導(dǎo)致應(yīng)力集中，巷道上下重疊措

8、施不當造成掉底； 04630慈利縣零陽勝利煤礦在三號下山往礦車里裝煤的過程中突然底板垮落，致朱某死亡。 地質(zhì)、測量工作薄弱，巷道測量和填圖不及時，構(gòu)造變化和巷道位置不清； 有關(guān)頂板管理制度形同虛設(shè)，現(xiàn)場無章可循，工程質(zhì)量差，三違現(xiàn)象嚴重； 缺少頂板管理方面的安全教育和技術(shù)培訓(xùn)； 輕視巷道維修，巷道失修嚴重。 05426冷水江市漣溪礦業(yè)公司一工區(qū)270水平補二石門 5煤巷道失修嚴重，作業(yè)人員進入巷道，李某的礦燈帶掛上斷梁引起冒頂，將李某掩埋致死。 4、環(huán)境條件制約 煤層賦存不穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜； 開采造成圍巖應(yīng)力集中； 急傾斜煤層開采、殘采、復(fù)采，環(huán)境條件差； 煤礦嚴重缺少采礦、地質(zhì)工程技術(shù)人員

9、； 06年全省煤炭行業(yè)采礦工程技術(shù)人員共2267人，其中采礦1064人，地質(zhì)241人；在煤礦企業(yè)的1622人，60分布在國有煤礦。攸縣150個煤礦，年產(chǎn)420萬噸煤，其中148個非國有煤礦僅有1名科班的專業(yè)技術(shù)人員。 采掘工人過度流動，缺少熟練技術(shù)工人。 如：洪山殿公司05年末1890名工人，其中采掘778人，均無技術(shù)職稱；初中及以下文化程度占75； 778名采掘工人中，從事采掘工作2年以下的占46；2004年招收476名采掘工人，到年底僅剩50人； 班組長中30只有2年以下工作經(jīng)驗。 09.10.16浦溪煤礦發(fā)生突出死亡8人，除1人31歲，其余均在38歲以上；3名采掘工人和一名抽放管子工均為

10、07.12以后入礦的。 礦井生產(chǎn)規(guī)模與百萬噸死亡率之間的關(guān)系國有重點煤礦采煤機械化程度與百萬噸死亡率關(guān)系 三、頂板管理從經(jīng)驗到科學(xué)的轉(zhuǎn)變 針對煤層賦存條件各異、工作面不斷推進、構(gòu)造復(fù)雜多變的特點，進行頂板控制設(shè)計，實現(xiàn)科學(xué)管理。 1、頂板控制設(shè)計基礎(chǔ)：研究和掌握各類（個）具體煤層需要控制的上覆巖層范圍及其運動規(guī)律（包括運動發(fā)生的時間和條件等）。 （1）不同類型頂板事故往往與不同類型的頂板結(jié)構(gòu)對應(yīng)，分析頂板結(jié)構(gòu)特征，認識和分析在該結(jié)構(gòu)下可能發(fā)生的頂板事故類型和特點，是有針對性防治頂板事故的前提。 結(jié)構(gòu)面（弱面）對結(jié)構(gòu)的影響 （2）開采引起的上復(fù)巖層破斷運動，對工作面直接頂?shù)拿奥浠顒佑袥Q定性影響。

11、 2、針對具體煤層條件選擇和用好支護手段：掌握各類支架的特性及其在不同生產(chǎn)現(xiàn)場所能達到的有效支撐能力。 了解支護，選好支護，發(fā)展支護（單體液壓支柱、液壓切頂支柱、十字頂梁、前探梁等），用好支護，監(jiān)測支護（質(zhì)量）。 3、了解支架與頂板運動間的關(guān)系，確定支架對頂板的合理工作狀態(tài)，設(shè)計安全上可靠、經(jīng)濟上合理的頂板控制方案。 2. 頂板管理的一些基本概念 概念（礦山壓力控制，頂板管理） 概念的本質(zhì)特征描述 概念的適用條件 概念的特例 概念的例外 概念可能相互轉(zhuǎn)換及其轉(zhuǎn)化條件 如直接頂與老頂相互轉(zhuǎn)化基于以下原因：1、地質(zhì)條件變化。巖層厚度變小，原為老頂?shù)膸r層可能隨回柱冒落；巖層變厚，原垮落的巖層可能向老

12、頂轉(zhuǎn)化；大的斷層構(gòu)造，可以切割傳遞巖梁，使很大范圍的老頂向直接頂轉(zhuǎn)化。 2、采動條件變化。增加采高，允許巖梁彎曲沉降的實際空間增大，老頂中的巖梁可能轉(zhuǎn)化為直接頂；降低采高，原直接頂可能轉(zhuǎn)化為老頂。 3、改變采空區(qū)頂板處理方法。采用充填，減少巖層彎曲沉降的運動空間，原直接頂轉(zhuǎn)化為老頂。 1、頂板和底板 煤層以上的巖層叫做頂板，煤層下 面的巖層叫做底板（直接在煤層下面的巖層叫直接底） 。 三種頂板： （1）偽頂：在煤層和直接頂之間， 有時存在一層厚度小于0.5米、隨采隨冒 的軟弱松散巖層。 常見的偽頂有炭質(zhì)頁巖，泥質(zhì)頁巖等。 （2）直接頂： 直接在煤層或偽頂上面，有一定強度， 并會隨回柱放頂而冒落

13、的巖層（在老塘已冒落、采場內(nèi)支架暫時支撐的頂板）。 常見的直接頂巖層有頁巖、砂頁巖等。 采煤工作面的直接維護對象是直接頂，直接頂?shù)姆€(wěn)定性對支架的選型、支護方式以 及對引起工作面冒頂常常起主導(dǎo)作用。 直接頂?shù)姆€(wěn)定程度取決于三個因素： 巖層本身的力學(xué)性質(zhì)； 直接頂巖層內(nèi)由于各種原因造成的層理和節(jié)理裂隙的發(fā)育程度； 直接頂?shù)姆€(wěn)定性（完整性）還受到上覆老頂來壓的影響。 綜合考慮前兩個因素，我國將直接頂 按穩(wěn)定性分為三種類型： 不穩(wěn)定頂板 多數(shù)為分層厚度較?。?50mm）、強度低，原生裂隙發(fā)育，初次垮落步距小于8m，采空區(qū)內(nèi)形不成懸頂。 如頁巖、炭質(zhì)頁巖、粉沙巖、再生頂板等。 對這種頂板如不及時支護，很

14、容易造成局部冒頂。 中等穩(wěn)定頂板 此類直接頂多為分層厚度在250600mm的砂質(zhì)頁巖、厚層頁巖、粉砂巖、 泥質(zhì)石灰?guī)r等，巖層力學(xué)強度較大，有些巖層雖受到一系列裂隙所切割，但局部較完整，仍屬中等穩(wěn)定型。初次垮落步距一般為915（18）m。 這類頂板，采前勿需提前支護，但采后必須及時支護；沿工作面分段放炮落煤。 穩(wěn)定（完整）頂板 分層厚度大（600mm），裂隙不發(fā)育，比較完整。這種頂板一般懸露面積大（初次垮落步距大于1518米），穩(wěn)定性好，不易發(fā)生局部冒頂，如砂巖、堅硬的砂頁巖等。 這類頂板采前勿需專門處理，采后也可不及時支護，可沿工作面全段放炮落煤。 （3）老頂（基本頂）：直接在直接頂上面、強度

15、比較大，厚度在1.5米以上，大面積暴露后才斷裂冒落的巖層。 老頂又指運動時采場礦壓顯現(xiàn)有明顯影響的傳遞巖梁的總合。它由明顯影響采場礦壓顯現(xiàn)的一組或幾組“傳遞巖梁”組成（該巖梁在工作面推進中能始終保持向煤壁前方和老塘矸石上傳遞作用力）。 常見的老頂巖層有砂巖、石灰?guī)r、砂礫巖等。 老頂?shù)氖Х€(wěn)和來壓不僅對直接頂?shù)姆€(wěn)定性有直接影響，而且對支護強度、支架具備的可縮量以及選擇采空區(qū)處理方法等，都起著決定性作用。 在采用全部垮落法的工作面中，在相同采高時，一般情況下老頂對工作面礦壓顯現(xiàn)的影響，主要取決于老頂離煤層的距離、冒落的直接頂充填原來由直接頂和煤層所占空間的程度。老頂距煤層越遠，采高越小，則老頂來壓越

16、不明顯。 通常，把直接頂厚度M與采高h之比N（NM/h）作為衡量老頂對礦壓顯現(xiàn)影響程度的指標，也是老頂分級的重要指標。 一般認為： 級基本頂，N5，稱無周期來壓或周期來壓不明顯的頂板，這時老頂?shù)目迓渑c錯動對工作面的支架無多大影響。 級基本頂，2N5，為有周期來壓頂板，老頂?shù)氖Х€(wěn)對工作面支架有較為嚴重的影響。 級老頂，N2，甚至沒有直接頂，為周期來壓嚴重的頂板，這時老頂懸露與垮落都將對工作面支架有嚴重的影響。 級老頂，即特別堅硬，又無直接頂，這時常出現(xiàn)采空區(qū)內(nèi)頂板上萬平方米不冒落，當其垮落時，常形成暴風，頂板沿工作面煤壁切落，造成重大事故。 老頂無明顯周期來壓 三種情形：一是老頂巖梁強度低，初次

17、來壓步距25m，周期來壓步距小于8m；其二是厚煤層下分層開采；三是冒高大，充填效果好，允許老頂運動空間小。（N35） 老頂周期來壓明顯 （N 0.335） 老頂初次來壓步距一般為2545m，周期來壓步距為815m，組成老頂巖梁數(shù)目一般12個。堅硬巖梁位于上方時，須避免堅硬巖梁對對下位巖梁產(chǎn)生動壓沖擊。 老頂周期來壓強烈 組成這類老頂巖梁多為厚層砂巖、中粒石英砂巖等，強度高，初次來壓步距45m，老頂為一個或多個巖梁組成。日常頂板管理中，必須進行來壓及頂?shù)装迩闆r的預(yù)測預(yù)報。 頂板管理主要是管好直接頂和老頂。當直接底過于軟弱時，會給頂板管理帶來一定的困難。 2、上覆巖層運動形成的三種力 （1）礦山壓

18、力 煤（巖）體采出以后，形成采動空間，圍巖就要向采動空間運動（變形和位移）。這種采動后存在于圍巖之中（圍巖內(nèi)部 應(yīng)力）又促使圍巖運動（作用于圍巖邊界上的外力）的力叫做礦山壓力。 礦山壓力的形成是由于采動引起的，采動引起礦山壓力的存在是絕對的。 在礦山壓力作用下，圍巖發(fā)生運動（包括兩幫、頂板和底板位移、變形和破壞），以及由此產(chǎn)生的支架受力或變形等明顯的壓力現(xiàn)象叫礦山壓力顯現(xiàn)。 例如：頂板下沉、垮落，底板隆起，片幫；支架變形和折損等。 礦山壓力顯現(xiàn)是礦山壓力作用的結(jié)果和外部表現(xiàn)，是相對的、有條件的。存在礦山壓力不一定有明顯顯現(xiàn)。如圍巖因承受壓力大小、自身強度、受力狀態(tài)不同而運動發(fā)展程度不同；支架受

19、力與變形 程度也與支架的力學(xué)性質(zhì)、支架對圍巖運動的抵抗程度以及圍巖來壓時間和支架所處地點有關(guān)。 衡量礦壓顯現(xiàn)程度的指標： 頂板下沉量：指煤壁到采空區(qū)邊緣裸露的頂?shù)装宓南鄬σ平俊?實際測定是在回采工作面煤壁剛剛懸露的頂板處設(shè)置測桿。 頂板下沉速度：指單位時間內(nèi)的頂?shù)装逡平?，該指標反映頂板活動的劇?程度。 支柱變形與折損。隨著頂板的下沉，采煤工作面支柱受載也逐漸增加，柱帽變形和支柱折損多少。 頂板破碎情況。常以單位面積中冒落頂板面積所占的百分數(shù)表示頂板破碎情況。 局部冒頂：工作面出現(xiàn)的局部塌落。 采煤工作面頂板沿煤壁切落（大面積冒頂）。 此外，還有煤壁片幫、支柱插入底板、底鼓等一系列反映礦壓

20、顯現(xiàn)的現(xiàn)象。 采煤工作面礦壓顯現(xiàn)的基本規(guī)律： 直接頂?shù)目迓洌撼Ｖ该案邽?1.5米、范圍超過工作面全長一半的冒落。自開切眼起，直接頂?shù)牡谝淮慰迓浣兄苯禹敵醮慰迓?。此時工作面煤壁至開切眼的距離稱作直接頂初次垮落步距。直接頂初次垮落步距 一般為620米。 直接頂初次垮落以后，隨著工作面不斷向前推進，新暴露出的頂板要及時支護，工作面采空側(cè)的支柱要不斷回撤，直接頂將不斷垮落，這一過程叫回柱放頂。 老頂初次來壓： 當老頂?shù)谝淮螒衣哆_到極限跨距，發(fā)生失穩(wěn)斷裂而產(chǎn)生的工作面頂板大規(guī)模來壓，稱為老頂?shù)某醮蝸韷?。老頂初次來壓一般比較突然。 老頂初次垮落時，工作面煤壁距開切眼的距離（由開切眼到初次來壓時工作面推進的

21、距離）叫做老頂?shù)某醮蝸韷翰骄唷?一般為2035米，有的礦區(qū)可達到5070m，甚至更大。 老頂初次來壓實現(xiàn)之后的模型 老頂?shù)闹芷趤韷海?老頂初次來壓后，隨著工作面的繼續(xù)推進，老頂巖梁周期性折斷下沉，工作面周期性地出現(xiàn)頂板下沉加快，下沉量變大，支柱載荷普遍增加，煤壁可能嚴重片幫，支柱折斷，以及頂板臺階下沉等來壓現(xiàn)象，叫做老頂?shù)闹芷趤韷骸?老頂巖梁周期折斷的距離叫做老頂周期來壓步距，一般為老頂初次來壓步距的1/4 1/2。 （2）支承壓力 巷道開掘后在其周邊會形成應(yīng)力集中，集中系數(shù)介于23之間。 作用于采場四周煤（巖）體上垂直方向上的壓力稱為支承壓力。即在煤層內(nèi)開掘開切眼或進行回采而形成的垂直方向上

22、的集中應(yīng)力（它是礦山壓力的組成部分）。 煤體邊緣在支承壓力作用下，按其變形特征可分為以下四個區(qū)域： 小于原巖應(yīng)力的松弛區(qū)（減壓區(qū)）。松弛區(qū)的寬度視煤層厚度、煤質(zhì)軟硬及圍巖性質(zhì)而不同，一般在5m以內(nèi)。 應(yīng)力升高的塑性變形區(qū)（增壓區(qū)）。塑性變形區(qū)的寬度取決于開采深度、回采引起的支承壓力集中系數(shù)、煤層厚度和煤質(zhì)軟硬等因素，并隨著工作面推進和采動影響時間的延續(xù)而發(fā)展，一般為512m。 彈性變形區(qū)。彈性變形區(qū)是由最大壓力逐漸過渡到壓力穩(wěn)定的區(qū)段，其范圍可由2025m 變化至3540m。 原巖應(yīng)力區(qū)（穩(wěn)壓區(qū)）。再進一步深入煤體， 支承壓力受采動影響極小，甚至可忽略不計，一般視為處于原巖應(yīng)力狀態(tài)。 支承壓力

23、對開采煤層、頂?shù)装?、相?煤層及其應(yīng)力范圍內(nèi)的巖層都會產(chǎn)生很大影響。通常，支承壓力會引起底鼓、片幫、冒頂?shù)龋ㄖС袎毫︼@現(xiàn)）。在開采煤層群時，支承壓力的影響更大。在時間和空間上，支承壓力的顯現(xiàn)和變化非常復(fù)雜。如何根據(jù)工作面的圍巖和開采條件，研究支承壓力，選擇合理的巷道布置（位置、時間）和支護方式，是頂板管理的重要內(nèi)容之一。 （3）頂板壓力 頂板壓力是指由頂板重量或下沉等原因，在支架上反映出來的力。 工作面支架的工作阻力是用來對付頂板壓力的。如果支架不讓頂板下沉，則頂板壓力有時會很大很大，既不經(jīng)濟也不可能；因此支架除了必須具備一定的支撐能力外，還必須有一定的可縮性，以適應(yīng)頂板的下沉。 目前較普遍用

24、經(jīng)驗法來確定頂板壓力，即頂板壓力P為4至8倍采高巖重： P（48）Mr 噸/米 式中：M煤層采高，米 r 頂板平均容重，噸/米 應(yīng)用此公式要考慮直接頂?shù)暮穸?，直接?厚時取小的系數(shù)，直接頂薄時取大的系數(shù)。頂板壓力的大小還與采用的采空區(qū)處理方法有關(guān)系，用充填法或緩慢下沉法時比用垮落法時小。 （4）支柱的初撐力、有效支撐力 支柱的初撐力是指支柱對頂?shù)装宓闹鲃又瘟?。如人工打緊支柱（摩擦式） 一般為200公斤，絲桿升柱器一般為800 公斤，液壓升柱器（液壓槍）為35噸。主動預(yù)緊力，用來增加頂板層間接觸應(yīng)力防止頂板過早離層。 有效支撐力是指支柱在支護期間，即頂板下沉期間支柱的實際工作阻力。 3. 頂板

25、管理技術(shù)簡介 隨著工作面的不斷推進，頂板暴露面積不斷擴大。為了控制采場礦山壓力和頂?shù)装鍑鷰r移動，必須進行安全可靠且經(jīng)濟合理的支護。對其余那部分不需要的采空區(qū)，也必須進行及時處理，以減輕頂板對工作面的壓力。因此，回采工作面的支護和采空區(qū)處理是頂板管理的主要內(nèi)容。 一、適用礦山壓力控制技術(shù) 回采工作面頂板控制設(shè)計（思路） 1、回采工作面頂板信息采集和分析 強度、厚度、裂隙情況，來壓情況 2、支架工作特性及實際支撐能力分析 木支護各向異性：縱向比橫向剛性大，可縮量小； 單體液壓支柱初撐力大，恒阻 3、單體支柱工作面頂板控制設(shè)計 （1）頂板處理方法選擇 全部垮落法、頂板強度弱化法（深孔爆破強制放頂、頂

26、板預(yù)注水軟化）、采空區(qū)充填法、刀柱式管理、緩慢下沉 （2）支架設(shè)計工作狀態(tài)的確定 支架對頂板可處于“給定變形”和“限定變形”兩種工作狀態(tài)。 如：對直接頂采用“定載荷”設(shè)計工作狀態(tài)，即要求支架能完全承擔住直接頂運動時的作用力，保證直接頂與老頂巖梁之間不離層。 又如：老頂為單一巖梁，若其運動使工作面內(nèi)的最大頂板下沉量比較小時，應(yīng)對巖梁運動采取“讓”的“給定變形”工作狀態(tài)； 如果老頂運動使頂板最大下沉量比較大時，若不限制巖梁運動，則工作面支架會因活柱縮量超限而被壓死，直接頂會因下沉過大加劇破碎，工作面可能會出現(xiàn)動壓沖擊，在這種頂板條件下，應(yīng)對巖梁運動采取“限定變形”工作狀態(tài)設(shè)計。 （老頂為兩個巖梁的

27、見下圖） 支架工作狀態(tài)設(shè)計是決定控制頂板效果的關(guān)鍵。 要求：工作面上位巖梁在工作面上前方裂斷前，下位巖梁應(yīng) 處于 “貼緊狀態(tài)” （安全阻力原則） 下位巖梁來壓完成后支架不被壓死 （安全縮量原則） （3）控頂距的選擇 正確選擇控頂距是控頂區(qū)內(nèi)頂板維護狀況的核心問題。控頂距大小除首先滿足行人、運輸和通風要求外，還需考慮： 控頂方式的影響：若支架按“給定變形”狀態(tài)工作，支架主要承擔直接頂重量，這時應(yīng)縮小控頂距，以減小直接頂對支架的作用力。若按“限定變形”則適當加大控頂距，使支護反力合力點后移（向老塘移），提高對老頂運動控制效果。 對于支柱初撐力較低的工作面，直接頂放頂期間適當加大控頂距，有利于提高控

28、頂效果。 直接頂穩(wěn)定狀況的影響：控頂距大小的選擇取決于直接頂?shù)姆€(wěn)定狀況。 直接頂比較松軟，分層厚度小，或開采厚煤層下分層時，應(yīng)縮小控頂距，提高對靠近煤壁端面頂板的支撐能力；直接頂較堅硬，應(yīng)適當加大控頂距（最大控頂距45.5m），在靠老塘排加密集支柱，有利于直接頂在采空區(qū)內(nèi)冒落。 （4）支護選擇（包括支柱的特性參數(shù)、支護方式等） 主要取決于工作面上復(fù)頂板巖層的運動形式、運動幅度、穩(wěn)定狀況以及支架對頂板運動所采取的工作狀態(tài)。 支柱類型：其工作特性應(yīng)與支架控頂狀態(tài)相協(xié)調(diào)。在“給定變形”狀態(tài)下，支柱的可縮量應(yīng)大于控頂區(qū)內(nèi)最末排處的最大頂板下沉量；在“限定變形”狀態(tài)下，應(yīng)提高支柱初撐力和工作阻力，以有效

29、限制控頂區(qū)上方直接頂與老頂間的離層，促使懸頂在控頂區(qū)后方裂斷垮落。 木支護對管理來壓比較明顯的工作面頂板是極不利的。 支護方式：以直接頂?shù)姆€(wěn)定狀況為依據(jù)。 直接頂完整、不受裂隙切割可帶帽點柱； 直接頂中等穩(wěn)定及以下時可棚子支護； 直接頂強度較高、懸頂周期性裂斷時應(yīng)選用密集切頂支護。 （5）合理支護密度計算 n = PT / RT 棵/m PT 合理支護強度，噸/ m RT 支架在工作面的實際支撐能力， 噸/棵 確定各類頂板的合理支護強度 對一般類型頂板（直接頂和老頂同時存在），支護設(shè)計必須同時滿足對直接頂和老頂?shù)目刂埔蟆?A、按直接頂?shù)谝淮慰迓洳骄喙浪闼柚ёo強度； B、按老頂初次來壓估算所

30、需支護強度； C、按正常推進階段估算所需支護強度。 步驟： A、提高實測取得下列參數(shù)： 老頂來壓前夕支架承載值MPa，老頂來壓完成時刻最大承載值，老頂來壓前夕頂板下沉量mm，老頂來壓結(jié)束時最大頂板下沉量； B、確定直接頂厚度（可采用經(jīng)驗估計或利用冒高公式推算）、老頂巖梁數(shù)目及各巖梁厚度（結(jié)合鉆孔確定）； C、確定位態(tài)常數(shù)KA（或K0）； D、寫出位態(tài)方程； E、根據(jù)控頂要求，結(jié)合具體頂板條件，利用位態(tài)方程計算合理支護強度。 支架在井下的實際支撐能力 支柱在支護過程中的實際支撐能力，是指把頂板控制在要求的“位態(tài)”（以最大控頂距處的沉量表示）時， 所有支柱能夠達到的工作阻力平均值。由于受直接頂?shù)装?/p>

31、抗壓入強度（如鉆底）、輔助支護結(jié)構(gòu)壓縮（如柱帽）、支設(shè)質(zhì)量（如支柱漏液、初撐力小、升柱時間不足），支柱承載不均等因素影響，支柱有效支撐能力遠比支柱額定工作阻力（單體支柱一般都在30噸左右）小。 一般建議考慮系數(shù)：木支護為6070，微增阻支柱6575，恒增阻（單體液壓支柱）8090。 二、頂板事故防治技術(shù) （一）常見的頂板事故 1、漏垮型冒頂：已破碎的頂板沒有得到有效支護而冒落導(dǎo)致的冒頂。包括局部漏冒型冒頂，大面積漏冒型冒頂?shù)取?局部冒頂事故的原因及實現(xiàn)條件分析： 原因：未及時支護已破壞的直接頂板發(fā)生冒落。 實現(xiàn)條件： 存在破碎、復(fù)合頂板；存在內(nèi)應(yīng)力場；未及時支護。 發(fā)生時間及地點：采煤過程中，

32、特別是爆破后出煤；單體支柱工作面回柱放頂過程中。 2、推垮型冒頂 由平行于層面方向 的頂板力推倒采煤工作面支架而導(dǎo)致的冒頂。 包括復(fù)合頂板推垮型冒頂；金屬網(wǎng)下推垮型冒頂；采空區(qū)冒矸沖入采煤工作面的推垮型冒頂。 推垮型事故分析： 原因 a.直接頂離層，沿工作面斷裂； b.支護初撐力不足，方式不合理。 實現(xiàn)條件 游離“自由六面體”的形成且支撐結(jié)構(gòu)不穩(wěn) a.特別當煤層傾角較大時； b.頂板離層； 表現(xiàn)在產(chǎn)生一定的頂?shù)装逡平?c.頂板裂斷來壓； D.傾斜方向斷層切割，下方發(fā)生局部冒頂； E.支護結(jié)構(gòu)不穩(wěn)。如不順山勢、無支架穩(wěn)定性措施 發(fā)生時間及地點 直接頂板第一次裂斷或周期性裂斷時刻。直接頂運動引起

33、推垮型頂板事故發(fā)生原因及實現(xiàn)條件分析 3、壓垮型冒頂 由垂直于層面方向 的頂板力壓壞采煤面支架而導(dǎo)致的冒頂。 包括老頂來壓時的壓垮型冒頂，厚層 難冒頂板大面積冒頂，直接頂導(dǎo)致的壓垮型冒頂。 此外，也有可能出現(xiàn)綜合型冒頂。 壓垮型事故分析： 原因 a.支護阻抗力不足 b.支護縮量不夠 實現(xiàn)條件 a.老頂來壓前，直接頂或下位巖梁離層 （支護阻抗力不足） b.老頂沿煤壁切斷（在內(nèi)應(yīng)力場支承） c.老頂來壓沖擊 發(fā)生時間及地點 堅硬上位巖梁裂斷來壓時刻壓垮型頂板事故發(fā)生原因及實現(xiàn)條件分析回采工作面頂板事故分類小范圍局部冒頂大 面 積 切 頂直 接 頂 破 碎直 接 頂 運 動老 頂 運 動推 垮 型壓

34、 垮 型采煤過程中事故放頂過程中事故沿 傾 斜 方 向向 煤 壁 方 向向 老 塘 方 向向 煤 壁 方 向向 老 塘 方 向沖擊推垮型（砸垮型）壓 垮 型 （二）控制頂板的“三字”支護要訣 支、護、穩(wěn) 1、支得起。 就是要求支架在工作全過程中能夠支 撐住頂板所施加的壓力，這里包括支撐力和可縮量兩方面。如果支架支撐力不夠，支撐不了頂板壓力而被損壞，就無法再支撐頂板；如果支架可縮量不夠，適應(yīng)不了頂板下沉而被損壞，也無法再支撐頂板，從而導(dǎo)致壓冒型冒頂。 老頂來壓時，頂板施加在支架上的壓力比平時大得多，頂板下沉量也比平時大，因此，支得起主要是對直接頂而言，而對老頂，要利用支架的可縮量來適應(yīng)。單體液壓

35、支柱和微增阻式摩擦金屬支柱的可縮量大，只要選型合理和密度合適，一般就能支得起頂板。木支柱由于可縮量太小，不能適應(yīng)老頂來壓時頂板下沉量大而被破壞（集中載荷大的支柱首先被壓斷，然后載荷轉(zhuǎn)移，各個擊破），從而失去對頂板的支撐能力（直徑16cm以上的木支柱，其最大工作阻力也可達到350kN以上，支撐力并不比單體摩擦金屬支柱低）。因此，使用木支架的工作面，當老頂來壓，要特別注意防止工作面被壓垮的問題。 2、護的好 所謂護得好，一方面要求采煤工作面 支架能控制住采煤工作面的頂板使其一點都不冒落；另一方面應(yīng)保證回柱工人在有支護的地點進行工作，既護頂又護人。 如果護不好，則可能發(fā)生漏冒型冒頂。直接頂破碎的煤層

36、，以及靠煤壁附近、工作面上下出口、斷層破碎帶附近，應(yīng)特別注意漏冒問題。 當采用單體支架時，對完整的直接頂使用戴帽頂柱即可； 對中等穩(wěn)定的直接頂，應(yīng)使用棚子（頂梁應(yīng)垂直裂隙布置）； 對破碎的直接頂，則頂梁上要加背板，甚至要背嚴； 對于特別破碎的直接頂，用炮采時還需要掏梁窩超前支護。 3、穩(wěn)得住 所謂穩(wěn)得住，就是要求采面支架具有 抵抗來自層面方向推力的能力。一旦頂板要沿層面方向運動或旋轉(zhuǎn)，支架能抵抗得住，不至于被推垮。通常，煤層傾角越大，對支架穩(wěn)定性的要求也越高。穩(wěn)得住主要是針對直接頂?shù)模灿嗅槍享數(shù)?。如果穩(wěn)不住，則可能導(dǎo)致推冒型冒頂。提高支架的初撐力，防止下位巖層與上位巖層離層，是實現(xiàn)“穩(wěn)得住

37、”的重要措施。 以下幾種情況，要特別注意支架的穩(wěn)定性： 復(fù)合型頂板，且煤層傾角又較大。 頂板中存在由斷層、裂隙、層理等切割而形成的大塊游離巖塊，回柱后游離巖塊就會旋轉(zhuǎn)，從而推倒采煤工作面支架導(dǎo)致冒頂。 在金屬網(wǎng)假頂下回柱放頂時，若網(wǎng)上有大塊游離巖塊。 當老頂急劇下沉時，可能迫使直接頂推倒采煤面支架而冒頂。在斷層帶附近也有類似情況。 4、從不同的煤層頂板條件和傾角條件考慮支、護、穩(wěn) 當老頂來壓比較強烈、直接頂很完整、煤層傾角又很小時，注意考慮支得起問題。 對于來壓不明顯，直接頂比較破碎、煤層傾角又不大時，注意考慮護好直接頂。 當老頂來壓比較強烈，直接頂比較 破碎，煤層傾角又很小時，既要考慮支，又

38、要考慮護。 當老頂來壓比較強烈，直接頂比較破碎，煤層傾角又比較大時，則對采煤面支架的支、護、穩(wěn)都要考慮。 5、從采煤工作面中的不同地點考慮 三者要求。 靠煤壁附近的空間應(yīng)特別注意護。 放頂線附近應(yīng)特別注意支與穩(wěn)。 對上下出口處同時要注意支、護、穩(wěn)。 4. 我省煤礦頂板管理實踐 防治頂板事故是一項系統(tǒng)工程 、巷道布置和采煤方法的改革 、全面推行支護改革 發(fā)展支護（1）巖石巷道： 光面爆破錨噴網(wǎng)（2）回采巷道：三局一礦1988年U型鋼可縮支架為，90年33344架，支護20244米，另金屬棚73826米（3）軟巖巷道和壓力大的巷道：先柔（可縮）后剛（4）回采工作面：三局一礦1985年末139個回采

39、面，單體油柱個，摩支53個，木支84個；91年末140個面，單體油柱116個，在籍油柱118600根。 、礦壓觀測，老頂來壓預(yù)測預(yù)報 、技術(shù)管理，規(guī)范作業(yè)規(guī)程的編制，作業(yè)規(guī)程競賽評比、開展質(zhì)量標準化工作：工程質(zhì)量、支護質(zhì)量、工作質(zhì)量旅館化宿舍花園式礦山，和工資、獎勵掛鉤、職工培訓(xùn)、班前會教育和交接班制度、技術(shù)比武技術(shù)能手技術(shù)等級、現(xiàn)場檢查 謝 謝 ！ 三、掘進巷道的頂板控制技術(shù) 采掘工作面是在地下移動的工作空間。隨著采掘工作面的推進，工作面上覆巖層發(fā)生變形和移動，采場應(yīng)力重新分布。為了保證工作面作業(yè)的安全，必須對周圍圍巖進行支護，對工作面采動以后所形成的礦山壓力加以控制。如何根據(jù)工作面的圍巖和

40、開采條件，研究支承壓力，選擇合理的巷道布置和支護方式，是頂板管理的重要內(nèi)容之一。 1、“支架圍巖”原理 從力學(xué)性質(zhì)看，巖石兼有彈性和塑性。開掘巷道后，如果巖石還處在彈性變形或塑性變形階段，而沒有被破壞的時候，本身還能承載，并和巷道支架一起來維護所需要的巷道空間，這就是所謂的巷道圍巖與支架共同承載。在“支架圍巖”力學(xué)平衡系統(tǒng)中，圍巖通常承受著大部分的巖層壓力，而支架卻只承擔其中的一小部分。 因此，只靠支架的支撐力，欲使巷道 圍巖一點也不向巷道空間擠壓，既不經(jīng)濟也不可能。巷道支架必須有一定可縮性，允許圍巖有一定變形而減輕支架所受的力，同時支架還必須有一的支撐力，使圍巖不至于破壞，以充分利用圍巖的承

41、載能力。當然，支架可縮性的大小，應(yīng)因情況而異。如果巷道圍巖只處在彈性變形階段，不需要支架有多大的可縮性；如果巷道圍巖比較軟弱，塑性變形量較大，就需要可縮性比較大的支架。 2、巷道圍巖對巷道維護的影響 在堅硬的巖石中開掘巷道，由于巖石本身處在彈性變形階段，承載能力大，支架所受的力很小，甚至可以不用支架支護。 在軟弱的巖石中開掘巷道，由于巖石多處在塑性變形階段，會不斷向巷道空間擠壓，本身承載能力又不大，因此支架受力就比較大。 如果巷道周圍巖石已經(jīng)破壞，本身無承載能力，需要靠支護抵抗全部因圍巖破壞、松脫而形成的擠壓力，則支架受力將很大，巷道維護困難。 由于巷道圍巖巖性的不均一性，構(gòu)造應(yīng)力的復(fù)雜性，有

42、些巷道頂壓大，有些巷道側(cè)壓大，有些巷道還有底鼓現(xiàn)象，還可能是上述幾種壓力的組合。 因此，支架還必須適應(yīng)不同的情況，既要有足夠的支撐力，又要有適宜的可縮性，即“剛?cè)帷辈⒋?，“柔剛”適度。 3、選擇巷道支護的基本思路 合理的支護方式應(yīng)充分利用圍巖的自承力，既經(jīng)濟又可靠。 要在保證安全的前提下合理利用圍巖的自承力。 為了利用圍巖的自承力，就要允許圍巖產(chǎn)生某種變形，這種變形會使圍巖中的能量得到一定釋放，產(chǎn)生適當?shù)摹靶遁d作用”，這將有利于減少支架承載。同時，這種變形又應(yīng)當是有限制的，不能允許它發(fā)展到有害或危險的程度。 合理利用圍巖的自承力的途徑是使支架與圍巖在相互約束的狀態(tài)下共同承載。 為充分利用圍巖的自承力，同時又要保證不導(dǎo)致圍巖松動破壞，可行的辦法之一就是使巷道支架向圍巖提供一定的阻力，使得圍巖在承受一定支架阻力的條件下有限制地向巷道空間內(nèi)變形（受控變形）；與此同時，支架本身也將受到圍巖抗力的作用而產(chǎn)生一定的變形。 即：巷道支架可以起到調(diào)節(jié)與控制圍巖變形的作用，但它應(yīng)在圍巖松動和破壞以前安設(shè)，以便使支架在圍巖尚保持自承能力的情況下與圍巖共同承載，而不是等圍巖已發(fā)生松散、