采煤工作面頂板管理基本知識

采面頂板管理基本知識

一、頂板管理的重要性

頂板事故是煤礦生產(chǎn)中五大自然災(zāi)害（水、火、瓦斯、礦塵、冒頂）之一，它是煤礦中最常見的又是最易發(fā)生的事故。頂板回采工作面冒頂事故2/3~3/4事故巷道冒頂事故1/4~1/3二、煤層頂?shù)装鍘r層構(gòu)成要充分認(rèn)識和掌握采煤工作面礦山壓力對頂板事故的作用和規(guī)律，必須首先弄清煤層頂?shù)装鍘r層的構(gòu)成及其移動(dòng)規(guī)律。根據(jù)頂?shù)装鍘r層離煤層的距離及對開采工作的影響程度不同，煤層的頂?shù)装鍘r層可分為：1）偽頂。緊貼在煤層之上，極易跨落的薄巖層稱為偽頂。通常由炭質(zhì)頁巖等柔弱巖層組成，厚度一般小于0.5m，隨采隨冒。二、煤層頂?shù)装鍘r層構(gòu)成2）直接頂。位于偽頂或煤層之上，具有一定的穩(wěn)定性，由一層或若干層組成，厚度不定，不很堅(jiān)硬，回柱后能自行跨落的巖層稱為直接頂。通常由泥質(zhì)頁巖、頁巖、砂質(zhì)頁巖等組成，具有隨回柱放頂而跨落的特征。3）老頂。位于直接頂或煤層之上堅(jiān)硬而難跨落的巖層稱為老頂，也叫基本頂。通常有砂巖、石灰?guī)r、砂礫巖所組成。4）直接底。直接位于煤層下面的巖層。如為較堅(jiān)硬的巖石時(shí)，可作為采煤工作面支柱的良好支座；如為泥質(zhì)頁巖等松軟巖層時(shí)，則常造成底臌和支柱插入底板等現(xiàn)象。有些煤層同時(shí)存在偽頂、直接頂和老頂；也有些煤層上面，沒有偽頂，只有直接頂和老頂；有的缺少偽頂、直接頂，煤層上面就是老頂。這樣也就增加了頂板管理的難度，判斷和處理不對，就會(huì)造成頂板事故的隱患，嚴(yán)重影響了采場支護(hù)質(zhì)量，易造成頂板事故。二、煤層頂?shù)装鍘r層構(gòu)成二、煤層頂?shù)装鍘r層構(gòu)成直接頂?shù)耐旰贸潭葘⒅苯佑绊懝ぷ髅娴陌踩肮ぷ髅娴墓ぷ餍?，而且也影響到支護(hù)方式的選擇。直接頂?shù)耐旰贸潭热Q于兩個(gè)因素：一是巖層的力學(xué)性質(zhì)；二是直接頂巖層內(nèi)各種原因造成的層理和裂隙的發(fā)育情況。直接頂巖層內(nèi)各種層理或裂隙等“弱面”的存在將直接影響到直接頂在懸露時(shí)的穩(wěn)定性。常常把這些“弱面”簡稱“劈”。而其中有些“劈”的組合形式，對直接頂?shù)姆€(wěn)定性影響較大。這類游離巖塊的劈可能在頂板毫無預(yù)兆的情況下發(fā)生局部冒頂。多數(shù)采煤工作面直接頂是呈不規(guī)則跨落的。當(dāng)工作面自開切眼推進(jìn)后，直接頂一般并不立即跨落下來，而是待工作面推進(jìn)一定距離以后，才會(huì)大面積跨落，這稱為直接頂初次跨落。直接頂初次跨落時(shí)，工作面放頂線與開切眼之間的距離稱為直接頂初次跨落步距，它是反映直接頂穩(wěn)定程度的一個(gè)綜合指標(biāo)，對頂板事故有著直接影響。直接頂初次跨落后，就要進(jìn)行第一次放頂，稱為工作面的初次放頂。由于初次放頂是直接頂?shù)拇竺娣e跨落，容易發(fā)生冒頂事故。為此《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定了采煤工作面的初次放頂必須制定安全措施，報(bào)礦總工程師批準(zhǔn)。三、采煤工作面頂板管理

老頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)及來壓程度不僅對直接頂?shù)姆€(wěn)定性有直接影響，而且對是否造成大面積的切頂起著決定作用。采用全部跨落法管理頂板的采煤工作面，一般情況下，老頂對工作面頂板壓力影響主要決定與直接頂?shù)暮穸燃捌浞€(wěn)定性。當(dāng)工作面從開切眼開始采煤后，直接頂跨度達(dá)到6~20M時(shí)，直接頂開始冒落，為減輕上覆巖層的壓力，工作面開始初次放頂，若有老頂跨落的影響時(shí)，初次放頂期還包括老頂?shù)某醮慰缏?，將對工作面造成較大的威脅，容易發(fā)生冒頂，必須加強(qiáng)支護(hù)等安全措施，直接頂初次跨落后，隨著工作面繼續(xù)向前推進(jìn)，直接頂不斷冒落，老頂?shù)膽衣犊缍仍龃?，直到達(dá)到極限跨度時(shí)，老頂將出現(xiàn)斷裂，進(jìn)而發(fā)生跨落。這時(shí)，將對工作面產(chǎn)生較大影響，頂板下沉量增加，支架載荷增大，煤壁片幫。

從開切眼開始老頂?shù)谝淮慰缏?，稱為老頂初次跨落。這種老頂初次折斷或跨落前后工作面的礦壓顯現(xiàn)稱為老頂初次來壓。老頂初次跨落后，隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，工作面上方老頂在其自重及上覆巖載荷作用下，將沿煤壁內(nèi)發(fā)生折斷和跨落，同時(shí)引起工作面壓力突然增大，這種現(xiàn)象，隨工作面的推進(jìn)將周而復(fù)始的出現(xiàn)。因此稱為老頂?shù)闹芷诳缏?。把因老頂周期跨落而使工作面呈周期性地礦壓顯現(xiàn)，稱為老頂周期來壓。（一）頂板事故分類按冒頂?shù)牧υ催M(jìn)行分類：（1）壓垮型：由垂直于層面方向的頂板力壓壞采場支架而導(dǎo)致冒頂。（2）漏冒型：因已破碎的頂板沒有得到有效防護(hù)受重力作用冒落而導(dǎo)致的冒頂。（3）推垮型：由平行于層面方向的頂板力推倒采場支架而導(dǎo)致的冒頂。（4）綜合型：兩種或三種綜合出現(xiàn)。1.壓垮型冒頂（主要發(fā)生在老頂來壓時(shí)）（1）垮落帶老頂巖塊壓壞采場支架；（2）垮落帶老頂巖塊沖擊壓壞采場支架；（3）裂隙帶老頂巖塊壓壞采場支架。2.漏冒型冒頂（1）大面積漏垮型冒頂；（2）靠煤壁附近的局部冒頂；（3）采場兩端（機(jī)頭、機(jī)尾）的局部冒頂；（4）放頂線附近的局部冒頂。2023/11/2414（1）金屬網(wǎng)下的推垮型冒頂；（2）采空區(qū)冒矸沖入采場的推垮型冒頂。3.推垮型冒頂2023/11/24154.綜合類型的冒頂（1）厚層難冒頂板導(dǎo)致的大面積冒頂。（2）地質(zhì)破壞（斷層）帶附近的冒頂。（3）大塊游離頂板導(dǎo)致的冒頂，包括復(fù)合頂板推垮型冒頂，沖擊推垮型冒頂，大塊游離頂板旋轉(zhuǎn)推垮型冒頂，以及直接頂導(dǎo)致的壓垮型冒頂。2023/11/2416預(yù)備知識：采動(dòng)后頂板活動(dòng)的一般規(guī)律1.直接頂?shù)某醮慰迓洌嚎迓浜穸仍?.0m以上，垮落長度達(dá)工作面長度的一半以上?？迓洳骄嘁话銥?~20m。2023/11/2417如果直接頂厚度大于或等于2~3倍的采高，則能填滿采空區(qū)，采面無老頂活動(dòng)威脅。但老頂還是要彎曲、下沉和斷裂的。但老頂活動(dòng)不明顯。2023/11/2418如果直接頂厚度小于2~3倍的采高，開始時(shí)老頂呈雙固支梁狀態(tài)，它把自身及上部巖層的重量都加到了工作面周圍的煤體上，工作面無老頂壓力感覺。2023/11/2419當(dāng)老頂巖梁達(dá)到極限跨距時(shí)，彎曲、下沉、斷裂。工作面頂板下沉加快、煤壁片幫、支架受力增加，甚至出現(xiàn)頂板臺階等老頂來壓現(xiàn)象。2.老頂初次來壓：工作面回采以來的第一次老頂大規(guī)模來壓。初次來壓步距一般20~35m。2023/11/24203.老頂周期來壓：老頂初次來壓后，周期性的斷裂、下沉，工作面內(nèi)周期性出現(xiàn)頂板下沉加快、煤壁片幫、支架受力增加，以及出現(xiàn)頂板臺階等老頂來壓現(xiàn)象。周期來壓步距一般為初次來壓步距的1/2~1/4。2023/11/2421（1）當(dāng)初撐力較低時(shí)，老頂往往斷裂在煤壁之內(nèi)。（剪切力為零點(diǎn)在煤壁內(nèi)，對應(yīng)彎矩最大點(diǎn)。）當(dāng)老頂在采空區(qū)受剪力時(shí)；當(dāng)老頂上位巖層對老頂施加力時(shí)；老頂?shù)臄嗔研再|(zhì)不變，而且位置更深入煤體內(nèi)。4.老頂來壓的兩個(gè)問題：2023/11/2422（2）老頂，若位于垮落帶中，則在采空區(qū)中多以懸臂梁狀態(tài)存在；若在裂隙帶中，則以砌體梁結(jié)構(gòu)存在。2023/11/24231.冒頂機(jī)理及預(yù)防措施(二)壓垮型冒頂?shù)臋C(jī)理及預(yù)防措施壓垮型冒頂?shù)捻敯鍡l件：（1）直接頂薄，厚度小于采高的2~3倍。（2）直接頂上面老頂分層厚度小于5~6m。2023/11/2424冒頂?shù)那罢祝海?）煤壁片幫。（2）頂板下沉速度急劇增加。（3）支柱載荷急劇增加。（4）靠煤壁頂板斷裂。（5）靠煤壁頂板掉渣。（6）摩擦支柱放炮。2023/11/2425冒頂?shù)臋C(jī)理

垮落帶老頂巖塊全部重量均由采場支架承受，若支架支撐力不夠，就會(huì)壓壞而冒頂。（1）垮落帶老頂巖塊壓壞支架導(dǎo)致冒頂。2023/11/2426（2）垮落帶老頂巖塊沖擊壓壞支架導(dǎo)致冒頂。

初撐力不足，垮落帶離層老頂巖塊沖擊采場支架，沖擊壓壞而冒頂。2023/11/2427（3）裂隙帶老頂壓壞采場支架導(dǎo)致冒頂。

裂隙帶老頂斷裂、下沉、旋轉(zhuǎn)、觸矸時(shí)，若支架的可縮量不足，可能壓壞導(dǎo)致冒頂。2023/11/24282.預(yù)防冒頂?shù)拇胧?（1）支架支撐力應(yīng)能平衡垮落帶直接頂及老頂巖層重量。（2）采場支架的初撐力應(yīng)能保證直接頂與老頂之間不離層。（3）采場支架的可縮量應(yīng)能滿足裂隙帶老頂下沉的要求。2023/11/2429注意：超前工作面20m范圍內(nèi)的兩端巷道，因受工作面前方支承壓力的作用，受壓大。為防止壓壞支架，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。2023/11/2430（三）漏冒型冒頂?shù)臋C(jī)理及預(yù)防措施發(fā)生的條件：直接頂板軟弱破碎。防治對策：護(hù).采用各種方法將頂板護(hù)好。綜采面：選用掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。單體面：支柱加頂梁，頂梁上加背板，甚至背嚴(yán)。支柱柱距小于0.7m。2023/11/2431單體支柱工作面：斷層附近頂板壓力大，（垮落帶范圍擴(kuò)大），破碎、支護(hù)不好時(shí)，易發(fā)生壓或漏冒型冒頂。當(dāng)碎頂沿傾斜斷層面移動(dòng)時(shí)，易推倒支架，導(dǎo)致推垮型冒頂。因而，在斷層帶附近應(yīng)增大支護(hù)密度，提高支柱初撐力（甚至用木垛），以加強(qiáng)支護(hù)，護(hù)好碎頂，并用戧棚、戧柱，增加支架穩(wěn)定性。2023/11/24323.大塊游離頂板導(dǎo)致的冒頂1）地質(zhì)構(gòu)造：斷層（超過5m長的平行工作面的斷層，往往會(huì)出現(xiàn)游離巖塊。2）舊巷：其上直接頂往往已斷碎。3）采動(dòng)：支架初撐力小，導(dǎo)致直接頂板沿煤壁斷裂。原因：2023/11/2433

復(fù)合頂板推垮型冒頂，沖擊推垮型冒頂，大塊游離頂板旋轉(zhuǎn)推垮型冒頂，以及直接頂導(dǎo)致的壓垮型冒頂?？赡軐?dǎo)致的頂板事故2023/11/2434離層型頂板下軟上硬厚度在0.5-3.0m之間。復(fù)合頂板的概念2023/11/2435（1）當(dāng)游離巖塊處在工作面中，厚0.5~3.0m，而沿巖塊傾斜下方又有讓巖塊向下運(yùn)動(dòng)的空間時(shí)，巖塊可能推倒單體支架，導(dǎo)致“復(fù)合頂板”推垮型冒頂。在綜采面可能導(dǎo)致倒架。機(jī)理：離層（支柱初撐力?。?、斷裂、去路和傾角、推力大于阻力。2023/11/2436（2）當(dāng)游離巖塊又與上位巖層離層，在上位巖層向下活動(dòng)時(shí)，可能導(dǎo)致沖擊推垮型冒頂。2023/11/2437（3）當(dāng)游離巖塊移向放頂線，在回柱放頂時(shí)，可能導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)推垮型冒頂2023/11/2438（4）當(dāng)在工作面中部游離巖塊厚度很大時(shí)（超過2~3倍采高），可能發(fā)生直接頂導(dǎo)致的壓垮型冒頂。2023/11/2439預(yù)防措施：（1）盡量避免出現(xiàn)游離巖塊①提高支架或支柱的初撐力，使下位頂板不離層，并不沿煤壁斷裂。②不在計(jì)劃的工作面范圍內(nèi)開巷道。2023/11/2440（2）已出現(xiàn)游離巖塊時(shí)，在游離巖塊范圍內(nèi)不正常回柱，加強(qiáng)支護(hù)，用木支柱替換金屬支柱，當(dāng)游離巖塊都進(jìn)入采空區(qū)時(shí)，再用絞車回柱。（3）當(dāng)游離巖塊可能發(fā)生“復(fù)合頂板”推垮型冒頂時(shí)應(yīng)使用支架或支柱的初撐力防推。（4）當(dāng)工作面使用初撐力極低的摩擦支柱時(shí)，只能用“整體支架”防“復(fù)合頂板”推垮型冒頂（5）采用偽斜工作面布置。2023/11/2441第六節(jié)對采場支架的基本要求1）根據(jù)上述分析，采場冒頂又壓、漏、推事故。2）則要求支架又支、護(hù)、穩(wěn)來治理冒頂。壓垮型推垮型漏垮型支護(hù)穩(wěn)2023/11/2442預(yù)防冒頂事故控頂設(shè)計(jì)的原則工作阻力支撐住垮落帶的直接頂與老頂。初撐力使直接頂（下位巖層）不離層，不沿煤