顶板灾害防治

1、顶板灾害防治第一章 基础知识11 煤系地层和矿井地质构造一、煤系地层与煤层赋存状态1、煤系2、煤层3、煤层厚度的变化4、煤层顶、底板2、煤层n（1）形态形态层状煤层似层状煤层：如藕节状、串珠状非层状煤层：如鸡窝状、扁豆状厚度薄煤层厚度小于1、3m中厚煤层厚度为1、3至3、5m厚煤层厚度大于3、5m3、煤层厚度的变化n（1）原生变化：包括地壳不均衡沉降、泥炭沼泽基底不平、河流和海水的同生冲蚀。n（2）后生变化：包括河流的后生冲蚀、地质构造的影响、岩浆侵入吞食煤层。4、围岩（顶、底板）n1）顶板分为： 伪顶、 直接顶 、 老顶n2）底板分为：直接底、 老底n3）顶板按岩性组成分为：易冒落的松软顶板

2、、 中等冒落性顶板、 难冒落的坚硬顶板 、 极难冒落坚硬顶板 、 塑性弯曲下沉顶板。二、矿井地质构造n1、单斜构造n2、褶皱构造n3、断裂构造12 原岩应力场n（1）原始（初始）应力-天然状态的内应力 。基本因素是岩体自重。n（2）次生应力-因开挖或增加构筑物等人类活动引起的应力 。n（3）地质构造应力由构造运动引起的地应力 。第二章 矿山压力基本理论与基本规律矿山压力及显现n（1） 矿压是因采掘影响引起的岩层作用在井巷，硐室和工作面围岩以及支护物上各种力的总称。n（2）矿压显现围岩与支架的变形破坏现象 n（3）矿压显现影响因素：（3）矿压显现影响因素：n（一）地质因素：断层与褶曲、挤压带与破

3、碎带、节理与裂隙、煤层倾角n（二）生产技术因素：开采深度、上部煤层残留煤柱、采高与控顶距。21采空区上方岩层移动n根据破断的程度分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。22采煤工作面矿山压力规律 n一、工作面前后支承压力n1、采场周围应力分布 n 开采初期老顶处于完整状态与四周形成一 完整的结构体系，此时工作面处于这结构体系的保护之中2、采煤工作面前后支承压力 n与采空区处理方法有关：n（1）采用刀柱法，前后压力相等n（2）采用垮落法或充填法处理，分为：应力升高区a，不变c，降低区b 3、采煤工作面前后支承压力特点 n（1）工作面支承压力前方远远大于后方。n（2）工作面前后支承压力带随着时间向前推移。

4、n（3）拱式平衡结构，采煤空间处于减压带范围 。4、初次来压与周期来压n（1）初次来压：老顶初次断裂，对采煤工作面产生的压力显现。n（2）周期来压：随着采煤工作面推进，老顶呈悬臂梁的形态，到一定长度又发生折断和冒落，对工作面支架产生压力。这种压力有周期性和一定规律。n老顶的初次垮落步距：由开切眼到老顶初次垮落时工作面推进的距离（L初）。 L初一般为2035M。n老顶的周期性垮落步距：周期来压时工作面推进的距离L周。 L周=（121/4） L初5、矿压控制n（1）定义：凡是减轻、调节、改变和利用矿压作用 的方法，均称为矿压控制。n（2）方法包括：支护、对岩体加固、卸压、 采空区冒落，还可以合理利

5、用以方便落煤，再生顶板等。（3）矿压显现的指标分为：顶板下沉量、顶板下沉的速度、支柱变形与折损、顶板破碎情况、大面积冒顶等。23采区巷道矿山压力显现规律 n巷道围岩应力集中的变化主要由于在岩体内开掘巷道引起，不仅对开采煤层危害很大，也严重影响邻近煤层巷道。第三章顶板灾害及防治n冒 顶 事 故 : 由 于 顶 板 塌 落 引 起 人 员 伤 亡、设备损坏的事故。n危害：威胁井下人员生命安全，压跨工作面、造成停产，影响正规循环作业等。 n分类：1、按冒顶范围分为局部冒顶和大冒顶，n 2、按冒顶的力学原因分为压垮型、漏垮型、推垮型 冒顶三类。采场范围内冒顶事故的分析n1、事故发生的时间、地点 n时间

6、：工作面推进分两个阶段；初次来压阶段、周期来压阶段。其中有71发生在老顶来压前n地点：发数发生在工作面推进到距开切眼不到10m的范围内。 2、事故的类型及作用力来源n直接顶来压所造成的事故占61，而老顶来压所造成的事故占39事故类型统计表作用力来源 直接顶来压老顶来压顶板来压类型 项目次数 比例次数 比例次数 比例推垮垮型4215429293、事故的范围 n全工作面塌垮的情况较少，与生产工艺及支护状况有关，n 范围统计范围101020m 2030m30m比例15.65018.815.64、事故发生的煤层条件 n 薄煤层极少发生，80的冒顶事故发生在中厚及厚煤层条件下，

7、分层开采事故比较大 。n 有52的冒顶事故发生在倾角大于200的煤层条件下。n 大型推垮性事故中有许多发生在复合顶板下 。复合顶板n上硬下软的岩层分为二类：一类是低强度的直接顶与高强度的老顶组成的复合顶板，二类是软硬相间岩层组成的直接顶的复合顶板。5、事故发生的工艺技术条件 n采用摩擦支柱事故较多，占66.7木棚支护的占33.3。n采煤、放顶操作引起的顶板事故各占一半。6、大冒顶的预兆及预防措施 大冒顶的预兆n（1）顶板预兆：顶板连续发生断裂声，掉渣增多，裂缝增大、增加。n（2）煤帮：媒质变软，片帮增多，钻眼省力，负荷减少。n（3）支架的预兆：木支架大量折断，活柱快速下沉，支柱插入底板。n（4

8、）工作面瓦斯会增多，淋水加大。预防大冒顶的措施分为：工作面要有相当的支护密度，掌握工作面来压规律，加快工作面推进速度，支架规格质量合乎标准要求。 7、局部冒顶的预兆及预防措施n预兆：n工作面遇到小地质构造，裂隙增多，裂缝内卡有活矸，劈理张开，淋水分离劈理。预防措施 n1、支护方式与顶板岩石性质相适应 n2、采煤机采后要及时支护n3、移机时要有安全措施n4、工作面上下出口要有特种支架（抬棚、端口支架）n5、防止放炮崩倒棚子n6、认真做好回柱放顶工作n7、坚持正规循序作业n8、坚持执行必要的制度 （一）掘进巷道冒顶事故与防治n1、巷道发生冒顶事故的原因 n包括 自然地质因素、工程质量因素、采掘工程

9、影响、未严格执行顶板安全制度。1）自然地质因素n（1）岩层层理影响n（2）镶嵌型围岩结构影响n（3）岩层节理裂隙及破碎带影响n（4）地下水影响2）工程质量因素n（1）支架支设质量差n（2）支架稳定性较差n（3）爆破参数掌握不好n（4）锚杆支护实效n（5）工程质量低劣2、巷道冒顶事故的防治措施 n1）掌握地质资料与开采条件n2）严格执行顶板安全检查制度n3）加强支护质量管理n4）进行临时支护3）加强支护质量管理n（1）检查支架规格尺寸n（2）提高支设质量和保证支护阻力n（3）搞好支架与围岩间的充填n（4）提高支架的稳定性n（5）及时支护 n（6）加强锚杆支护的质量检查4）进行临时支护n（1）预喷

10、混凝土支护n（2）前探梁支护n（3）机械化临时支架（二）采煤工作面冒顶事故及预防 n1、老顶来压时压垮型冒顶及预防 n预防措施如下：n（1）合理设计采场支护。n（2）要进行顶板断层情况的预测预报2、厚层难垮顶板大面积冒顶及预防 n预防措施如下：n（1 ）采用煤柱支撑法时，在煤柱之间强制放顶。n（2）采用长壁法采煤时，预先松动顶板，或崩落顶板。3、直接顶导致的压垮型冒顶与预防 n预防措施如下：n（1）保证支柱有足够的初撑力n（2）开采下分层时不要留煤皮n（3）在破坏严重的区域，应缩小控顶距4、大面积漏垮型冒顶事故及预防 n预防措施如下：n（1）选用合适的支护n（2）顶板必须背严背实n（3）严防推

11、倒支架5、局部漏冒型冒顶事故及预防 n预防措施如下：实地观测、支架处于良好、爆破合理、工作面与主裂隙垂直并有较快的推进速度6、复合顶板推垮型冒顶及预防n预防措施如下：n（1）提高单体支柱的初撑力n（2）选用稳定性好的支架（3）消除形成复合顶板推垮的条件7、金属网下推垮型冒顶及预防n预防措施如下：n（1）控制柱距，避免形成网兜n（2）用“整体支架”n（3）分层开采时用内错式布置开切眼n（4）采用伪俯斜工作面8、其他类型推垮型冒顶及预防n包括大块孤立顶板旋转推垮型冒顶、冲击推垮型冒顶以及冒矸冲入采场推垮型冒顶。（三）冒顶事故的处理 n主要任务：抢救遇难人员及恢复通风。1、采煤工作面冒顶事故的处理

12、n（1） 局部冒顶：一般采用掏梁窝使用单腿棚或悬挂家属顶梁处理。n（2） 大冒顶：整巷法处理冒顶n 开补巷绕过冒顶区 2、掘进工作面冒顶事故的处理 n木垛法包括“井”字木垛或“井”字木垛与小棚结合法n搭凉棚法n撞楔法n打绕道法。第五章 冲击地压防治（一）冲击地压现象及机理n1、特征：一是突发性，二是多样性，三是破坏性，四是复杂性。2、发生情况n（1）1783年英国首先报道。在我国最早于1933年发生在 抚顺胜利煤矿。n（2）基本条件：一是冲击地压是“矿体煤岩”系统平衡状态失稳破坏的结果。二是发生在应力集中区。n2、分类：2、分类n（1） 根据原岩（煤）体的应力状态分为 重力应力型、构造应力型、

13、综合型。三、冲击地压的机理及预防措施n概述n1、定义：指在矿井开采过程中，井巷或采场周围岩体在其力学平衡状态破坏时，由于弹性变形能突然释放而产生的急剧、猛烈的动力现象。n2、发生情况n（2）根据冲击的显现强度分为：弹射、矿震、弱冲击、强冲击。n（3）根据震级强度分为：轻微冲击、中等冲击、强烈冲击。n（4）根据地点分为：煤体冲击、围岩冲击 （顶板冲击、底板冲击）。3、形成机理n（1）强度理论：矿山压力大于煤体围岩力学系统的综合强度 n（2）能量理论：平衡状态破坏后所释放的能量大于消耗能量 。n（3）冲击倾向理论：煤层的冲击倾向度大于实验所确定的极限值 。（4）失稳理论：4、冲击地压的影响因素 n

14、（1）地质因素n临界深度一般大于200m，越深、危险性越大。n地质构造、煤层倾角及厚度突然变化等也会影响冲击地压的发生。n煤层结构及性能也是冲击地压的影响因素。2、开采技术因素（1）壁式优于柱式n（2）旱采优于水采n（3）直线工作面优于曲线工作面n（4）冒落法优于充填法 3、诱导因素n大量实践证明，冲击地压往往伴随着井下生产过程的某些工序。如爆破、采煤、放顶等。（二）冲击地压的防治措施 n基本原理：一是降低应力的集中程度；二是改变煤岩体的物理力学。n基本方法：n1、采用合理的开拓布置和开采方式 。n2、开采保护层。n3、煤层预注水。n4、厚层坚硬顶板预处理。1、采用合理的开拓布置和开采方式 。

15、n（1）开采煤层群时，首先开采保护层。n（2）划分井田或采区是应保证合理的开采顺序。n（3）工作面应朝一个方向推进。n（4）在地质构造等特殊部位，应采取避免或减缓应力集中和叠加的开采顺序。n（5）选择合理的巷道布置方式。尽量将巷道布置在底板岩石中。n（6）选择合理的开采方法。应采用不留煤柱垮落法管理顶板的长壁采煤法。n（7）顶板管理尽量采用全部垮落法。2、开采保护层。n是防治冲击地压的有效和带有根本性的区域性措施。n煤层群开采时，首先开采的煤层叫保护层，其后开采的煤层叫被保护层。3、煤层预注水n目的：通过压力水的物理化学作用改变煤的物理力学性质，降低煤层冲击倾向性。n参数：注水孔直径为5060mm，长度2050m，孔间距1020m，注水时间1020天。4、厚层坚硬顶板预处理n（1）顶板注水软化n（2）爆破断顶（三）冲击地压的解危措施 n1、爆破卸压n2、钻孔卸压n3、诱发爆破深孔爆破法。 1、爆破卸压n该法适用于顶板比较完整的条件下或作为煤层预注水的辅助措施。n主要使煤层产生大量裂隙，破坏