煤矿顶板大面积来压控制

煤矿顶板大面积来压控制一、顶板大面积来压现象及特征顶板大面积来压主要是由于坚硬顶板被采空的面积超过一定的极限值，引起大面积冒落而造成的剧烈动压现象。顶板大面积来压时，一次冒落的面积少则几千平方米，多则可达几万甚至十几万平方米。二、顶板大面积来压的成因和机理顶板大面积来压是由坚硬岩层大面积冒落而形成的。如砂岩和砾岩层等，其单向抗压强度可达8.0~16.0kN/cm2，甚至达20.0kN/cm2。这些岩层一般为厚层整体结构，岩体中的层理、节理和裂隙都不发育。这些坚硬岩层有的直接覆于煤层上面，有的在煤层之间有一薄层强度较小的岩层。由于直接覆于煤层之上的顶板岩层坚硬，在回来工作面初采时，顶板初次垮落步距可达50~70m，甚至达100m以上。为了避免初次来压形成的危害，常常用刀往法进行开采，即当回采工作面推进一定距离，在采空区留一段煤柱支撑顶板。这样，看起来对一个采场似乎是安全的，但随着采空面积的增加，上覆岩层的压力将主要由留下的煤拄承担。结果常由于煤柱本身的力学性质发生变化(蠕变)，丧失了对顶板的支承能力。由实践中得知，当煤校文撑面积与采空面积之比低于30％时，这种现象尤为严重，易于形成大面积来压现象。从能量积聚的条件来看，坚硬顶板在破断前弯曲下沉，使前方的煤岩体积聚大量的弯曲弹性能。在破断过程中，若条件充分，必将突然释放，发生煤的弹射或突出和破坏巷道等冲击矿压现象。图10-4坚硬顶板前后活动机理图三、顶板大面积来压的防治措施顶板大面积来压的预兆及测定1．预兆大面积来压的预兆主要表现为，顶板断裂声响的频率和音响增大；煤帮有明显受压和片帮现象；底板出现底鼓或沿煤柱附近的底板发生裂缝；巷道超前压力较明显；工作面中支柱载荷和顶板下沉速度明显增大；有时采空区顶板发生裂缝或淋水加大，向顶板中打的钻孔原先流清水，后变为流白糊状的液体，这是断裂块岩互相间摩擦形成的岩粉与水的混合物。2．测定与预报大面积来压的测定原理与冲击矿压相同，可用微震仪、地音仪和超声波地层应力仪等进行量测岩层断裂时的脉冲信号。根据上述顶板大面积来压的机理，厚坚硬岩层的破坏过程，长的在来压前数十天即出现声响和其他异常现象，短的在来压前几天，甚至几个小时也出现预兆。因此，根据仪器量测的结果和结合历次来压预兆的特征，可以对大面积来压进行较准确的预报，避免造成灾害。顶板大面积来压的防治措施顶板大面积来压主要的危险是由顶板冒落而形成的冲击荷载和暴风。防止和减弱其危害的基本原理是，改变岩体的物理力学性能，以减小顶板悬露和冒落面积，以及减小顶板下落高度，以降低空气排放速度。具体的办法可有以下几种。1．顶板高压注水顶板注水可以起软化顶板，增多和扩展裂隙，以及润滑弱面等作用。其主要机理是，注水后能溶解顶板岩石中的胶结物和部分矿物；减小层问粘结力；高压水可以形成水楔，扩大和增加岩石中的裂隙弱面。故注水后岩石的强度将显著降低。如四老沟矿二号层粘土胶结的砂岩的注水试验，浸水6~9d后的岩石抗压强度软化系数为0.39~0.49，平均为0.43。若浸入2~8%的盐酸溶液，效果更佳。浸水时间越长，软化系数也越低。2．强制放顶用爆破的方法人为地将顶板切断，并使顶板冒落形成歼石垫层。切断顶板可以控制冒落面积，减弱顶板压力和冒落时产生的冲击载荷；形成垫层可以缓和冒落时产生的暴风。为了形成垫层，放顶的高度可按形成垫层的厚度进行计算。根据实践经验，采空区中矸石充满程度达到来空和放顶高度之和的2/3，就可以避免过大的冲击载荷和防止形成暴风。据此，放顶高度可按下式计算。（10-3）式中，H为爆破后形成岩块的碎胀系数，M为采高。强制放顶方法有以下几种：1)“循环式”浅孔放顶。对周期来压不很严重的顶板，每1~2个循环在工作面放顶线上打1.8!~3.0m深的一排钻孔，眼距1~5m，孔径35mm，倾角65°~70°，装药量150g。其主要作用是，爆破后破坏顶板的完整性，形成矸石垫层。2)“步距式”深孔放顶。对来压规律性强，掌握其来压步距又较准确的顶板，在初次来压或周期来压前，沿工作面向顶板打1~2排深孔，进行放顶。其主要作用是切断顶板，避免顶板大面积一次冒落。平时再配合浅孔放顶，则能够更加有效地控制顶板的来压强度。图10-5所示为2排深孔，孔径60~64mm，孔距6~3m，孔深6~7或14~6m，装药量8~10kg，封泥长度1m左右。连续进行两次爆破，使顶板形成一道高度为5~6m或14~16m，宽2m左右的沟槽，以便使顶板由此处切断而冒落。3)台阶式放顶。其实质和参数与步距式放顶完全相同，只是为了便于安排工作面中的回采工艺，可将切顶线上的两排钻孔，按上、下两部分分开。第一个循环先放一半工作面的顶权，第二个循环再放另一半。这样上、下交替放顶，形成台阶状。4)超前深孔松动爆破。对于综采工作面，由于在工作面内无法设置打顶眼的设备，可在上、下顺槽内分别向顶板打深孔，如图10-6所示。在工作面未采到以前进行爆破，预先破坏顶板的完整性。钻孔间距应为顶板自然冒落步距的2/3，钻孔长度和装药量则按工作面长度和岩石硬度等因素确定，有时装药量可达250~400kg。图10-5“步距式”深孔爆破图10-6超前深孔松动爆破此外，对采用刀柱法的工作面，可在顺槽或相邻的采场内向已采区顶板打深孔，进行爆破，将悬露的顶板放落消除隐患。钻孔布置如图10-7所示。钻孔直径为60~75mm，倾角钻孔深度为20~40m。图10-45刀柱法的深孔放顶5)地面深孔放顶。对由于历史上已造成有大面积来压隐患的地区，目前又无法从井下采取措施时，可在采空区上方的地面打垂直钻孔，达到已采区顶板的适当位置。然后爆破,将悬露的大面积顶板崩落。这样将大面积采空的顶板切割成小块,减小来压强度。在开采煤层群时，除上述各种防治措施外，当下煤层的顶板较软，上煤层的顶板有大面积来压危险时，先开采下煤层，能使上煤层位于下煤层采后顶板的裂缝带内，产生松动和破断，但又保持一定的完整性。3．预防暴风措施在有大面积来压危险的矿井或区域，可采取预防措施，以免对生产和安全造成危害。进行预防，一般是采用堵和泄的办法。堵，即用留置隔离煤柱和设置防暴风密闭，把已采区与生产区隔离起来。泄，即通过专门泄风道，使被隔离区域与地