煤矿顶板管理技术.ppt

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1、2019/3/25,0,煤矿顶板管理技术,山东能源新矿集团赵官能源公司生产技术部 # 工程师 手机 ：#,2019/3/25,1,目录,第一章 加强顶板管理的重要性和紧迫性 第二章 顶板管理的一些基本概念 第三章 顶板管理技术简介 第四章 我矿顶板管理实践,2019/3/25,2,第一章 加强顶板管理的 重要性和紧迫性,2019/3/25,3,一、近年顶板事故情况 1、19952001年 （7年） 全省煤矿死亡事故中，顶板事故起数 和死亡人数分别占事故总量的44和28。 对比：瓦斯事故占30和51。 2、20022005年 （4年） 全省煤矿死亡事故中：顶板事故起数和死亡人数分别占事故总量的5

2、5和 39.9。 CK：瓦斯事故分别占20和 36.2。 3、20062008年 （3年） 全省煤矿死亡事故中：顶板事故起数 和死亡人数分别占总量的56和43。 CK：瓦斯事故分别占17.3和 36。,2019/3/25,4,4、2009年19月，全省煤矿死亡 事故 130起，死亡196人，顶板事故分别 占58和48。 44% 55% 56% 58% 28 40 43 48 5、20032008年，顶板较大事故 21起，死亡68人，平均每年3.5起死亡11.3人，几乎每季度发生1次顶板较大事故，死亡人数占全部较大事故死亡人数的10.7。 09.3.18辰溪蒋家坪井坚硬顶板下采煤柱冒顶，死亡6人

3、。 顶板事故起数和死亡人数已稳居第一 （达到4348），呈连续上升态势，较大事故每年均有发生。,2019/3/25,5,二、顶板事故案例综合分析 1、随心所欲，不按规程规范作业 （1）技术素质低，作业不规范 采掘后不及时支护、空顶作业，超高、超前采掘，乱 采乱挖放“浮煤”； 进入工作面作业前或放炮后不敲帮问顶”； 处在不安全地点冒险作业或休息； 维修巷道不按操作规程要求作业； 支柱支在浮煤上，软底不“穿鞋”。,2019/3/25,6,（2）不按质量标准施工作业 支柱规格小，棚距过大，支架之间 无稳定措施，支护质量差； 破碎顶板背顶背帮不严实，顶帮内空，来压时突然垮塌； 缺柱、折柱、无效支柱、断

4、梁等不及时补充更换； 倾斜巷道支架无迎山角（“顺山棚”），压力大的巷道不抬栌，冒高巷道不接顶等； 分层开采工作面不铺假顶、不洒水灌黄泥浆。,2019/3/25,7,2、管理上的缺陷 忽视必须的设计和有针对性的采、掘工作面作业规程； 巷道或回采工作面布置不合理，过于集中导致应力集中，巷道上下重叠措施不当造成掉底； 地质、测量工作薄弱，巷道测量和填图不及时，构造变化和巷道位置不清； 有关顶板管理制度形同虚设，现场无章可循，工程质量差，三违现象严重； 缺少顶板管理方面的安全教育和技术培训； 轻视巷道维修，巷道失修严重。,2019/3/25,8,3、环境条件制约 煤层赋存不稳定，地质构造复杂； 开采造

5、成围岩应力集中； 急倾斜煤层开采、残采、复采，环境条件差； 煤矿严重缺少采矿、地质工程技术人员； 采掘工人过度流动，缺少熟练技术工人。,2019/3/25,9,第二章 顶板管理的一些基本概念,2019/3/25,10,1、顶板和底板 煤层以上的岩层叫做顶板，煤层下面的岩层叫做底板（直接在煤层下面的岩层叫直接底） 。 （1）伪顶：在煤层和直接顶之间， 有时存在一层厚度小于0.5米、随采随冒 的软弱松散岩层。 常见的伪顶有炭质页岩，泥质页岩等。 （2）直接顶： 直接在煤层或伪顶上面，有一定强度， 并会随回柱放顶而冒落的岩层（在老塘已冒落、采场内支架暂时支撑的顶板）。 常见的直接顶岩层有页岩、砂页岩

6、等。,2019/3/25,11,采煤工作面的直接维护对象是直接顶，直接顶的稳定性对支架的选型、支护方式以 及对引起工作面冒顶常常起主导作用。,2019/3/25,12,直接顶的稳定程度取决于三个因素： 岩层本身的力学性质； 直接顶岩层内由于各种原因造成的层理和节理裂隙的发育程度； 直接顶的稳定性（完整性）还受到上覆老顶来压的影响。 综合考虑前两个因素，我国将直接顶 按稳定性分为三种类型： 不稳定顶板 多数为分层厚度较小（250mm）、强度低，原生裂隙发育，初次垮落步距小于8m，采空区内形不成悬顶。 如页岩、炭质页岩、粉沙岩、再生顶板等。 对这种顶板如不及时支护，很容易造成局部冒顶。,2019/

7、3/25,13, 中等稳定顶板 此类直接顶多为分层厚度在250600mm的砂质页岩、厚层页岩、粉砂岩、 泥质石灰岩等，岩层力学强度较大，有些岩层虽受到一系列裂隙所切割，但局部较完整，仍属中等稳定型。初次垮落步距一般为915（18）m。 这类顶板，采前勿需提前支护，但采后必须及时支护；沿工作面分段放炮落煤。 稳定（完整）顶板 分层厚度大（600mm），裂隙不发育，比较完整。这种顶板一般悬露面积大（初次垮落步距大于1518米），稳定性好，不易发生局部冒顶，如砂岩、坚硬的砂页岩等。 这类顶板采前勿需专门处理，采后也可不及时支护，可沿工作面全段放炮落煤。,2019/3/25,14,（3）老顶（基本顶）

8、：直接在直接顶上面、强度比较大，厚度在1.5米以上，大面积暴露后才断裂冒落的岩层。 老顶又指运动时采场矿压显现有明显影响的传递岩梁的总合。它由明显影响采场矿压显现的一组或几组“传递岩梁”组成（该岩梁在工作面推进中能始终保持向煤壁前方和老塘矸石上传递作用力）。常见的老顶岩层有砂岩、石灰岩、砂砾岩等。 老顶的失稳和来压不仅对直接顶的稳定性有直接影响，而且对支护强度、支架具备的可缩量以及选择采空区处理方法等，都起着决定性作用。,2019/3/25,15,2、上覆岩层运动形成的三种力 （1）矿山压力 煤（岩）体采出以后，形成采动空间，围岩就要向采动空间运动（变形和位移）。这种采动后存在于围岩之中（围岩

9、内部 应力）又促使围岩运动（作用于围岩边界上的外力）的力叫做矿山压力。 矿山压力的形成是由于采动引起的，采动引起矿山压力的存在是绝对的。 在矿山压力作用下，围岩发生运动（包括两帮、顶板和底板位移、变形和破坏），以及由此产生的支架受力或变形等明显的压力现象叫矿山压力显现。例如：顶板下沉、垮落，底板隆起，片帮；支架变形和折损等。 矿山压力显现是矿山压力作用的结果和外部表现，是相对的、有条件的。存在矿山压力不一定有明显显现。如围岩因承受压力大小、自身强度、受力状态不同而运动发展程度不同；支架受力与变形 程度也与支架的力学性质、支架对围岩运动的抵抗程度以及围岩来压时间和支架所处地点有关。,2019/3

10、/25,16,衡量矿压显现程度的指标： 顶板下沉量：指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板的相对移近量。实际测定是在回采工作面煤壁刚刚悬露的顶板处设置测杆。 顶板下沉速度：指单位时间内的顶底板移近量，该指标反映顶板活动的剧烈 程度。 支柱变形与折损。随着顶板的下沉，采煤工作面支柱受载也逐渐增加，柱帽变形和支柱折损多少。,2019/3/25,17, 顶板破碎情况。常以单位面积中冒落顶板面积所占的百分数表示顶板破碎情况。 局部冒顶：工作面出现的局部塌落。 采煤工作面顶板沿煤壁切落（大面积冒顶）。 此外，还有煤壁片帮、支柱插入底板、底鼓等一系列反映矿压显现的现象。,2019/3/25,18,采煤工作面矿压显

11、现的基本规律： 直接顶的垮落：常指冒高为11.5米、范围超过工作面全长一半的冒落。自开切眼起，直接顶的第一次垮落叫直接顶初次垮落。此时工作面煤壁至开切眼的距离称作直接顶初次垮落步距。直接顶初次垮落步距 一般为620米。 直接顶初次垮落以后，随着工作面不断向前推进，新暴露出的顶板要及时支护，工作面采空侧的支柱要不断回撤，直接顶将不断垮落，这一过程叫回柱放顶。,2019/3/25,19, 老顶初次来压： 当老顶第一次悬露达到极限跨距，发生失稳断裂而产生的工作面顶板大规模来压，称为老顶的初次来压。老顶初次来压一般比较突然。 老顶初次垮落时，工作面煤壁距开切眼的距离（由开切眼到初次来压时工作面推进的距

12、离）叫做老顶的初次来压步距。一般为2035米，有的矿区可达到5070m，甚至更大。,2019/3/25,20, 老顶的周期来压： 老顶初次来压后，随着工作面的继续推进，老顶岩梁周期性折断下沉，工作面周期性地出现顶板下沉加快，下沉量变大，支柱载荷普遍增加，煤壁可能严重片帮，支柱折断，以及顶板台阶下沉等来压现象，叫做老顶的周期来压。 老顶岩梁周期折断的距离叫做老顶周期来压步距，一般为老顶初次来压步距的1/4 1/2。,2019/3/25,21,（2）支承压力 巷道开掘后在其周边会形成应力集中，集中系数介于23之间。 作用于采场四周煤（岩）体上垂直方向上的压力称为支承压力。即在煤层内开掘开切眼或进行

13、回采而形成的垂直方向上的集中应力（它是矿山压力的组成部分）。 煤体边缘在支承压力作用下，按其变形特征可分为以下四个区域：,2019/3/25,22, 小于原岩应力的松弛区（减压区）。松弛区的宽度视煤层厚度、煤质软硬及围岩性质而不同，一般在5m以内。 应力升高的塑性变形区（增压区）。塑性变形区的宽度取决于开采深度、回采引起的支承压力集中系数、煤层厚度和煤质软硬等因素，并随着工作面推进和采动影响时间的延续而发展，一般为512m。 弹性变形区。弹性变形区是由最大压力逐渐过渡到压力稳定的区段，其范围可由2025m 变化至3540m。 原岩应力区（稳压区）。再进一步深入煤体， 支承压力受采动影响极小，甚

14、至可忽略不计，一般视为处于原岩应力状态。,2019/3/25,23,支承压力对开采煤层、顶底板、相邻 煤层及其应力范围内的岩层都会产生很大影响。通常，支承压力会引起底鼓、片帮、冒顶等（支承压力显现）。在开采煤层群时，支承压力的影响更大。在时间和空间上，支承压力的显现和变化非常复杂。如何根据工作面的围岩和开采条件，研究支承压力，选择合理的巷道布置（位置、时间）和支护方式，是顶板管理的重要内容之一。,2019/3/25,24,（3）顶板压力 顶板压力是指由顶板重量或下沉等原因，在支架上反映出来的力。 工作面支架的工作阻力是用来对付顶板压力的。如果支架不让顶板下沉，则顶板压力有时会很大很大，既不经济

15、也不可能；因此支架除了必须具备一定的支撑能力外，还必须有一定的可缩性，以适应顶板的下沉。,2019/3/25,25,（4）支柱的初撑力、有效支撑力 支柱的初撑力是指支柱对顶底板的主动支撑力。如人工打紧支柱（摩擦式） 一般为200公斤，丝杆升柱器一般为800 公斤，液压升柱器（液压枪）为35吨。主动预紧力，用来增加顶板层间接触应力防止顶板过早离层。 有效支撑力是指支柱在支护期间，即顶板下沉期间支柱的实际工作阻力。,2019/3/25,26,第三章 顶板管理技术简介,2019/3/25,27,一、顶板事故防治技术 （一）常见的顶板事故 1、漏垮型冒顶：已破碎的顶板没有得到有效支护而冒落导致的冒顶。

16、包括局部漏冒型冒顶，大面积漏冒型冒顶等。 局部冒顶事故的原因及实现条件分析： 原因：未及时支护已破坏的直接顶板发生冒落。 实现条件： 存在破碎、复合顶板；存在内应力场；未及时支护。 发生时间及地点：采煤过程中，特别是爆破后出煤；单体支柱工作面回柱放顶过程中。,2019/3/25,28,2、推垮型冒顶 由平行于层面方向 的顶板力推倒采煤工作面支架而导致的冒顶。 包括复合顶板推垮型冒顶；金属网下推垮型冒顶；采空区冒矸冲入采煤工作面的推垮型冒顶。 推垮型事故分析： 原因 a.直接顶离层，沿工作面断裂； b.支护初撑力不足，方式不合理。 实现条件 游离“自由六面体”的形成且支撑结构不稳 a.特别当煤层

17、倾角较大时； b.顶板离层； 表现在产生一定的顶底板移近量 c.顶板裂断来压； d.倾斜方向断层切割，下方发生局部冒顶； e.支护结构不稳。如不顺山势、无支架稳定性措施 发生时间及地点 直接顶板第一次裂断或周期性裂断时刻。,2019/3/25,29,3、压垮型冒顶 由垂直于层面方向 的顶板力压坏采煤面支架而导致的冒顶。 包括老顶来压时的压垮型冒顶，厚层 难冒顶板大面积冒顶，直接顶导致的压垮型冒顶。此外，也有可能出现综合型冒顶。,2019/3/25,30,压垮型事故分析： 原因 a.支护阻抗力不足 b.支护缩量不够 实现条件 a.老顶来压前，直接顶或下位岩梁离层 （支护阻抗力不足） b.老顶沿煤

18、壁切断（在内应力场支承） c.老顶来压冲击 发生时间及地点 坚硬上位岩梁裂断来压时刻,2019/3/25,31,（二）控制顶板的“三字”支护要诀 支、护、稳 1、支得起 就是要求支架在工作全过程中能够支 撑住顶板所施加的压力，这里包括支撑力和可缩量两方面。如果支架支撑力不够，支撑不了顶板压力而被损坏，就无法再支撑顶板；如果支架可缩量不够，适应不了顶板下沉而被损坏，也无法再支撑顶板，从而导致压冒型冒顶。,2019/3/25,32,老顶来压时，顶板施加在支架上的压力比平时大得多，顶板下沉量也比平时大，因此，支得起主要是对直接顶而言，而对老顶，要利用支架的可缩量来适应。单体液压支柱和微增阻式摩擦金属

19、支柱的可缩量大，只要选型合理和密度合适，一般就能支得起顶板。木支柱由于可缩量太小，不能适应老顶来压时顶板下沉量大而被破坏（集中载荷大的支柱首先被压断，然后载荷转移，各个击破），从而失去对顶板的支撑能力（直径16cm以上的木支柱，其最大工作阻力也可达到350kN以上，支撑力并不比单体摩擦金属支柱低）。因此，使用木支架的工作面，当老顶来压，要特别注意防止工作面被压垮的问题。,2019/3/25,33,2、护的好 所谓护得好，一方面要求采煤工作面 支架能控制住采煤工作面的顶板使其一点都不冒落；另一方面应保证回柱工人在有支护的地点进行工作，既护顶又护人。 如果护不好，则可能发生漏冒型冒顶。直接顶破碎的

20、煤层，以及靠煤壁附近、工作面上下出口、断层破碎带附近，应特别注意漏冒问题。 当采用单体支架时，对完整的直接顶使用戴帽顶柱即可； 对中等稳定的直接顶，应使用棚子（顶梁应垂直裂隙布置）； 对破碎的直接顶，则顶梁上要加背板，甚至要背严； 对于特别破碎的直接顶，用炮采时还需要掏梁窝超前支护。,2019/3/25,34,3、稳得住 所谓稳得住，就是要求采面支架具有 抵抗来自层面方向推力的能力。一旦顶板要沿层面方向运动或旋转，支架能抵抗得住，不至于被推垮。通常，煤层倾角越大，对支架稳定性的要求也越高。稳得住主要是针对直接顶的，也有针对老顶的。如果稳不住，则可能导致推冒型冒顶。提高支架的初撑力，防止下位岩层

21、与上位岩层离层，是实现“稳得住”的重要措施。,2019/3/25,以下几种情况，要特别注意支架的稳定性： 复合型顶板，且煤层倾角又较大。 顶板中存在由断层、裂隙、层理等切割而形成的大块游离岩块，回柱后游离岩块就会旋转，从而推倒采煤工作面支架导致冒顶。 在金属网假顶下回柱放顶时，若网上有大块游离岩块。 当老顶急剧下沉时，可能迫使直接顶推倒采煤面支架而冒顶。在断层带附近也有类似情况。,2019/3/25,36,4、从不同的煤层顶板条件和倾角条件考虑支、护、稳 当老顶来压比较强烈、直接顶很完整、煤层倾角又很小时，注意考虑支得起问题。 对于来压不明显，直接顶比较破碎、煤层倾角又不大时，注意考虑护好直接

22、顶。 当老顶来压比较强烈，直接顶比较 破碎，煤层倾角又很小时，既要考虑支，又要考虑护。 当老顶来压比较强烈，直接顶比较破碎，煤层倾角又比较大时，则对采煤面支架的支、护、稳都要考虑。 5、从采煤工作面中的不同地点考虑 三者要求。 靠煤壁附近的空间应特别注意护。 放顶线附近应特别注意支与稳。 对上下出口处同时要注意支、护、稳。,2019/3/25,37,第四章 我矿顶板管理实践,2019/3/25,38,防治顶板事故是一项系统工程 、巷道布置和采煤方法的改革 、全面推行支护改革，发展支护 、矿压观测，老顶来压预测预报 、技术管理，规范作业规程的编制，作业规程竞赛评比 、开展质量标准化工作：工程质量、支护质量、工作质量旅馆化宿舍花园式矿山，工程质量和工资、奖励挂钩 、职工培训、班前会教育和交接班制度 、技术比武技术能手技术等级,2019/3/25,39,谢 谢！ 单 位：赵官能源生产技术部 手 机： 2013-4-10,