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1、授课计划 授课日期:授课地点:授 课 人：课程：采煤工作面顶板管理 教学目的与要求：掌握有关工作面顶板的基本概念，进一步增强人员顶板支护和管理水平，加强安全生产作业。重点难点：1、初次来压和周期来压；2、采煤工作面顶板事故类型、易发生的地点及措施;课内外作业：1、初次来压的定义和特点。2、什么是周期来压？3、采煤工作面矿山压力的基本特征。4、冒顶预兆有哪些？授课内容：一、顶板的基本概念 1、顶板及划分 顶板：位于煤层上面的岩层,称为顶板。煤层按自然层位分为：(1)伪顶：直接位于煤层之上，一般为薄层炭质页岩等软弱层组成，厚度在0.30.5m 以下，极易冒落。（2）直接顶：直接位于煤层或伪顶之上的
2、一层或数层岩层，常有泥质页岩、页岩、砂质泥岩组成,厚度不等，并随回柱垮落.（3）老顶：通常位于直接顶之上的厚而坚硬的岩层，常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等组成,回柱后可悬露大面积而不冒落。按直接顶岩层的稳定性及老顶来压强度的顶板分类:（1）不稳定顶板(又称破碎顶板）：指直接顶是松软易垮落的漏顶的岩层。用数字序号表示.（2）中等稳定顶板：直接顶中有裂隙但比较完整，工作面推进一定距离后，悬露顶板板才会冒落.用数字序号表示。（3）稳定顶板：直接顶为强度较大的岩层，分层厚，无明显节理裂隙，工作面向前推进后顶板并不冒落，回柱放顶时,需要做人工强制放顶.用数字序号表示。（4）坚硬顶板：顶板完整,很少有裂隙，回柱
3、放顶后，顶板能大面积悬露不垮落.这种工作面的顶板必须采取深孔爆破，高压注水等特殊的放顶方法.用数字序号表示.按老顶来压强度的强弱可将顶板分为四级：（1)不明显，用数字序号表示；（2)明显,用数字序号表示;（3)强烈，用数字序号表示；（4）极强烈，用数字序号表示。二、矿山压力与显现 矿山压力：在未采动的岩体内,岩石处于原始应力状态，当在岩体内进行采掘工程后，必然会引起围岩中应力的重新分布，达到新的平衡,这种压力重新分布及其对围岩的作用过程称作矿山压力。矿山压力显现：在矿山压力作用下造成的围岩变形破坏，煤壁片帮、支架受载变形、煤的压出、冲击地压、以及煤与沼气突出等现象，称为矿山压力显现。矿山压力的
4、衡量指标：（1）顶板下沉量:一般是指煤壁处裸露的顶板到采空区边缘的顶板移近量，以 mm 计，在缓倾斜工作面由于顶板下沉量一般情况下远比底膨量大，因而称做顶板下沉量。（2）顶板下沉速度：是指单位时间内的顶底板移近量,一般以 mm/h 计，它表示顶板活动的剧烈程度。（3）支柱载荷：随着顶板下沉，采煤工作面支柱受载也逐渐增加，一般可以用肉眼观察到柱帽的变形和破坏，剧烈时可以观察到支柱的变形和折损。具体数值可用测力计或压力表测得,支柱所受载荷用 kn/m 表示.影响回采工作面矿山压力的主要因素 (1）采高与控顶距:它的变化直接影响着顶板压力及顶板下沉量，采高、控顶距越小，顶板下沉量越小，顶板也就比较稳
5、定.（2）工作面推进度：加快工作面推进度,在一定情况下,能减少顶板下沉量，但推进速度增长到一定后，顶板下沉量将不会有显著改变.（3）开采深度：开采深度在 600m 至 800m 时，深度对矿山压力没有明显影响，但随着开采学度的增加,煤壁内的支撑压力将加大，可能迫使支架的工作载荷增加。采煤工作面矿山压力的基本特征 采煤工作面初次来压后，随着工作面的向前推进，顶底板岩层受到破坏，一般顶板岩层受到破坏严重，根据岩层破坏特征可以将岩层分为三部分:冒落带：岩块成不规则垮落，岩体破碎系数为1.31。5 左右.裂隙带：在冒落带之上，此处岩层虽已断裂,但仍能整齐排列。弯曲下沉带：裂隙带之上直到地表的岩层，这部
6、分岩层裂隙更少.冒落带矸石对裂隙带岩层起支撑作用,从而可减缓裂隙带岩层的挠曲程度。3、初次来压、周期来压 初次来压与初次来压步距：采煤工作面从切眼开始推进,一般情况下，伪顶随采随放顶随冒落，直接顶也会随回采放顶回柱而垮落,而老顶只是在悬露面积大时，才发生剧烈下沉和垮落。称作初次来压步距。初次来压的特点：由于老顶的剧烈活动,迫使工作面顶板下沉量和下沉速度急剧增加。（2)老顶的活动和顶板下沉的急剧增加，使支架受力猛增,顶板破碎并出现平行煤壁裂缝，甚至出现工作面顶板台阶下沉。（3)因老顶悬露垮度增大，煤壁内的压力过于集中，会使煤壁片帮破坏范围扩大,加上老顶断裂时顶板急剧下沉，会进一步将煤壁压碎,而大
7、面积片帮,严重时片帮深度可达 0。6m 至 0。8m.采煤工作面周期来压与周期来压步距 周期来压:老顶初次来压以后,顶板压力减少，但随着采煤工作面的推进，悬顶面积逐渐增大,到一定跨度时，又发生弯曲下沉、折断和垮落，顶板压力也显著增加，这种垮落是有规律和周期性发生，故而叫周期来压。两次来压的距离叫周期来压步距。周期来压步距一般为初次来压步距的 1/4 至 1/2.三、采煤工艺方面的基本概念 1、初撑力：支柱或支架在泵站额定压力作用下，对顶板的支撑力叫初撑力.2、工作阻力：支柱或支架在顶板压力作用下，使支柱下腔的压力增高到安全阀开启压力时，支柱或支架对顶板的支撑力叫工作阻力。3、支柱的迎山角与迎山
8、距：支柱的轴线和煤层顶底板法线的夹角称支柱迎山角，支柱顶部由煤层顶底板法线向上偏移的距离叫迎山距。4、放顶：采用全部垮落法时，使顶板自行垮落（或强制垮落)的过程叫放顶。5、回柱：撤除放顶区内的支柱或支架叫回柱。6、放顶步距:工作面沿走向一次放顶的宽度叫放顶步距。最大控顶距：放顶前工作面沿走向的最大宽度叫最大控顶距。7、最小控顶距:放顶后工作面沿走向的最小宽度叫最小控顶距。8、最大控顶距等于最小控顶距与放顶步距之和。9、采煤工作面中工作空间支护和采空去处理工作的总称叫工作面顶板控制。顶板控制的方法有垮落法、充填法、缓慢下沉法和煤柱支撑法。四、支护技术 1、采区巷道矿压控制基本方法和途径（1)巷道
9、保护，是指为了使围岩应力与岩体强度保持较适应的关系，以便预防巷道失稳或有效地减轻矿压危害而采取的各种技术措施,如选用有利于巷道稳定的断面形状，在巷道设计和掘进时就为预期的巷道缩小量预留备用断面，将巷道布置在坚硬岩层中或应力降低区等。（2）巷道支护,一般指借助于安设各种矿山支架去预防巷道围岩产生过度变形和防止巷道冒顶、片帮,以保证巷道正常使用。（3)巷道维护,是指对已进行过支护的巷道,为了改善已恶化的维护状况和恢复其稳定性所采取的一些措施，如巷道扩帮、起底、补柱、更换损坏的支架构件甚至重新支护等。2、巷道支护原理（1）巷道支架与围岩相互作用和共同承载原理 合理利用巷道的围岩的自承力；合理选择支架
10、工作点;提高围岩自承能力；选择合理的支护方式与参数。（2）减轻巷道压力的的途径 巷道布置在应力降低区；巷道布置在比较稳定的岩层中；巷道围岩卸压。（3）综采工作面支护方式 综采工作面支护包括工作面支护，工作面端头支护和超前支护。综采工作面工作面支护：采用液压支架进行支护，液压支架只要是支护工作面顶板、切顶、挡矸、护壁和推移刮板输送机.一般破碎顶板选择掩护式支架，稳定顶板选择支撑掩护式支架,坚硬顶版选择支撑式支架或支撑掩护式支架，支架的形式根据顶板情况决定。随着技术的不断发展，两柱掩护式支架被广泛使用。支架支护分为及时支护、滞后支护、超前支护和“带压移架”。及时支护是在采煤机割煤后先移支架，再移刮
11、板输送机,多在顶板破碎时采用；滞后支护是在采煤机割煤后先移刮板输送机，再移支架，因此顶板暴露时间较长，一般用于顶板岩石不易冒落的工作面；超前支护是指当煤壁发生片帮，不等采煤机采煤支架就向前移动，使煤壁片帮后的顶板得到提前支护，一般煤壁片帮严重时采用；“带压移架”是同时打开降柱及移架手把,及时调整降柱手把，使破碎矸石滑向采空区，移架到规定步距后立即升柱，一般在过断层、空巷、顶板破碎带及压力大时使用.工作面上下端头支护：工作面上下端头支护必须按要求支护，一般由单体支柱进行支护,且单体柱的支护方式、排距和步距必须根据顶板情况在作业规程中注明。超前支护：回采工作面超前支护长度，石炭系综采放顶煤工作面不
12、小于 50米，其他回采面不小于 20 米；超前支护一般采用单体柱和花边型钢梁进行支护.五、采煤工作面顶板事故类型、易发生的地点及措施 （一）采煤工作面顶板事故分类及特点 采煤工作面顶板事故从力源上看有压垮、漏冒、推垮三种基本类型。回采工作面采煤后，不同物理性质的顶板岩层都要对回采工作面支架有垂直于层面方向的或大或小的顶板力，如果支架支不起这个顶板力，就会发生压垮型冒顶。依据岩层的强度、分层厚度和岩层内裂隙情况宏观上可以把直接在煤层上面的顶板分为松软的、中等稳定的和坚硬的三类.对中等稳定以下，尤其是松软的直接顶板，采煤后如果支架护不住碎顶，就会发生漏冒型冒顶。此外，直接顶板岩层还可能施加给支架以
13、沿层面方向的推力，支架的稳定性不好，受推力时稳不住，就会发生推垮型冒顶。从一次冒落的顶板范围及伤亡人员多少分，采煤工作面顶板事故按照冒顶范围和严重程度可分为局部冒顶和大型冒顶两大类.、局部冒顶事故局部冒顶是指范围不大、伤亡人数不多(每次死亡 1-2 人）的冒顶。常发生在靠煤壁附近、采煤工作面两端以及放顶线附近.大型冒顶是指冒顶范围较大、伤亡人数较多（每次死亡 3 人及 3 人以上）的冒顶。它包括两端来压时的压垮型冒顶、厚层难冒落的大面积冒顶、直接顶导致的压垮型冒顶、复合顶板推垮型冒顶、金属网下推垮型冒顶、大块游离顶板旋转推垮型冒顶和采空区冒矸冲入采煤工作面的推垮型冒顶等。局部冒顶事故的特点，一
14、是范围较小，每次伤亡人数不多（人)。冒顶事故发生地点大多是在有人工作的部位.这类事故的原因是已破坏的顶板失去依托而造成的，其触发原因一部分是采煤工作（包括破煤、装煤等）过程中，未能及时支护已露出的破碎顶板；另一部分是回柱操作过程中发生的局部冒落事故.、大面积切顶垮面事故 这类事故的特点是面积大,来势凶猛，后果严重，不仅严重影响生产，往往会导致重大人身伤亡。事故原因是直接顶和老顶大面积运动造成.由直接顶运动所造成的垮面事故，就其作用力的始动方向又可分为两大类：（1）推垮型事故。包括走向推进工作面常发生的倾向推垮型事故和倾斜推进工作面容易发生的向采空区方向推垮型事故。层的层面方向产生较大的推力，推
15、倒失稳的支架造成垮面事故。(）压垮型事故。包括向煤壁方向压垮和向采区方向压垮型事故。这类事故主要是由于垂直于顶底方向的作用力压断、压弯阻拉力不足的支架或将支架压入抗压强度低板而造成的。由老顶运动所造成的垮面事故,就其作用力的性质和始动方向不同也可分为两类：（）冲击推垮型事故.事故的特点是开始运动的老顶首先将其作用力施加于靠近煤壁处已离层的直接顶上，造成煤壁片塌和顶板下切,紧接着高速运动的老顶把直接顶推垮，（）压垮型事故。这类事故发生在支柱的工作面。可缩性很少的木支柱由于不能抵抗老顶的压力，在老顶的下沉过程中依次被折断，结果导致剩余支柱的支护强度不足以平稳直接顶的作用力而被全部压断，造成垮面事故
16、。（二）采煤工作面易发生大面积顶板事故的地点 1、开切眼附近;2、地质破坏带（断层、褶曲等）附近；3、老巷附近。由于老巷顶板被破坏,使直接顶容易破断；4、倾角大的地段。这些地段由于重力作用,大岩块沿倾斜下滑力大;5、顶板岩层淋水段.顶板岩层含水使顶板裂隙容易张开或沿裂隙面滑动；6、局部冒顶区附近。由于局部冒顶破坏了顶板的完整性，引起了顶板压力的变化,因而可导致大冒顶。（三）采煤工作面冒顶事故的一般规律 1、局部冒顶比大面积冒顶发生次数频繁；2、初次来压阶段比正常回采冒顶次数多；3、上、下端头、放顶线处、煤壁机道区、地质破碎带是采煤工作面冒顶事故的多发地点;4、落煤时（放炮落煤)；放顶时、接班开工、快下班时，是采煤工作面冒顶事故的多发时间；5、隐蔽工程或工程质量低劣是重大冒顶事故的祸根；6、图省事、怕麻烦、撞大运、不在乎、麻痹大意、违章指挥、违章作业、安全第一思想不牢是发生事故的根源。冒顶预兆：响声、掉渣、片帮、裂缝、漏顶、脱层。（四）敲帮问顶 敲帮问顶：利用手稿或钢钎等之类的工具，去敲击巷道周围已经暴露而未知管理的岩石或煤体，利用其发出的声音来判明周围岩体内是否松动、断层和离层的一种方法。