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1、煤矿顶板事故简介及预防 XX集团顶板灾害基础知识一、煤层的顶底板煤层的顶底板是指煤系中位于煤层上下一定距离的岩层，按照沉 积顺序，在下常情况下，位于煤层之下，先于煤层生成的岩层是底板 ；位于煤层之上，在煤层形成之后的岩层叫顶板。由于沉积物质和沉 积环境的差异，顶底板岩层性和厚度各不相同，在开采过程中破碎， 冒落的情况也就不同，了解这些岩层的岩性特征、厚度、层理及节理 发育程度，强度及含水性等，对确定顶板管理和巷道支护方式均有重 要意义。 根据顶底板岩层相对煤层的位置和垮落性能，强度等特征的不同 ，从上至下顶板划分为基本顶（老顶）、直接顶、伪顶三个部分；底 板分为伪底、直接底及老底三个部分。不过
2、，对于某个特定的煤层来 说，其顶底板的这六个组成部分不一定发育俱全。可能缺失某一个或 几个组成部分的岩层。顶板灾害基础知识n（一）煤层的顶板1、伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的采出而 同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.3m0.5m,多由页岩 ，炭质页岩等组成。2、直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之 上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般在1m2m,多 由泥岩、而岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成。3、基本顶：又叫老顶，是位于直按顶之上或直接位 于煤层这上（此时无直接顶和伪顶）的厚而坚硬的岩层。 常在采空区上方悬露一段时间，直到达到相当面积之后才 能垮落一次，通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚
3、硬岩石的组 成。顶板灾害基础知识n（二）煤层底板1、伪底：直接位于煤层之下的薄层软弱岩层 ，多为炭质页岩或泥岩，厚度一般为0.2m0.3m.2、直接底：直接位于煤层之下硬度较低的岩 层，厚度一般由几十厘米到1米左右，通常由泥岩 、页岩或粘土岩。若直接底为粘土岩，则遇水后 易膨胀，可能造成巷道底鼓与支架插底现象，轻 者影响巷道运输与工作面支护，重者可使巷道遭 爱严重破坏。3、老底：指位于直接底之下，比较坚硬的岩 层，多为砂层，石灰岩等。 顶板灾害基础知识n二、采煤工作面顶板分类根据工作面顶板冒落的难易程度，将 顶板分为五类。n1、易冒落的松软顶板该类顶板的特点是煤层顶板是易垮落的松软 岩层，回柱
4、后顶板能立即冒落，且能填满采空区 。这类顶板由于冒落比较充分，使位于裂隙带的 老顶岩层，在回采过程中，很容易取得平衡，因 而老顶的开裂，弯曲下沉，对工作面几乎没有什 么影响，工作面来压比较缓和，无明显的周期压 力，靠采空区一侧的顶板下沉量较稳定，顶板容 易管理。顶板灾害基础知识n2、中等冒落性的顶板 该类顶板的特点是直接顶，厚度一般 小于煤层平等的68倍，其上部为比较坚 硬的老顶，虽然回柱后直接顶随之垮落， 但因厚度不大，不能填满采空区，老顶则 置于悬露状态，当工作面推进一段距离后 老顶才开始垮落，此时因采空区落差较大 ，致使工作面呈现周期来压状态，严重时 可使采场切顶垮面。对于这类顶板应注意
5、 老顶的活动规律。 顶板灾害基础知识n 3、难冒落的坚硬顶板这类顶板的特点是老顶直接赋于煤层 之上，或有一伪顶，无直接顶，由于老顶 垮时采空区的落差太大，使工作面呈现明 显的周期来压，工作面平时的下沉量及下 沉速度较小，而当周期来压时下沉速度急 剧增加，工作面顶板情况迅速恶化，应当 注意及时采取措施。 顶板灾害基础知识n4、极难冒落的坚硬顶板这类顶板的特点是煤层板为极其坚硬 的整体性厚岩层，在采空区能悬露上万平 方米而不垮落，当垮落时则能形成暴风， 致使工作面造成垮面和严重破坏。顶板灾害基础知识n 5、可塑性弯曲的顶板该类顶板的特点是直接顶，虽是具有 一定厚度的坚硬岩层（如砂岩、石灰岩） ，但
6、由于其中存在有平行于工作面的节理 裂隙，采煤后顶板下沉，在移动过程中断 裂成块，但仍互相挤在一起具有传递水平 的能力，就像“砌体梁”一样，各岩块互相牵 制而成平衡，随工作面推进顶板弯曲下沉 接触底板。 顶板灾害基础知识n 坚硬难冒顶板指的是直接顶岩层比较完 整、坚硬（固），回柱后顶板不能立即垮 落的顶板。一般为砂岩、砂岩和石灰岩。 坚硬难冒顶板具有整、厚、硬的性质。 坚硬难冒顶板灾害防治一、坚硬难冒顶板的主要特点开采坚硬难冒顶板的煤层，采空区易形成大面积悬顶。使用刀柱 法开采时，悬顶面积高达几万平方米到几十万平方米；长壁垮落法开 采时，老顶初次来压与垮落面积出可达1万m2以上。在超过极限面积
7、后，顶板就会突然冒落，造成剧烈的动力现象。大面积的顶板在极短 时间内冒落，不仅对回采工作面支护产生严重的破坏，而且把已采空 间的空气瞬时压迫排出，形成巨大的暴风，对附近巷道甚至矿井破坏 极大。所谓压垮型冒顶是由垂直于岩层层面的顶板压力破坏工作面支架 而导致的冒顶。压垮型冒顶是主要顶板灾害之一。顶板大面积来压与 冒落，产生压垮型顶板灾害事故，是开采坚硬难冒顶板的煤层的主要 特点。坚硬难冒顶板灾害防治n 二、坚硬难冒顶板工作面来压规律顶板大面积来压与冒落，对于采用全部垮落法和刀柱法采煤的采煤工作面，其来 压规律又有所不同，在这里我主要讲一下采用全部垮落法管理顶板的情况。长壁工作面开采坚硬难冒顶板的
8、煤层，在初次来压前坚硬难冒顶板可视为板结构 ，这时采煤工作面处于“板”结构的保护之下，顶板压力并不显著。周期来压前，工作面 上方尚未破坏的老顶岩层开始呈悬露状态，上复岩层的重量由老顶的悬板直接传递给 煤壁，此时采煤工作面空间处于“悬板”的保护之下，随着工作面推进，老顶悬露中跨度 增加。其挠度增加，致使煤壁内的支承压力亦相应增大，同时表现为煤壁的变形与片 帮。其来压规律如下：1、初次来压与周期来压步距大坚硬难冒顶板采煤工作面初次来压步距一般大于30m，整体厚砂岩或砂岩、砾岩组 合项板则大于50m，甚至可达100m以上，周期来压步距小于初次来压步距，但一般也 大于20m。2、工作面切顶线后方顶板悬
9、露面积大坚硬难冒顶板工作面切顶线后方顶板悬露面积大，一般形成3m6m宽度的悬顶。3、顶板来压猛度大顶板来压时，造成单体支柱折断，严重的会出现摧倒支柱及工作面冒顶。坚硬难冒顶板灾害防治n 三、顶板大面积来压和冒落的预兆凡顶板大面积来压和冒落以前，都会出现一定的预兆。一般有以 下现象：1、工作面煤壁片帮或刀柱煤柱炸裂，并伴有明显的响声。煤炮 增多，工作面和顺槽都出现煤炮，甚至每隔5min6min就响一次2、由于煤体内支承压力的作用，煤层中的炮眼变形，打完眼不 能装药，甚至连打眼后煤钻杆都拔不出来。3、可听到顶板折断发出的闷雷声。发出声响的位置由远及近， 由低到高。4、顶板下沉急剧增加。顶板和采空区
10、有明显的台阶状断裂、下 沉和回转，垮落岩块呈长条状。5、顶板有时出现裂隙与淋水，底板局部也可能底鼓，出现裂隙 和出水，断层处滴水增大，有时出现钻孔中流水变为混有岩粉现象， 严重时顶板可能掉矸。6、来压时，支架压力突增。坚硬难冒顶板灾害防治n 四、坚硬难冒顶板灾害的防治方法 ：防治顶板大面积来压和冒落的基本原则是， 采取有力措施不使采空区旋顶过大。其主要方法 是提前强制爆破顶板。1、提前强制爆落顶板2、合理选择支柱类型为了减少顶板的离层，降低顶板对支柱的冲 击力，应尽量采用初撑力高的支柱，如单体液压 支柱。3、控制悬顶面积作业规程中要明确规定正常推进过程中允许 的悬顶面积，超过规定时必须强制放顶
11、，超过规 程规定的悬顶距离时，必须停止采破碎顶板灾害的防治一、破碎顶板的主要特点破碎顶板指的是岩层的强度低、节理 裂隙十分发育、整体性差、自稳能力低， 并在工作面控顶区范围内维护困难的顶板 。破碎顶板容易发生避部漏垮型冒顶现 象。漏垮型冒顶也是主要顶板灾害之一。 所以防治破碎顶板漏垮型冒顶是采煤工作 面顶板管理的重要内容之一。 破碎顶板灾害的防治n二、破碎顶板的主要类型破碎顶板根据其岩性的不同可分为五种类型：1、构造破碎型构造破碎型即受复杂地质构造影响，如节理裂隙发育、断层及褶 皱、冲刷带、陷落柱附近等。2、复合松软型 复合松软型即顶板由松软的页岩、泥质页岩及砂页岩等组成。3、离层型离层型即顶
12、板由下软上硬的薄层页岩、砂页岩、砂岩组成，层间 粘结力很低或有煤线。4、包裹体锒嵌型包裹体锒嵌型即坚硬岩块的锅底状包裹体锒嵌在沉积岩层内。5、采动影响型采动影响型即受到采掘活动影响，顶板已经发生离层、下沉和破 碎。破碎顶板灾害的防治n 三、破碎顶板灾害防治的一般技术1、减少顶板暴露面积和缩短顶板暴露时间对单体支柱采煤工作面有下列方法：（1）及时挂梁或探板，及时打柱；顶板用小 板等插严；如果煤壁松软，煤壁一律背好。（2）挂梁、探板和支柱必须保证质量。（3）若顶板极度破碎采用在上述方法仍控制 不住顶板时，则需要采用撞楔法采煤。（4）减少放炮对顶板的震动破坏。实现措施 是：不放顶眼炮，底眼要稀且少装
13、药，每次同时 放炮眼数要少。在工序安排上。回柱放顶、放煤 和割煤三大重要工序要错开一定距离一般为15m 左右，以减少它们对顶板共同作用。 破碎顶板灾害的防治n2、选择合理的开采方法（1）为减少开采形成的高压力，应避免形成残留煤柱，实现无 煤柱开采；避 免上、下部残留煤柱或工作面停采线；选择合理的开采 顺序，避免形成孤岛形工作面，以减缓破碎顶板的进一步恶化。（2）初采时不得推采开切眼的另一帮煤柱。（3）工作面有条件的尽量布置成俯斜方向，避免仰斜开采，上 下平巷与工作面尽可能布置成直角或大于60的交角，避免出现锐角 。并且要沿破碎顶板掘进，避免挑顶掘进。（4）对于节理裂隙发育的破碎顶板，要使工作面
14、对着主节理的 倾向推进，否则顶板容易出现纯开裂隙或台阶下沉。（5）合理选择支护形式。破碎顶板采煤工作面支护使用木柱木 梁时，应选用横板下联锁形式；柱距以0.50.6m为宜；控顶距以三四 排为好。（6）推广使用单体液压支柱。破碎顶板采煤工作面支护应尽量 使用单体液压支柱和金属铰接顶梁、错梁直线柱的形式。 复合型顶板灾害的防治n一、复合型顶板的概念煤层的顶板由厚度为0.5m0.2m的下部软岩 及上部硬岩组成，且它们之间有煤线或薄层软弱 岩层，此时称为复合型顶板。煤层顶板的下部软岩一般是泥岩、页岩和砂 而岩等，它可能是一层或多层不同岩性的岩层组 成，也可能层理比较发育。上部硬岩一般是中粒 砂岩、细粒
15、砂岩和火成岩等。推垮型冒顶是由平行于岩层层面的顶板压力 推倒工作面支架而导致的冒顶。推垮型冒顶也是 主要顶板灾害之一。由于复合型顶板的结构和岩 性，容易发生离层，所以复合型顶板条件经常是 发生推垮型冒顶事故，损失是惨重的。 复合型顶板灾害的防治n二、复合型顶板大面积冒落的机理及特点1、冒顶机理复合型顶板必须具备以下五个条件， 才会发生大面积冒顶事故。 复合型顶板灾害的防治n（1）离层由于支柱的初撑力小，刚度差（底软 、支柱打在浮煤上，或“鞋”、“帽”等初压缩 ），在顶板下位软岩自重作用下支柱下缩 或下沉，而顶板上位硬岩未下沉或下沉缓 慢，也就是软硬岩层下沉不同步，从而导 致软硬岩层离层。 复合
16、型顶板灾害的防治n（2）断裂在原生裂隙、构造裂和采动裂隙作用 下，在顶板下位软岩中形成一个六面体。 此六面体与上面硬岩层脱离，四周或是已 与原岩层断开，或是以采空区为邻，下面 由单体支柱支撑，如果周围没有约束，此 六面体连同支撑它的单体支架梁将是个不 稳定的结构。 复合型顶板灾害的防治n（3）去路当六面体周围（一般是采空区侧或沿 倾斜下侧）出现一个自由空间（例如冒空 ），使六面体有了去路，而且六面体向去 路方向又有一定的倾角进，在自重作用下 ，此去路变得更畅通。复合型顶板灾害的防治n（4）推力当六面体有向下推的趋势时，岩层断 裂面将产生阻止其下推的摩擦阻力，当六 面体的推力大于阻力时，才会发生推垮型 冒顶。 复合型顶板灾害的防治n（5）诱发工作面诱发条件很多，例如放炮、调 整支架、回柱放顶等工序以及岩层自身运 动，都会或大或小地引起周围岩层产生震 动，使六面体与断裂面的摩擦阻力变小， 可能有导致六面体下推力大于总阻力。 复合型顶板灾害的防治n2、冒顶特点：（1）冒顶分没有预兆和有预兆两种。在大多 数情况下，当六面体形成时下推力与总阻力处于 临界平衡状态。在某种因素
