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1、第三个专题华北科技学院 刘过兵顶板灾害防治及勘察概 述第一节、矿山压力显现规律及影响因素第二节、采场顶板事故防治及预防勘察第三节、巷道顶板事故防治及勘察第四节、冲击地压事故防治及勘察概 述一、研究顶板事故及防治勘察的重要性 在我国统配煤矿（国有重点煤矿）中，顶板事故伤亡人数占煤炭行业总伤亡人数的比重较大。而顶板事故又分为采场（工作面）顶板事故和巷道顶板事故。请看下面几组数据。 1、1954年-1985年期间顶板事故占总死亡人数的45%。 其中：采场（工作面）顶板事故占3/4 巷道顶板事故占1/4 而在采场顶板事故中： 按支护类型分：磨擦支柱、木支柱占93%、其它支柱占7% 按顶板类型分：直接顶
2、板事故占93%、老顶事故占7% 按冒顶类型分：局部冒顶占70% 、大型冒顶占30% 按 地 点 分：机道炮道占26%、放顶线占15% 、 上下出口占15% 、 其他地点占44% 2、1986年-1992年顶板事故死亡人数占总死亡人数的40%， 有所下降，但比例也发生变化。 其中：采场顶板事故占2/3 巷道顶板事故占1/3 变化原因分析： 整体事故比例下降是由于支护设备发展科学研究成果的 应用，管理的加强所致。 采场顶板事故3/42/3主要是支护形式发展单体液压支 柱，液压支架的应用，回采工艺发展。 巷道顶板事故上升： A：巷道断面扩大 B：巷道总数加大、使用时间长 C：支护技术有待进一步完善
3、40%或许45%的大比例很值得去研究去监察，进一步降低。 且事故类型很多，随机性多样性，要求加大勘察力度。 二、顶板事故发生原因分析 1、自然因素 2、技术因素 3、人为因素 4、勘察的目的三、介绍几本参考书 1、中国采场围岩控制 陈炎光、钱鸣高主编 2、中国巷道围岩控制 陈炎光、陆士良主编 3、顶板灾害防治 岑传鸿编 以上皆为中国矿大出版社出版 第一节、矿山压力显现规律及影响因素一、采场矿山压力显现规律1、初次放顶- 当工作面自开切眼推进一段距离后，工作面开始第一次大 面积的放顶，叫做初次放顶。 初次放顶工作面需要采取相应的安全防范措施，制定监测 制度等以策安全。煤矿顶板事故在初次放顶时发生
4、者也 不在少数，应特别引起注意，也是勘察的主要内容之一， 后面见案例分析。2、直接顶初次垮落- 初次放顶后，直接顶首次大面积的垮落称为初次垮落，即直 接顶冒高超过11.5占全工作面的1/2以上为准。 如图1所示。 岩石强度 分层厚度 节理裂隙 直接顶初次垮落步距-直接顶初次垮落后，从切顶线到 开切眼煤壁的距离叫直接顶初 次垮落步距。它是一个很重要 的指标，对顶板分类和研究矿 压理论很重要。 直接顶初次垮落步距：5-25M不等，见表1。 3、老顶初次来压 当老顶悬露达到极限时，老顶第一次断裂，同时发生破断 岩块的回转失稳。从而导致工作面顶板急剧下沉，此时工 作面支架显现压力普遍增大现象，即称为老
5、顶初次来压。 直接顶垮落后，与老顶之间有一个空隙空间。 如图2、图3。 n 若=0，即直接顶冒落后充满采空区; 则h=m/（kp-1） 其中：m-煤厚; h-直接顶总厚度; kp-岩石碎胀系数（初始值1.25-1.5,）; 一般(2-4）倍（通常用N表示）采高的直接顶冒落 后即可。填满采空区，周期来压则不明显。老顶初次来压前的结构及周围应力分布情况. 如图4所示。 图4 老顶断裂前的结构形式及其周围的应力再分布 A-应力增高区 B-应力降低区 C-应力不变区 老顶初次垮落时，工作面煤壁距开切眼煤壁的距离 叫做老顶初次垮落步距。 老顶初次垮落步距的相关因素： 老顶的岩石力学性质 老顶的厚度 岩块
6、之间的胶合条件等 老顶初次来压步距，一般为20-35M 有的可达50-70M不等 持续时间2-3天4、老顶周期来压 老顶初次来压后随工作面的推进，老顶呈规律性折断， 工作面显现周期性的来压，称为周期来压。 老顶顶板经历了稳定-失稳-再稳定的变化。 如图5、图6所示。 图5 老顶周期来压a-老顶断裂下沉 b-顶板台阶下沉图6 回采工作面推进中岩体结构的变化过程周期来压时矿压显现： 顶板下沉速度增大 下沉量增大 支柱载荷增加、钻底 煤壁片帮 支柱折损 台阶下沉 周期来压步距-两次周期来压间工作面推进距离。 经验数据并根据实测，周期来压步距： L周=（1/2-1/4）L初5、三带 回采工作面初次来压
7、后，随着工作面的继续推进，工作面 上复岩层的活动情况将逐渐形成常说的上“三带”，即： 冒落带（垮落带）-岩块不规则垮落和堆积 Kp=1.3.5，压实后1.03左右 裂隙带-在冒落带之上，岩块断裂但整齐排裂 弯曲下沉带-裂隙带之上直到地表，岩层裂隙较 少，但有下沉。如图7所示。 6、采场围岩应力分布 1）工作面前后方应力分布-移动支承压力分布 由于开采所致，应力重新分布，在工作面前方形成了支 承压力带，它的影响范围达30-40m或更远,最高峰在 煤壁前方7-10m处。K可达2-3，随开采移动。 工作面后方冒落矸石被压实，一般只恢复到rh或比 rh稍高一点。如图8所示。 2）工作面两侧支承压力分布
8、-固定支承压力分布 随工作面开采，在工作面两侧煤柱或煤体上也形成支承 压力。作用时间长，位置比较固定，如图9、图10所 示，称为固定支承压力。 二、顶板分类（一）按岩性和与煤层的位置划分 1、伪顶-厚度小于0.5m，极易垮落，随采随冒，位于 煤层之上。 2、直接顶-岩层较稳定，位于伪顶之上，一般随放顶 可垮落。 3、老顶-在直接顶之上，岩层厚而硬，难冒落，有时 呈规律性折断。 典型柱状如图11所示。 图11 顶板典型柱状图示例（二）我国对直接顶分类和老顶的分级 为了确定支护参数和支架造型，1981年煤炭工业部颁发： 缓倾斜煤层顶板分类方案，如表2、表3所示 1、掘进巷道引起的围岩应力分布 巷道
9、未开掘之前，岩体处于原始应力状态rh，在巷道开掘 后，应力即开始重新分布，巷道围岩内出现应力集中现象， 当围岩强度小于围岩应力，围岩则产生塑性变形，并向岩 体深部发展。一般巷道开掘后形成如下图所示的状态。 巷道围岩一般分为四个区：破裂区 A 塑性区 B 弹性区 C 原始应力区 D 开切眼开掘后两侧煤体的应力如图13所示。 2、采动影响下，底板应力分布 支承压力通过煤体，直接传递到底板岩层，在底板岩层 一定范围内同样存在支承压力的影响。如下图所示。 a 一侧采空煤柱应力分布特征 煤柱应力呈三角形; 应力增高系数为3; =3040 传递深度为（1.5）B. b 煤柱宽度为B，两侧采空时应力特征 煤
10、柱应力呈钟形; 应力增高系数为5; 煤柱最中心下方应力最大; =3040 传递深度为3B. c 煤柱宽度为2B，两侧采空应力特征 煤柱应力呈马鞍形; 应力增高系数为3.5; =3040 传递深度为3B. 四、影响矿山压力显现的因素分析（一）地质因素 1、断层与褶曲 断层的影响 顶板失去连续性，容易冒顶; 构造应力存在使巷道难以维护; 伴有其他灾害因素存在. 褶曲的影响 构造应力使顶板难维护; 顶板破碎，易冒顶. 如图15所示 在地层水平应力作用下巷道底板鼓起 在地层水平应力作用下巷道两帮破裂2、节理、裂隙的影响 直接顶被切割，易冒顶; 影响老顶的稳定性. 如图16所示 3、煤层倾角的影响 顶板压力的方向改变; 支架的稳定性受到影响; 底板滑动给支护带来困难. 如图17所示 （二）开采技术因素 1、采高与控顶距 采高和控顶距越大，顶板下沉量越大; 采高越大，冒落带越高，上复岩层破坏越严重;
