顶板控制及检测复习重点

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1、顶板控制及检测复习重点（中国矿业大学采矿工程辅修）第一章1 概念 顶板:煤层上方的岩层 老顶:厚度大于1.52.0m，较坚硬的分层，岩性多为砂岩、砂砾岩、石灰岩等。直接顶：直接在煤层上面，厚度小于1.52.0m，较软弱、下面又无老顶的分层，岩性多为 页岩、砂页岩等。底板：直接在煤层下面的岩层。垮落带岩层（直接顶和老顶）：不支撑就会垮落的那部分岩层； 裂隙带岩层（主要是老顶）：在其断裂、旋转、下沉及触矸过程中，岩块间能够互相挤紧，从 而形成能够承受载荷的平衡结构，并把自身及附加岩层的重量加到采空空间周围的煤体及冒 矸之上。2 简答 直接顶、老顶与垮落带、裂隙带的关系1）当直接顶厚度大于或等于23

2、倍采高时，垮落带岩层为23倍采高的直接顶，其上的直接顶为不垮落的直接顶。H=h充填满采空区所需直接顶厚度；M采高；Kz岩层的碎胀系数。2）当直接顶厚度不足23 倍采高时，其上老顶有三种情况：老顶分层厚度大于 56m 时为厚层难冒顶板，需悬露几千、几万、甚至几十万平方米 才垮落。老顶分层厚度小于56m，在其断裂、旋转、下沉及触矸过程中，岩块间能够互相挤 紧，从而形成能够承受载荷、并把自身及上位岩层的重量加到采空空间周围的煤体及垮落矸 石之上的平衡结构者为裂隙带老顶。老顶分层厚度小于56m，在其断裂、旋转、下沉及触矸过程中，断块间会失去水平力 的联系，从而不能形成平衡结构者为垮落带老顶。3）当直接

3、顶厚度小于23倍采高，而上面老顶分层厚度又小于56m时，判断老顶分 层带别的方法：老顶分层厚度大于其下自由空间高度2m时，该老顶分层已进入裂隙带。判断进入裂隙带老顶分层的公式。H M - i H （K - 1） + h（K - 1） + 2i i 1 z03 计算例题、作业题1、某工作面，煤层厚度为15m,倾角20，顶板分层自下而上为:页岩0.5m，砂页岩0.5m, 页岩10m,砂页岩10m,页岩15m,砂页岩15m,粗砂岩20,细砂岩30,再上为 中砂岩。请确定垮落带岩层的厚度（其中 Kl=1.33，Kz=1.5）。解：直接顶： 0.5+.5+1+1+1.5+1.5=6 老顶： 2+3=5M

4、=1.5 直接顶厚度大于或等于 23倍采高H=2、某工作面，煤层厚度为2m,倾角15,顶板分层，自下而上为：页岩10m,砂页岩10m+ 页岩0.2m，砂页岩13m，中砂岩20,细砂岩3.0，再上为中砂岩。请确定垮落带岩层 的厚度(其中 Kl=133, Kz=15)。解：M=2, h 直=3.5, H 老=5.H=2/(1.5-1)=4 大于 3.5m。第一层 22(M)+2-(2(h1)*0.33+3.5 (h 直)*0.5)所以 垮落带为3.5+2=5 米1、某矿工作面，煤层厚度为23m，倾角18，顶板分层，自下而上为：页岩15m，砂页 岩1.0 m,砂页岩10m,中砂岩25,细砂岩2.0,

5、再上为粗砂岩。请确定垮落带岩层的 厚度(其中 Kl=133， Kz=15)。M=2.3 h 直 3.5 h 老=4.5 第一层2.5 2.3+2-(2.5*0.33+3.5*0.5) 所以为3.5+2.5=62、某单体支柱工作面，煤层厚度为2.2m,倾角15,顶板分层，自下而上为：页岩1.5m, 砂页岩1.0 m,砂页岩1.0m,中砂岩2.0,细砂岩2.5，再上为粗砂岩。请确定自下而上第一 个进入不垮落直接顶或裂隙带的岩层(Kl=1.33, Kz=1.5)。3、某矿主采煤层为7煤和9煤，开采深度已达-700m以 下，冲击矿压的危险性越来越大， 其中9202工作面为高冲击危险区域，其开采深度已达

6、-850m, 9202工作面 煤层厚度为 1.43.66m,平均厚度2.2m,采面倾角1128,平均为22,煤层直接顶为粉砂岩，厚1.2m, 硬度为46,老顶为中砂岩，厚9.3m,硬度810。 9202工作面老顶为厚层难冒顶板，为了防止顶板型冲击矿压事故的发生， 你认为应该采取什么措施处理顶板？ 计算垮落带岩层的厚度与裂隙带岩层的厚度？ (Kz=1.5, K/=1.33)9322+2-(93*33+12*5)22=12*05+H*33 H=485第二章1 概念压垮型：由垂直于层面方向的顶板力压坏采场支架而导致冒顶。 漏冒型：因已破碎的顶板没有得到有效防护受重力作用冒落而导致的冒顶。 推垮型冒顶

7、：由平行于层面方向的顶板力推倒采场支架而导致的冒顶。老顶初次来压: 工作面回采以来的第一次老顶大规模来压。老顶周期来压: 老顶初次来压后,周期性的断裂、下沉,工作面内周期性出现顶板下沉加快、 煤壁片帮: 支架受力增加,以及出现顶板台阶等老顶来压现象。复合顶板 复合顶板就是离层型顶板2 简答 压垮型冒顶采动后顶板活动的一般规律、冒顶的前兆特征、冒顶机理及预防措施(1) 直接顶的初次垮落一垮落厚度在1.0m以上，垮落长度达工作面长度的一半以上。垮 落步距一般为 620m。(2) 老顶初次来压 一工作面回采以来的第一次老顶大规模来压。初次来压步距一般 2035m。 如果直接顶厚度大于或等于 23 倍

8、的采高,则能填满采空区,采面无老顶活动威 胁。但老顶还是要弯曲、下沉和断裂的 如果直接顶厚度小于23倍的采高，开始时老顶呈双固支梁状态，它把自身及上部 岩层的重量都加到了工作面周围的煤体上，工作面无老顶压力感觉。 当老顶岩梁达到极限跨距时，弯曲、下沉、断裂。工作面顶板下沉加快、煤壁片帮、 支架受力增加，甚至出现顶板台阶等老顶来压现象。（3）老顶周期来压老顶初次来压后，周期性的断裂、下沉，工作面内周期性出现顶板下 沉加快、煤壁片帮、支架受力增加，以及出现顶板台阶等老顶来压现象。周期来压步距一般 为初次来压步距的 1/21/4。冒顶机理及预防措施 50 年代木支柱可缩量小、支护密度小，来压时易被折

9、断，导致压垮型冒顶。 6080年代摩擦支柱一工作阻力大，可缩量大，适应顶板下沉，来压事故大大降低。 90 年代液压支柱工作阻力大，可缩量大，适应顶板下沉，阻力能与顶板抗衡，压垮型 事故很少。冒顶的前兆 这种冒顶只有来压时发生，故老顶来压预兆就是冒顶征兆。煤壁片帮。顶板下沉速度急剧增加。支柱载荷急剧增加。靠煤壁顶板断裂。靠煤壁顶板掉渣。摩擦支柱放炮。漏冒型冒顶的机理及预防措施1）发生的条件：直接顶板软弱破碎。2）防治对策：护.采用各种方法将顶板护好。 综采面：选用掩护式或支撑掩护式支架。单体面：支柱加顶梁，顶梁上加背板，甚至背严。支柱柱距小于0.7m。漏冒型冒顶包括：大面积漏垮型冒顶，靠煤壁附近

10、局部冒顶，采场两端局部冒顶，以及放顶 线附近局部冒顶。推垮型机理及预防措施金属网丝 3. 冒顶机理： 专门的实验研究表明，网下推垮分两个阶段。1）形成网兜。原因是工作面内某位置的支护失效。当支架稳定性好时，不会推垮2）推垮工作面 原因是网上碎矸与上位岩层之间有空隙，支架不稳定，网兜向下拉力拉 倒支架，造成推垮型冒顶4、预防措施：提高初撑力，增加支架稳定性 1）单体液压支柱工作面。 采用内错式布置切眼，提高支柱的初撑力，避免形成网上空隙，严防支护失 效。 当垂直布置切眼时，初放阶段用“整体支架”（沿走向与倾斜将单体支柱联成 整体）。2）摩擦支柱工作面。采用“整体支架”支护。3）内错式布置切眼时，

11、初放前要剪网，保证将金属网放到底板。 采空区冒矸冲入采场的推垮型冒顶. 发生机理： 当顶板呈大块在采空区垮落时，可能顺着已垮落的矸石堆冲入采场，推倒采场 支架（从柱根推倒），导致事故。3. 预防措施（1）用切顶墩柱的初撑力切断顶板（减小冒落顶板的块度），并将冒矸挡在采 空区。（2）当顶板分层过厚切不断时，用挑顶法，使冒矸超过采高。厚层难冒顶板发生条件、冒顶机理、预防措施1. 发生条件：1）顶板为整体厚层硬岩层。2）悬露几千、几万、甚至十几万平方米才冒落。2. 冒顶机理： 顶板大面积悬顶，形成大面积冒顶。认为1）岩体在自重作用下，拉断形成小裂缝，然后裂缝贯穿，发生大断裂，导致冒顶。2）煤柱上的顶

12、板岩层内产生强大的切应力，顶板被切断，导致冒顶。3. 预防措施1）用挑（钻爆法或高压注水）松散碎裂23 倍采高顶板（包括直接顶在内）。把“挑” 的部分看成是垮落带岩层，即可按常规法防压、漏、推。综采面：一般应超前工作面碎裂。 单体面：考虑到冒矸块度大，放顶线上支柱应有足够的支撑力与稳定性，条件允许时用 墩柱。2）若有可能（即厚层顶板分层不太厚），挑顶一部分，令剩余部分转变为裂隙带老顶。3）煤层群开采，顶板上硬下软，先开采下煤层 大块游离顶板导致冒顶的原因、预防措施1.原因：1）地质构造：断层（超过 5m 长的平行工作面的断层，往往会出现游离岩块。 2）旧巷：其上直接顶往往已断碎。3）采动：支架

13、初撑力小，导致直接顶板沿煤壁断裂。 典型复合顶板的特征煤层顶板由下“软”上“硬”不同岩性的岩层组成； “软”、“硬”岩层间夹有煤线或薄层软弱岩层；（粘结力低）下部“软”岩层的厚度通常情况下不小于0.5m，而且不大于3.0m3 论述 复合顶板推垮型冒顶的机理和预防措施1）煤层具有复合顶板。2）同时还必须具备下列4 个条件，才会发生推垮型冒顶： 因支柱初撑力小导致软硬岩层间离层； 因构造、旧巷、支柱初撑力小等原因导致顶板下位软岩层中断裂出一个六面体； 六面体的相邻部分已冒空或为采空区，而且又有一定的倾角； 六面体因自重向自由空间的推力大于总阻力。预防思路提高单体支柱的初撑力； 选用稳定性能好的支架

14、或加强支架的稳定性； 消除形成复合顶板推垮的条件。因自重向自由空间的推力小于总阻力）应用伪俯斜工作面并使垂直工作面方向的向下倾角达46。2）掘进上下顺槽时不破坏复合顶板。3）工作面初采时不要反推。4）控制采高，使直接顶冒落后能超过采高。 第一，堵住六面体向采空区的去路； 第二，在六面体要向工作面下方推移时，增加阻止六面体下推的摩擦阻力；5）灵活地应用戗柱戗棚，使它们迎着六面体可能推移的方向支设。根本措施 采取整体支架，把每排柱子的工作端部连起来。提高单体支柱的初撑力 支撑复合顶板，使复合顶板紧贴上部岩层，让摩擦力足够大阻止复合顶板下滑，从而支 架本身也稳定。预防冒顶事故控顶设计的原则防压口工作

15、阻力支撑住垮落带的直接顶与老顶。口初撑力使直接顶（下位岩层）不离层，不沿煤壁断裂。口可缩量适应裂隙带老顶下沉。口超前巷道加中心柱。防漏口综采面对软弱顶板选用掩护式或支撑掩护式支架。用及时支护方式，端面距小 于340mm。采高大时，应又护帮装置。必要时固结顶板。口单体面对软弱顶板支柱上应又顶梁、背板、甚至背严及掏梁窝，柱距小于0.7m， 端面距小于200mm。工作面两端用“四对八梁”或双楔交接顶梁。口单体面或不用端头支架的综采面，面巷交接处用一对迈步抬棚。防推口切断下位23m左右顶板，切不断时，应挑顶。口 复合顶板下用初撑力放推。口摩擦支柱用“整体支架”放推。- Vr.第三章1 概念 控顶距一从煤壁至密集支柱（墩柱）或采空区顶梁末端的一段距离。 最小控顶距一为采煤所必须的最小空间宽度。 最大控顶距 最小控顶距加上放顶距 2 简答 采场控顶设计的目标与原则，控顶设计的特点 采场控顶设计的目标：一、能最大限度地消除压、漏、推冒顶