矿井顶板灾害防治.pptx
2023/2/171老顶直接顶煤层顶板采矿开挖空洞顶板岩石下沉变形、破坏，产生事故第一节第一节 概概 述述是指能在采空区不规则冒落、不能向煤壁前方和采空区矸石上永久传递力的、其作用力必须由支架全部承担的那部分岩层的总和。是指自身能形成平衡结构、能永久向煤壁前方和采空区矸石上传递力的、其运动对采场矿压有明显影响的、作用力无须支架全部承担的那部分岩层。第1页/共116页2023/2/172矿山压力的基本概念水平原岩应力铅垂原岩应力采矿开挖引起的应力集中存在于地层中示受工程扰动的天然应力为原岩应力，也称为岩体初始应力，绝对应力或地应力。天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。来源：地质构造运动和岩体自重。存在形式：一部分以弹性能形式存在，另一部分由于种种原因在岩石中处于自我平衡状态。采场中一切压力显现的根源，是采动引起的上覆岩层运动。上覆岩层是指需要控制的岩层，包括直接顶和老顶。第2页/共116页2023/2/173矿山压力显现的基本形式矿山压力显现的基本形式顶板下沉与顶板下沉与支架承载支架承载顶底板移近顶底板移近两帮鼓出两帮鼓出冒顶、片帮冒顶、片帮矿山压力控制：人为减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法，叫做“矿山压力控制”，简称矿压控制。把矿山压力显现控制在合理的范围，这是矿山压力控制的根本目的。第3页/共116页2023/2/174但是：采场一般位于地下数百米乃至上千米的深度，开采实践表明，采场一般位于地下数百米乃至上千米的深度，开采实践表明，有些矿井以每平方米有些矿井以每平方米12根的单体支柱就能支护住采动空间，说明根的单体支柱就能支护住采动空间，说明对采场对采场矿压有明显影响的上覆岩层范围是有限的矿压有明显影响的上覆岩层范围是有限的。通过对国内外有关资料的研究，特别是对我国开滦矿区和大屯矿区深孔通过对国内外有关资料的研究，特别是对我国开滦矿区和大屯矿区深孔布网的研究，得出布网的研究，得出一般采场的需控岩层厚度范围为采高的一般采场的需控岩层厚度范围为采高的68倍倍。第4页/共116页2023/2/175一一、矿山压力显现的基本规律、矿山压力显现的基本规律（一）采煤工作面矿压显现的基本规律存在初次来压和周期来压。初次来压：老顶第一次大面积失稳垮落引起的压力增大现象。周期来压：初次来压之后每隔一定时间（工作面推进一定距离）老顶都要出现一次失稳垮落引起的周期性压力增大现象。第5页/共116页2023/2/176竖三带1 1、冒落带。指采用全部垮落法管理顶扳时，采煤工作面放顶后引起的煤层直接顶的破坏范围(图中)。该部分岩层在采空区内已经垮落，而且越靠近煤层的岩石就越紊乱、破碎。在采煤工作面内这部分岩层由支架暂时支撑。冒落带和裂隙带的总厚度，一般为采高的6倍8倍。3 3、弯曲下沉带。一般是指位于裂隙带之上的岩层，向上可发展到地表。此带内的岩层将保持其整体性和层状结构(图中)。2、裂隙（缝）带。指位于冒落带之上的岩层。这部分岩层的特点是岩层产生垂直于层面的裂缝或断开，但仍能整齐排列(图中)。第6页/共116页2023/2/177裂隙带岩层在水平方向上可以分为3个区：煤壁支撑区、离层区和重新压实区，如图所示。(1)煤壁支撑影响区：它是由于工作面煤壁支撑而使顶板呈拉伸变形形成的。范围从工作面前方3040 m一直到工作面后方48m，该区内顶板水平移动较为剧烈，垂直移动则甚微，在有些场合垂直位移还会出现负值（即岩层上升现象）。(2)离层区：范围从工作面后方48m至30m左右，该区内顶板急剧下沉、断裂，且各层下沉的速度由下向上逐渐减少，并且层间的离层现象随着距煤层距离的增加而愈多。(3)重新压实区：位于工作面后方30 m以外，该区内已断裂的岩层又重新被采空区冒落的歼石支撑，由下向上各岩层的下沉速度逐渐增大，层间进入相互压实的过程。第7页/共116页2023/2/178初次来压特征：老顶初次来压比较突然。来压前回采工作空间上方的顶板压力比较小。因而往往容易使人疏忽大意。初次来压时，老顶垮距比较大，影响的范围也比较广，工作面易出现事故。老顶初次来压对工作面的影响较大，因此必须掌握初次来压步距的大小，以便及时采取对策。在来压期间，必须加强支架的支撑力，尤其要加强支架的稳定性。一般可以采用木垛、斜撑等特种支架加强回采工作空间的支护。初次来压是工作面矿山压力显现的重要现象，衡量其指标初次来压是工作面矿山压力显现的重要现象，衡量其指标是是来压强度来压强度和和初次来压步距初次来压步距（一般（一般20-35m），顶板坚硬、），顶板坚硬、直接顶薄的工作面初次来压强度大、来压步距大。直接顶薄的工作面初次来压强度大、来压步距大。第8页/共116页2023/2/179如何抓好采面初次放顶？事故教训表明，必须做好以下几项工作：技术上 要弄清地质条件和顶板类型，合理设计支护参数，使规程措施具有科学性、针对性、指导性、可行性，而不是“开工护照”，从技术上率先把好安全关。第9页/共116页2023/2/1710 组织上1983年原煤炭部规定，要成立“初次放顶领导小组”，加强领导；其主要职责是：检查采面工程质量、安全隐患、安全 责任制落实情况。指导对查出隐患，提出处理的意见和 建议。监督跟踪监督重大隐患整改情况，不处理好不得离岗。管理上要严格执行三大规程和各项制度，按章作业，实施“精细化管理”，搞好工程质量，打好安全的基础。第10页/共116页2023/2/1711 科学监控上 “单体液压支柱采面支护质量和顶板动态监控”，简称“阻力监控法”，是原淮北矿务局和中国矿业大学，共同完成的重大科研攻关课题，已获安徽省科 技进步二等奖，并纳入了行业质量标准和“中国采煤方法”一书。它是我国采面顶板管理，从传统的经验型向科学化转变的重大突破。实践表明它直观简便、易测易控，煤炭行业全面推广应用后，收到了控制顶板事故“立竿见影”的明显效果。所以采面初次放顶期间必须对支柱初撑力和工作阻力认真测控，务必达标，切不可搞形式主义。第11页/共116页2023/2/1712 落实各级安全责任制采面在初放和正常生产期间，都要坚持区级干部跟班制度，并要明确安全责任制，各尽其责。搞好业务保安，加强安全监督顶板主管处、科和安监部门要各司其职，做好检查、指导、监督工作，与生产单位一道把好初放安全关。请示汇报若遇到生产单位或矿井解决不了的重大隐患或重大技术疑难问题，应立即逐级向上汇报请示，请求指导。第12页/共116页2023/2/1713（二）巷道矿山压力显现的基本规律（二）巷道矿山压力显现的基本规律（5个阶段个阶段 巷道掘进阶段（巷道掘进阶段（）掘掘进进巷巷道道仅仅对对小小范范围围岩岩体体造造成成扰扰动动，故一般情况下矿压显现不会很剧烈故一般情况下矿压显现不会很剧烈.无采掘影响阶段（无采掘影响阶段（）顶底板移近速度比掘进期间要小得顶底板移近速度比掘进期间要小得多，故巷道基本上处于稳定状态。多，故巷道基本上处于稳定状态。采动影响阶段（采动影响阶段（）采动影响是由于回采工作引起围岩应力采动影响是由于回采工作引起围岩应力再次重新分布而造成的。这阶段中矿压再次重新分布而造成的。这阶段中矿压显现也最强烈。显现也最强烈。采动影响稳定阶段（采动影响稳定阶段（）这是巷道围岩经受一次采动影响后重这是巷道围岩经受一次采动影响后重新进入相对稳定的阶段，故其围岩移新进入相对稳定的阶段，故其围岩移动特征基本上与无采掘影响阶段类似。动特征基本上与无采掘影响阶段类似。二次采动影响阶段（二次采动影响阶段（）二次采动影响的时间和空间规律与一二次采动影响的时间和空间规律与一次采动影响类似，但由于这种情况下次采动影响类似，但由于这种情况下巷道受到下区段工作面超前支承压力巷道受到下区段工作面超前支承压力和巷道煤体一侧残余支承压力的叠加和巷道煤体一侧残余支承压力的叠加作用，二次采动影响的剧烈程度和影作用，二次采动影响的剧烈程度和影响范围都会比一次采动影响稍大。响范围都会比一次采动影响稍大。后期采掘活动对巷道压力显现影响较大第13页/共116页2023/2/1714二、采煤工作面顶板事故防治二、采煤工作面顶板事故防治1.老顶来压时的压垮型冒顶老顶来压时的压垮型冒顶(主要发生在老顶来压时）主要发生在老顶来压时）致因：致因：1、顶板来压过大；、顶板来压过大；2、支架支撑力不足。、支架支撑力不足。3、厚层难冒顶板大面积冒顶、厚层难冒顶板大面积冒顶垮落带老顶岩块压坏采场支架垮 落 带老 顶 岩块 冲 击压 坏 采场支架离层冲击压坏支架第14页/共116页2023/2/1715预防措施：预防措施：1、提高采场支架的初撑力提高采场支架的初撑力使用初撑力大的支柱使用初撑力大的支柱小煤矿使用的木支柱和摩擦金属支柱小煤矿使用的木支柱和摩擦金属支柱初撑力小，刚度差，易导致煤层复合顶板离层，又使采场支架不稳初撑力小，刚度差，易导致煤层复合顶板离层，又使采场支架不稳定，所以有条件的矿要推广使用单体液压支柱。定，所以有条件的矿要推广使用单体液压支柱。正确操作正确操作操作时将初撑力给足；二次补液；支柱架设正规。操作时将初撑力给足；二次补液；支柱架设正规。支柱一定要升紧；单体摩擦支柱一定要使用液压升柱器升柱，升柱支柱一定要升紧；单体摩擦支柱一定要使用液压升柱器升柱，升柱完成后水平楔要打紧；单体液压支柱注液系统压力要足够，必要时完成后水平楔要打紧；单体液压支柱注液系统压力要足够，必要时使用增压注液枪；木背板不宜过厚；钻底支柱要穿鞋。使用增压注液枪；木背板不宜过厚；钻底支柱要穿鞋。液压系统液压系统保证泵站压力；密封件不失效、管路不漏液；安全保证泵站压力；密封件不失效、管路不漏液；安全阀要达到规定的调整标准。阀要达到规定的调整标准。支柱完好支柱完好试压；更换；乳化液配比合理清洁；防杂物进入。试压；更换；乳化液配比合理清洁；防杂物进入。合理初撑力为额定阻力的合理初撑力为额定阻力的0.60.850.60.85第15页/共116页2023/2/1716预防措施：预防措施：2、提高采场支架的支撑力、提高采场支架的支撑力使用支撑能力强的支柱使用支撑能力强的支柱（弱）木支柱（弱）木支柱摩擦金属支摩擦金属支柱柱单体液压支柱（强）。单体液压支柱（强）。正确操作正确操作保证支护工程质量（棚梁位置、支架迎山、保证支护工程质量（棚梁位置、支架迎山、顶梁铰接率）；钻底支柱穿鞋。顶梁铰接率）；钻底支柱穿鞋。合理的支护密度合理的支护密度 作业规程中的柱、排距是按矿山压作业规程中的柱、排距是按矿山压力和支护需求经过计算得出的，作业过程中必须严格按力和支护需求经过计算得出的，作业过程中必须严格按照规定支护。照规定支护。加强维护加强维护失效、损坏的支柱和顶梁及时更换；歪倒失效、损坏的支柱和顶梁及时更换；歪倒的支架及时扶正；二次注液、升压。的支架及时扶正；二次注液、升压。使用特种支架使用特种支架木垛、丛柱、密集、戗棚、戗柱。木垛、丛柱、密集、戗棚、戗柱。第16页/共116页2023/2/1717预防措施：预防措施：3、提高支架的稳定性、提高支架的稳定性使用整体性强的支架使用整体性强的支架（弱）点柱（弱）点柱戴帽点柱戴帽点柱棚子棚子悬臂支架悬臂支架液压支架（强）液压支架（强）利用特种支架利用特种支架煤层倾角大或在工作面仰斜推进时，煤层倾角大或在工作面仰斜推进时，为防止顶板沿倾斜方面滑动推倒支架，应采用斜撑、抬为防止顶板沿倾斜方面滑动推倒支架，应采用斜撑、抬棚、木垛等特种支架来增加支架的稳定性。棚、木垛等特种支架来增加支架的稳定性。利用拉钩器利用拉钩器在摩擦金属支柱和金属铰接顶梁采面中，在摩擦金属支柱和金属铰接顶梁采面中，用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端头至下端头连用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端头至下端头连接起来，形成稳定的接起来，形成稳定的“整体支架整体支架”。第17页/共116页2023/2/17184、掌握来压强度和步距1）在来压前提前做好准备2）在接近来压时刻要尽可能避免在采场同时进行采煤和放顶工作。预防措施：预防措施：第18页/共116页2023/2/1719预防措施：预防措施：5、改变顶板岩层的物理力学性质及减小顶板悬露面积，加强工作面支护。、改变顶板岩层的物理力学性质及减小顶板悬露面积，加强工作面支护。（1）顶板高压注水顶板高压注水 （2）强制放顶）强制放顶30m17-21高压注水高压注水预裂爆破预裂爆破第19页/共116页2023/2/17202.漏垮型冒顶的致因及防治漏垮型冒顶的致因及防治致致因因：由由于于煤煤层层倾倾角角较较大大，直直接接顶顶又又异异常常破破碎碎，采采场场支支护护系系统统中中如如果果某某个个地地点点失失效效发发生生局局部部漏漏冒冒，破破碎碎顶顶板板就就有有可可能能从从这这个个地地点点开开始始沿沿工工作作面面往往上上全全部部漏漏空空，造造成成支支架架失失稳稳，导致漏垮工作面。导致漏垮工作面。工作面漏垮示意图 包括工作面煤壁附近、上下端头，放顶线上的局部冒顶。第20页/共116页2023/2/1721预防措施：1、不让漏选用合适的支柱，使工作面支护系统有足够的支撑力与可缩量；顶板必须背严实；严禁放炮、移溜等工序弄倒支架，防止出现局部冒顶。2、不让继续漏漏顶空洞的形成都是从小到大的，若出现局部漏洞，在刚开始的时候就立即加以堵塞，以防其进一步扩大。小漏顶背严即可，较大的漏顶一般采取打撞楔的办法。3、接顶已形成的漏顶空洞必须接顶，背严；空洞下加打木垛加强支护。撞楔法木垛接顶第21页/共116页2023/2/17223.复合顶板推垮型冒顶复合顶板推垮型冒顶所谓复合顶，系指具有所谓复合顶，系指具有“软、弱、薄软、弱、薄”三大特点的顶板。三大特点的顶板。复合顶板的特征复合顶板的特征：（1）煤层顶板由下煤层顶板由下“软软”上上“硬硬”不同岩性的岩层组成；不同岩性的岩层组成；（2）“软软”、“硬硬”岩层间有煤线或薄层软弱岩层；岩层间有煤线或薄层软弱岩层；（3）0.5m下部下部“软软”岩层的厚度（第一个分层）岩层的厚度（第一个分层）3.0m。原因：原因：顶板有大面积离层，顶板有大面积离层，支柱初撑力低稳定性差是发生支柱初撑力低稳定性差是发生推垮的推垮的“根本原因根本原因”；离层顶板的自重下滑，离层顶板的自重下滑，是导致推垮的是导致推垮的“唯一动力唯一动力”；老顶老顶“不参与不参与”推垮。推垮。下位软岩层离层断裂第22页/共116页2023/2/1723推垮规律 由于上述特点，决定了在采煤工作面：初次放顶期间 初次来压结束之后 周期来压结束之后的三个生产时段,尤其是在初次放顶期间，软硬岩层不能同步下沉，极易离层、极难管理、极易发生“推垮型”冒顶，这就是复合顶板“推垮型”冒顶的规律。因此说，初次放顶期间是“推垮型”冒顶的“多发期”，要严加防范。推垮危害 由于垮前没有明显预兆，垮时时间短、速度快、面积大、来势猛，因而防不胜防，往往来不及撤人，可能会导致多人伤亡事故。危害极大，应严加防范。第23页/共116页2023/2/1724预防措施：预防措施：1、提高采场支架的初撑力，防止顶板离层提高采场支架的初撑力，防止顶板离层使用初撑力大的支柱使用初撑力大的支柱小煤矿使用的木支柱和摩擦金小煤矿使用的木支柱和摩擦金属支柱初撑力小，刚度差，易导致煤层复合顶板离层，属支柱初撑力小，刚度差，易导致煤层复合顶板离层，又使采场支架不稳定，所以有条件的矿要推广使用单体又使采场支架不稳定，所以有条件的矿要推广使用单体液压支柱。液压支柱。正确操作正确操作支柱一定要升紧；单体摩擦支柱一定要使支柱一定要升紧；单体摩擦支柱一定要使用液压升柱器升柱，升柱完成后水平楔要打紧；单体液用液压升柱器升柱，升柱完成后水平楔要打紧；单体液压支柱注液系统压力要足够，必要时使用增压注液枪；压支柱注液系统压力要足够，必要时使用增压注液枪；木背板不宜过厚；钻底支柱要穿鞋。木背板不宜过厚；钻底支柱要穿鞋。在复合顶板管理中此为关键措施！合理初撑力为额定阻力的合理初撑力为额定阻力的0.60.850.60.85第24页/共116页2023/2/1725预防措施：预防措施：2、提高采场支架的支撑力，防止顶板断裂、提高采场支架的支撑力，防止顶板断裂使用支撑能力强的支柱使用支撑能力强的支柱（弱）木支柱（弱）木支柱摩擦金属支摩擦金属支柱柱单体液压支柱（强）。单体液压支柱（强）。正确操作正确操作保证支护工程质量（棚梁位置、支架迎山、保证支护工程质量（棚梁位置、支架迎山、顶梁铰接率）；钻底支柱穿鞋。顶梁铰接率）；钻底支柱穿鞋。合理的支护密度合理的支护密度 作业规程中的柱、排距是按矿山压作业规程中的柱、排距是按矿山压力和支护需求经过计算得出的，作业过程中必须严格按力和支护需求经过计算得出的，作业过程中必须严格按照规定支护。照规定支护。加强维护加强维护失效、损坏的支柱和顶梁及时更换；歪倒失效、损坏的支柱和顶梁及时更换；歪倒的支架及时扶正；二次注液、升压。的支架及时扶正；二次注液、升压。使用特种支架使用特种支架木垛、丛柱、密集、戗棚、戗柱。木垛、丛柱、密集、戗棚、戗柱。第25页/共116页2023/2/1726预防措施：预防措施：3、提高支架的稳定性，防止支架随顶板滑动、提高支架的稳定性，防止支架随顶板滑动使用整体性强的支架使用整体性强的支架（弱）点柱（弱）点柱戴帽点柱戴帽点柱棚子棚子悬臂支架悬臂支架液压支架（强）液压支架（强）利用特种支架利用特种支架煤层倾角大或在工作面仰斜推进时，煤层倾角大或在工作面仰斜推进时，为防止顶板沿倾斜方面滑动推倒支架，应采用斜撑、抬为防止顶板沿倾斜方面滑动推倒支架，应采用斜撑、抬棚、木垛等特种支架来增加支架的稳定性。棚、木垛等特种支架来增加支架的稳定性。利用拉钩器利用拉钩器在摩擦金属支柱和金属铰接顶梁采面中，在摩擦金属支柱和金属铰接顶梁采面中，用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端头至下端头连用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端头至下端头连接起来，形成稳定的接起来，形成稳定的“整体支架整体支架”。第26页/共116页2023/2/1727预防措施：预防措施：4、其他措施、其他措施应应用用伪伪俯俯斜斜工工作作面面并并使使垂垂直直工工作作面面方方向向的的向向下下倾倾角角达达46;掘进上下顺槽时不破坏复合顶板掘进上下顺槽时不破坏复合顶板;工作面初采时不要反推工作面初采时不要反推;控制采高，使软岩层冒落后能超过采高控制采高，使软岩层冒落后能超过采高;尽量避免上下顺槽与工作面斜交尽量避免上下顺槽与工作面斜交;灵灵活活地地应应用用戗戗柱柱戗戗棚棚，使使它它们们迎迎着着岩岩体体可可能能推推移移的的方向支设方向支设;禁止采用仰斜开采。禁止采用仰斜开采。推进方向第27页/共116页2023/2/1728采场冒顶有压、漏、推3种基本类型，回采工作面支架应具备的基本性能应该有支、护、稳3个方面。1采场支架对顶板应能支得起支得起所谓支得起，就是要求支架在其工作全过程都能够支撑住顶板所施加的压力，否则就会导致压垮型冒顶事故。三、预防冒顶事故的采场控顶设计三、预防冒顶事故的采场控顶设计综合使用“支、切、让、挑”等手段，防止压垮。支：用工作面空间基本支柱工作阻力平衡工作空间上方垮落带岩重。依此可确定基本的支护强度、计算支护密度及柱排距。切：切断下位岩层，防止顶板压力前移。依此确定末排支柱工作阻力，计算末排支柱的线密度。让：适应裂隙带下沉。挑：松动碎裂厚层难冒顶板。第28页/共116页2023/2/1729采场冒顶有压、漏、推3种基本类型，回采工作面支架应具备的基本性能应该有支、护、稳3个方面。2采场支架对顶板应能护得好护得好所谓护得好，就是要求采场支架能控制住工作空间的顶板，使其一点都不冒落。如果护不好，则可能发生漏冒型冒顶。一是护住工作空间的顶板不冒落；二是保证回柱人员有工作空间；三是控制端面顶板。第29页/共116页2023/2/1730采场冒顶有压、漏、推3种基本类型，回采工作面支架应具备的基本性能应该有支、护、稳3个方面。3采场支架对顶板应能稳得住稳得住所谓稳得住，就是要求支架具有抵抗来自层面方向推力的能力，如果采场支架对顶板稳不住，则可能导致推垮型冒顶。在支、护、稳与压、漏、推的关系上，从本质上讲，应该是用支对付压，用支与护对付漏，用支、护、稳对付推。但是，在解决实际问题时却是以支对付压，以护对付漏，以稳对付推。一是支架结构稳定;二是提高支柱初撑力。第30页/共116页2023/2/1731预防冒顶事故的控顶设计的基本原则（1 1）要求支架（支柱）有一定（较高）的初撑力来防压、防漏、防推。-工作阻力是压出来的，而初撑力是主动支撑顶板的（2 2）均按最不利的条件，确定支护参数。-因为对于顶板事故是不允许有半点差错的。支柱的工作阻力，在相当大的程度上取决于初撑力。支柱的工作阻力，在相当大的程度上取决于初撑力。第31页/共116页2023/2/1732（一）（一）综采工作面控顶设计综采工作面控顶设计&控顶设计：确定支架架型、支架工作阻力、初控顶设计：确定支架架型、支架工作阻力、初撑力、支架的高度等。撑力、支架的高度等。&要求防漏、防压、防推。要求防漏、防压、防推。第32页/共116页2023/2/1733（1）支撑式支架）支撑式支架支撑性能好，但防护与稳定性支撑性能好，但防护与稳定性差，不适应软弱顶板或倾角大的煤层。差，不适应软弱顶板或倾角大的煤层。&综采支架类型综采支架类型3第33页/共116页2023/2/1734（2）掩护式支架）掩护式支架防护与稳定性性能很好，但支防护与稳定性性能很好，但支撑性能差，不适应垮落带中有老顶的条件。撑性能差，不适应垮落带中有老顶的条件。第34页/共116页2023/2/1735（3）支撑掩护式支架）支撑掩护式支架-支撑性、防护与稳定性性支撑性、防护与稳定性性能都很好，但造价较高。能都很好，但造价较高。第35页/共116页2023/2/17361.1.综采漏冒型冒顶的控制措施（4 4）&当直接顶较软时当直接顶较软时，需要考虑防漏；应选用掩护式与支撑掩护，需要考虑防漏；应选用掩护式与支撑掩护式支架。式支架。&当直接顶较软时当直接顶较软时,如果端面距过大如果端面距过大,易引起端面冒顶。应选用端易引起端面冒顶。应选用端面距不超过面距不超过340mm，又能及时支护的架型（带护帮装置）。，又能及时支护的架型（带护帮装置）。&支架初撑力大支架初撑力大，顶板下沉小，端面冒高小。掩护式与支撑掩，顶板下沉小，端面冒高小。掩护式与支撑掩护式有向煤壁的推力，初撑力大，推力大，有利于控制端面护式有向煤壁的推力，初撑力大，推力大，有利于控制端面冒高。冒高。&在断层破碎带，应采用固结法处理碎顶。在断层破碎带，应采用固结法处理碎顶。所需初撑力通过调压试验或日常监所需初撑力通过调压试验或日常监测来确定。测来确定。第36页/共116页2023/2/1737 2.2.综采压垮型冒顶的控制措施（4 4）&工作阻力工作阻力应能支撑住工作空间及采空区上方垮落带岩应能支撑住工作空间及采空区上方垮落带岩层的重量。层的重量。&支架处于最不利的情况：支架处于最不利的情况：支撑老顶断裂岩块全部重量支撑老顶断裂岩块全部重量+直接顶岩层重量直接顶岩层重量（1）工作阻力的要求）工作阻力的要求垮落带老顶岩块前端已露出工作面煤壁，后端又未触矸第37页/共116页2023/2/1738（1 1）支架选型时，）支架选型时，P P（为支撑垮落带岩重，支架所需工作为支撑垮落带岩重，支架所需工作阻力阻力）不应大于支架额定工作阻力的）不应大于支架额定工作阻力的50%65%50%65%。支。支护设计时，支撑能力的富裕系数为护设计时，支撑能力的富裕系数为1.52.01.52.0。（2 2）初次来压步距大于周期来压）初次来压步距大于周期来压2 2倍时，富裕系数应取大。倍时，富裕系数应取大。（3 3）当顶板块度很大时，支架立柱需要大流量的安全阀。）当顶板块度很大时，支架立柱需要大流量的安全阀。&注意事项：注意事项：3第38页/共116页2023/2/1739&初撑力初撑力应能保持直接顶与老顶或下位岩层与上应能保持直接顶与老顶或下位岩层与上位岩层不离层。位岩层不离层。&为达此目的，初撑力应能把直接顶沿支架后端为达此目的，初撑力应能把直接顶沿支架后端切断。切断。（2）初撑力的要求）初撑力的要求第39页/共116页2023/2/1740&支架的初撑力必须满足支架的初撑力必须满足三个条件三个条件：初撑力能平衡支架上方直接顶岩重；支架后端初撑力能平衡采空区上方将要被切断的直接顶悬顶岩重；初撑力产生的主动力矩能平衡工作空间上方及采空区上方直接顶岩重所产生的力矩。按以上三个条件分别计算所需的初按以上三个条件分别计算所需的初撑力，然后选取最大值。撑力，然后选取最大值。第40页/共116页2023/2/1741&支架的可缩量支架的可缩量应适应裂隙带老顶的下沉。应适应裂隙带老顶的下沉。&最大控顶距时，满足顶梁末端顶板最大下沉量要最大控顶距时，满足顶梁末端顶板最大下沉量要求。求。&支架的最大与最小高度。支架的最大与最小高度。（3）可缩量的要求）可缩量的要求第41页/共116页2023/2/1742&对厚层难冒顶板，采用钻爆或注水法，松动碎裂对厚层难冒顶板，采用钻爆或注水法，松动碎裂23倍采高岩层（直接顶倍采高岩层（直接顶+老顶）。一般应提前进行老顶）。一般应提前进行碎裂。碎裂。&当厚层难冒顶板不大时，只处理下部部分厚度，余当厚层难冒顶板不大时，只处理下部部分厚度，余下部分转变为裂隙带岩层。下部分转变为裂隙带岩层。&将处理部分顶板岩层视为垮落带岩层。将处理部分顶板岩层视为垮落带岩层。（4）对厚层难冒顶板的处理）对厚层难冒顶板的处理第42页/共116页2023/2/1743 3.3.综采推垮型冒顶的控制措施&具有复合顶板，初撑力不足时，容易倒架。具有复合顶板，初撑力不足时，容易倒架。&上下位岩层间的摩擦阻力防推。上下位岩层间的摩擦阻力防推。&初撑力初撑力可将下位岩层紧顶到上位岩层上。可将下位岩层紧顶到上位岩层上。第43页/共116页2023/2/1744 4.4.总结4 4&综采顶板控制设计的主要目的是为了防推、防压、防漏顶板综采顶板控制设计的主要目的是为了防推、防压、防漏顶板事故。事故。&可以设计的是支架的初撑力，应取上述三者最大值。可以设计的是支架的初撑力，应取上述三者最大值。&选型时，设计初撑力应小于支架额定值的选型时，设计初撑力应小于支架额定值的80%（留有富裕系留有富裕系数数）。）。按防漏、防压、防推三个方面分别按防漏、防压、防推三个方面分别计算所需的初撑力，然后选取最大值。计算所需的初撑力，然后选取最大值。第44页/共116页2023/2/1745（二）（二）单体支柱工作面控顶设计单体支柱工作面控顶设计&设计的主要内容：支柱、顶梁类型、支架排距与柱距、设计的主要内容：支柱、顶梁类型、支架排距与柱距、支柱的初撑力、密集支柱距墩柱的应用等。支柱的初撑力、密集支柱距墩柱的应用等。&已知量：顶梁长度与排距，与采煤进度与采煤机截深一已知量：顶梁长度与排距，与采煤进度与采煤机截深一并考虑。控顶距与放顶距。并考虑。控顶距与放顶距。&设计量：支柱初撑力、支护密度。设计量：支柱初撑力、支护密度。第45页/共116页2023/2/17461支护设计：支护：“支支”和“护护”支支：防止切顶，防止台阶下沉，防止支架压死；其对象重点是老顶和坚硬的直接顶。护护：防止直接顶向采空区方向滑动和碎顶冒漏；其对象主要是煤层上0.5m范围内的直接顶或伪顶。第46页/共116页2023/2/1747（1）、顶板管理方法的选择：全部垮落：对顶板不采取专门的处理措施，是一种不加管理的管理，在条件允许时应优先选择；缓慢下沉：顶板韧性大，采高不大，末排支柱处顶板下沉量不超过支柱所允许的缩量时，采用，这种方法采面一般可以不采用特殊支护；充填：不满足缓慢下沉的条件时应充填。刀柱法充填法缓慢下沉法全部垮落法第47页/共116页2023/2/1748（2）、合理支护方式的选择：支护方式分为基本支护基本支护和特种支护特种支护。基本支护的作用：在顶板不发生特殊情况时，能支和护住顶板；特种支护作用：在顶板出现悬顶、滑动、冲击等威胁时，能防止顶板事故发生。（3）、控顶距选择：根据安全生产的基本要求，采场至少必须有三硐分别供运煤、行人和堆料用，因此，在“见四回一”的采场，基本控顶距最大4硐，最小3硐；在“见五回二”的采场，最大5硐，最小3硐，任何小于3硐的控顶距在安全方面都是不允许的。第48页/共116页2023/2/1749硐净宽一般大于0.5m，在走向挂梁时，硐宽一般由顶梁长度决定，在倾向挂梁时，硐宽一般由采煤进尺决定。一般顶板条件下，都采用3 4硐控顶。复合顶板初次垮落期间的控顶距，根据现场经验，一般采用4 5硐控顶。从煤壁到最末排顶粱后端第49页/共116页2023/2/1750&选择一排或二排放顶？选择一排或二排放顶？&取决于顶板条件和支柱的支撑能力取决于顶板条件和支柱的支撑能力&一排放顶距一排放顶距直接顶较松软，回柱放顶能立即垮落。直接顶较松软，回柱放顶能立即垮落。&二排放顶距二排放顶距直接顶较完整，回一排柱后较长时间不垮直接顶较完整，回一排柱后较长时间不垮落，工作面顶板压力增大。落，工作面顶板压力增大。&放顶距如何确定？放顶距如何确定？&注：注：注：注：单体液压柱单体液压柱初撑力大，采用一排放顶距。初撑力大，采用一排放顶距。第50页/共116页2023/2/1751（4）、底板控制钻底：“穿鞋”，但应注意：柱鞋直径大于350mm后，回柱就相当困难了，此时要采取铺底梁的方法。滑底：局部滑底局部滑底 ：复合底板，有弱面，通过“穿鞋”等增加支柱阻力，加深柱窝。整整体滑底：体滑底：在机巷破底处打木垛和戗柱，在工作面内增加支柱阻力。第51页/共116页2023/2/17522、回采工作面支护设计分类指导原则：淮北矿区经验 “复合顶板”要“支、护”兼顾，以提高“初撑力”为主，初撑力按下式计算。“三软煤层”要“支、护”兼顾，以“护”为主，实施“三封闭”管理，确保初撑力50KN。“大倾角采场”要“支、护、稳”兼顾，以“支”求“稳”，以“稳”为主，确保初撑力50KN。“稳定顶板”要“支、切、挑”兼顾，以“支”为主，适当架设特殊支架，实施人工强制放顶，确保初撑力70KN。第52页/共116页2023/2/1753增大工作面支护强度则可减少顶底板相对移近量；端面冒高；顶板台阶下沉量。提高支柱初撑力提高支柱密度提高支护系统刚度均可提高支护强度第53页/共116页2023/2/1754支护系统刚度：(1)支护系统刚度：单位顶底板相对移近量所单位顶底板相对移近量所对应的支柱工作阻力增量。对应的支柱工作阻力增量。(2)取决于：顶梁和背顶材料的刚度、支柱本身刚度、底板岩层刚度从有效控制顶板角度看，从有效控制顶板角度看，支护系统刚度越大越好。支护系统刚度越大越好。（支柱钻底超过100mm，则需要穿铁鞋）第54页/共116页2023/2/1755 插背物目前的背顶材料，压缩率可达50%，一般在50kN前即可完成，压缩量大，刚度小；顶梁金属顶梁不可压缩，可认为是刚性；底板砂页岩、砂岩等中硬、坚硬岩层刚性较大，煤、泥岩、页岩等较软岩层刚度小，影响系统刚度；支柱单体液柱刚度比较理想；（初撑力高，可压缩背顶物等材料，使系统刚度增加）第55页/共116页2023/2/1756 1.1.漏冒型冒顶的控制措施&按顶板类型确定支护原则按顶板类型确定支护原则（1 1）坚硬顶板无需护顶，支柱带帽即可。（2 2）中等稳定支柱带顶梁，顶梁与裂缝最好垂交。（3 3）软弱顶板带顶梁，顶梁上加背板。特别碎的还要背严，柱距小于0.7m 0.7m。机头机尾采用四对八梁。第56页/共116页2023/2/1757顶板松软时，应采用恰当的柱梁配合，控制端面距，必要时增设短梁，使其小于200mm200mm。&控制端面距&控制单体面的端面冒高应控制在200mm200mm以内，否则，顶板不好控制。一般初撑力愈大，端面冒高愈小。靠调压实验和监测来解决。第57页/共116页2023/2/1758 2.2.压垮型冒顶的控制措施&支架的工作阻力支架的工作阻力应能支撑工作空间及采空区上方垮落带应能支撑工作空间及采空区上方垮落带岩重。岩重。u一定密度基本柱阻力支撑工作空间的垮落带。一定密度基本柱阻力支撑工作空间的垮落带。u一定线密度的密集柱阻力支撑采空区的垮落带。一定线密度的密集柱阻力支撑采空区的垮落带。第58页/共116页2023/2/1759（1）支护密度计算合理的支护密度应该取支密度和护密度中的最大值。在确定了必要的支护强度PT后，支密度n即可由下式求出，即：（根/m2）如果计算出支护密度（n）超过实际所允许的数值，应当采取增加必要的特种支护措施。第59页/共116页2023/2/1760式中，PT为工作面支护强度（顶板压力），KN/m2；其计算方法：（有矿压观测资料）（有矿压观测资料）按实测结果（无矿压观测资料）：（无矿压观测资料）：1、根据地质资料（顶底板柱状图），找出冒落带（直接顶）总厚度h，m；冒落带平均重力密度，KN/m3；煤层倾角，（）。PT=hCOS（KN/M2）2、按经验公式估计支护强度（考虑基本顶来压）：PT=nh式中n为增载系数（又称动载系数、来压强度），一般为1.52.5，可以取中间值2；h为直接顶厚度，m（复合顶板为每层相加）；为顶板重力密度，KN/m3（复合顶板算出平均值）。第60页/共116页2023/2/1761RT为支柱实际工作阻力（支撑能力），KN/根（可用支柱额定工作阻力代替）RT=KBKZRB式中：KB不同列支柱承载不均匀系数，单体液压支柱取0.80.9；KZ支柱本身的增阻系数，单体液压支柱取0.91；RB支柱回柱时的工作阻力，一般为支柱的额定工作阻力，N/棵；u支柱平均工作阻力支柱平均工作阻力P的选取：单体液压柱按额定的选取：单体液压柱按额定的的60%；微增阻摩擦柱按额定的；微增阻摩擦柱按额定的45%；急增阻摩；急增阻摩擦柱按额定的擦柱按额定的30%。第61页/共116页2023/2/1762支柱排距、柱距的确定N=1/（L1L2）式中L1为排距，m，通常由铰接顶梁长度确定；L2为柱距，m，L2=1/（NL1）。例如：算出N=1.6根/m2，选用800mm的铰接顶梁，即L1=0.8m，则柱距L2=1/（1.60.8）=1/1.28=0.78m，根据顶板破碎情况可以取整为0.8m或0.7m。第62页/共116页2023/2/1763（2）放顶线每米采空区上方垮落带岩重：Llki-垮落带中第垮落带中第i老顶分层岩块长度。分层厚老顶分层岩块长度。分层厚1.5m时，为时，为6m，分层厚，分层厚2.0m时，为时，为10m，分层厚，分层厚2.5m时，为时，为14m。Lzx-垮落带直接顶的极限悬顶长度。页岩为垮落带直接顶的极限悬顶长度。页岩为1.0m，砂页岩，砂页岩为为2.0m。第63页/共116页2023/2/1764u密集支柱工作阻力P Pm m的选取：单体液压柱按额定的80%80%；微增阻摩擦柱按额定的65%65%；急增阻摩擦柱按额定的50%50%。u确定密集支柱的线密度：u放顶线采用墩柱：P Pc c不应大于额定的80%80%。L Lc c第64页/共116页2023/2/1765&支架的初撑力应能保持直接顶与老顶或下位岩层与上位岩层之间不离层。u支架初撑力能平衡直接顶岩重（包括悬顶）。u放顶线支架初撑力能平衡采空区直接顶悬顶岩重。u初撑力的主动力矩能平衡直接顶岩梁所产生的力矩。第65页/共116页2023/2/1766u为沿放顶线切断直接顶，所需初撑力为上述三为沿放顶线切断直接顶，所需初撑力为上述三者的最大值。者的最大值。u如果初撑力过大，则支柱选型困难，此时应减如果初撑力过大，则支柱选型困难，此时应减小柱距，加大支护密度来解决之。小柱距，加大支护密度来解决之。第66页/共116页2023/2/1767&支架的可缩量支架的可缩量应能适应裂隙带老顶的下沉。应能适应裂隙带老顶的下沉。u顶板下沉量估算图顶板下沉量估算图第67页/共116页2023/2/1768u采场最大控顶距处的最大下沉量采场最大控顶距处的最大下沉量LD最大控
