矿长资格培训矿井顶板灾害防治.pptx
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1、矿井顶板灾害防治矿井顶板灾害防治目录目录第一章第一章 矿山岩石基本性质矿山岩石基本性质第二章第二章 煤层顶板煤层顶板第三章第三章 采场顶板活动规律采场顶板活动规律第四章第四章 采场顶板支护及采空区处理采场顶板支护及采空区处理第五章第五章 采场顶板事故及防治采场顶板事故及防治第六章第六章 巷道冒顶事故及防治巷道冒顶事故及防治第1页/共55页前言前言顶板灾害防治的重要性:顶板灾害防治的重要性:2005年贵州煤矿事故统计年贵州煤矿事故统计第2页/共55页u事故发生特点:事故发生特点:煤矿顶板事故总的分为:煤矿顶板事故总的分为:采场顶板事故采场顶板事故及及巷巷道顶板事故道顶板事故1、采场、采场绝大多数
2、发生在使用单体支柱和木支柱工作面约占绝大多数发生在使用单体支柱和木支柱工作面约占绝大多数发生在使用单体支柱和木支柱工作面约占绝大多数发生在使用单体支柱和木支柱工作面约占93%93%;由直接顶造成的事故约占由直接顶造成的事故约占由直接顶造成的事故约占由直接顶造成的事故约占93%93%,老顶造成的事故约占,老顶造成的事故约占,老顶造成的事故约占,老顶造成的事故约占7%7%;局部冒顶局部冒顶局部冒顶局部冒顶70%70%,大型垮落,大型垮落,大型垮落,大型垮落30%30%;机炮道机炮道机炮道机炮道26%26%,放顶线,放顶线,放顶线,放顶线15%15%,上下两口,上下两口,上下两口,上下两口15%15
3、%,其他,其他,其他,其他44%44%。2、巷道、巷道掘进头占掘进头占掘进头占掘进头占48%48%,交叉点,交叉点,交叉点,交叉点43%43%,其他,其他,其他,其他9%9%。掘进头和交叉点是防治重。掘进头和交叉点是防治重。掘进头和交叉点是防治重。掘进头和交叉点是防治重点。点。点。点。u顶板事故原因(技术原因、管理原因)顶板事故原因(技术原因、管理原因)u防治措施(监测、支控、管理)防治措施(监测、支控、管理)第3页/共55页复习思考题复习思考题1、简述顶板灾害防治的重要性及煤矿顶板事、简述顶板灾害防治的重要性及煤矿顶板事故的特点?故的特点?第4页/共55页第一章第一章 矿山岩石基本性质矿山岩
4、石基本性质岩石岩石是矿物的凝聚体(由各种造岩矿物或是矿物的凝聚体(由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而成)岩屑在地质作用下按一定规律组合而成)u按成因:岩浆岩、按成因:岩浆岩、沉积岩、沉积岩、变质岩变质岩u按固体矿物颗粒间的结合特征:按固体矿物颗粒间的结合特征:固结性、固结性、粘结性、散粒状粘结性、散粒状u按力学强度和坚实性:按力学强度和坚实性:坚硬岩石、松软岩石坚硬岩石、松软岩石煤矿中常见:砂岩、石灰岩、砂质页岩、泥质煤矿中常见:砂岩、石灰岩、砂质页岩、泥质页岩、粉砂岩等页岩、粉砂岩等第5页/共55页第二章第二章 矿山岩石基本性质矿山岩石基本性质一、岩石的物理性质一、岩石的物理性
5、质主要是岩石的容重、碎胀性、软化性主要是岩石的容重、碎胀性、软化性1、容重、容重单位体积(包括空隙体积)岩石的质量,单位体积(包括空隙体积)岩石的质量,tm3、gm32、碎胀性、碎胀性岩石破碎后的体积比破碎前体积增大的性质。岩石破碎后的体积比破碎前体积增大的性质。常用常用Kp表示:表示:第6页/共55页碎胀性在顶板管理中的作用:碎胀性在顶板管理中的作用:碎胀性在顶板管理中的作用:碎胀性在顶板管理中的作用:(1 1)利用岩石破碎后体积膨胀的性质,采动后顶板破碎)利用岩石破碎后体积膨胀的性质,采动后顶板破碎)利用岩石破碎后体积膨胀的性质,采动后顶板破碎)利用岩石破碎后体积膨胀的性质,采动后顶板破碎
6、体积增大充填采空区从而进一步减小顶板垮落高度,减少体积增大充填采空区从而进一步减小顶板垮落高度,减少体积增大充填采空区从而进一步减小顶板垮落高度,减少体积增大充填采空区从而进一步减小顶板垮落高度,减少上部岩层的垮落的下沉;上部岩层的垮落的下沉;上部岩层的垮落的下沉;上部岩层的垮落的下沉;(2 2)利用岩石碎胀性系数可用来预测或计算采空后顶板)利用岩石碎胀性系数可用来预测或计算采空后顶板)利用岩石碎胀性系数可用来预测或计算采空后顶板)利用岩石碎胀性系数可用来预测或计算采空后顶板垮落高度;从而进一步预测和计算采场顶板压力,给采场垮落高度;从而进一步预测和计算采场顶板压力,给采场垮落高度;从而进一步
7、预测和计算采场顶板压力,给采场垮落高度;从而进一步预测和计算采场顶板压力,给采场支护设计提供依据;支护设计提供依据;支护设计提供依据;支护设计提供依据;3、水胀性、水胀性岩石遇水而膨胀的性质。岩石遇水而膨胀的性质。岩石遇水而膨胀的性质。岩石遇水而膨胀的性质。浸水后厚度膨胀量原始厚度浸水后厚度膨胀量原始厚度浸水后厚度膨胀量原始厚度浸水后厚度膨胀量原始厚度4、软化性、软化性岩石侵水后其强度降低的性质。岩石侵水后其强度降低的性质。岩石侵水后其强度降低的性质。岩石侵水后其强度降低的性质。第7页/共55页二、岩石的变形性质二、岩石的变形性质 是岩石在不同类型受载下发生形状和体积是岩石在不同类型受载下发生
8、形状和体积变化的特性。变化的特性。1、弹性变形、弹性变形卸载后岩石的变形能完全恢复到原始状态。卸载后岩石的变形能完全恢复到原始状态。(a a)线弹性)线弹性)线弹性)线弹性直线关系直线关系直线关系直线关系(b b)完全弹性(非线性弹性)完全弹性(非线性弹性)完全弹性(非线性弹性)完全弹性(非线性弹性)非直线非直线非直线非直线(C C)滞弹性)滞弹性)滞弹性)滞弹性曲线关系曲线关系曲线关系曲线关系第8页/共55页2、塑性变形、塑性变形 指岩石在外力作用下当超过其屈服极限应力指岩石在外力作用下当超过其屈服极限应力时仍能发生变形,撤去外力后不能完全恢复原时仍能发生变形,撤去外力后不能完全恢复原始状态
9、的性质,亦称残余变形。始状态的性质,亦称残余变形。(a)理想塑性)理想塑性(b)硬化现象)硬化现象第9页/共55页3、一般岩石变形性质、一般岩石变形性质岩石是兼有弹性和塑性的材料。岩石受力后既岩石是兼有弹性和塑性的材料。岩石受力后既可能出现弹性变形,也可能出现塑性变形,且可能出现弹性变形,也可能出现塑性变形,且往往同时出现。往往同时出现。p瞬时弹性变形瞬时弹性变形(卸载后立即恢复)(卸载后立即恢复)r后效弹性变形后效弹性变形(卸载后经过一定时(卸载后经过一定时间才恢复)间才恢复)e塑性变形塑性变形(永远恢复不了的变形)(永远恢复不了的变形)第10页/共55页、岩石的流变性质、岩石的流变性质 通
10、常把随时间因素而变化的应力应变现象通常把随时间因素而变化的应力应变现象称流变性质。称流变性质。蠕变蠕变即应力不变(恒定载荷),应变随即应力不变(恒定载荷),应变随时间增长而增大的现象。时间增长而增大的现象。松驰松驰应变不变,应力随时间延长而减小应变不变,应力随时间延长而减小的现象。的现象。弹性后效弹性后效卸载后,弹性变形逐渐恢复的卸载后,弹性变形逐渐恢复的现象。现象。粘性流动粘性流动岩石蠕变发生一段时间后卸载,岩石蠕变发生一段时间后卸载,部分变形永久不能恢复的现象。部分变形永久不能恢复的现象。第11页/共55页三、岩石的强度三、岩石的强度 在载荷作用下岩石变形,达到一定程度就会破坏。在载荷作用
11、下岩石变形,达到一定程度就会破坏。1、抗压强度、抗压强度岩石试件在压缩时所能承受的最大岩石试件在压缩时所能承受的最大压应力值。压应力值。分单向、双向、三向抗压强度分单向、双向、三向抗压强度2、抗拉强度、抗拉强度岩石试件在拉伸时所能承受的最大岩石试件在拉伸时所能承受的最大拉应力值。拉应力值。3、抗剪强度、抗剪强度岩石抵抗剪切的极限强度。岩石抵抗剪切的极限强度。三向等压抗压强度三向不等压抗压强度双向抗三向等压抗压强度三向不等压抗压强度双向抗压强度单向抗压强度抗剪强度抗拉强度压强度单向抗压强度抗剪强度抗拉强度第12页/共55页四、岩石的破坏类型四、岩石的破坏类型研究表明:不论加载方式如何,研究表明:
12、不论加载方式如何,岩石总是被拉岩石总是被拉坏或剪坏坏或剪坏。拉坏(岩石断裂面明显离开,断裂面间没有错动)拉坏(岩石断裂面明显离开,断裂面间没有错动)剪坏(岩石断裂不离开,断裂面一定发生错动)剪坏(岩石断裂不离开,断裂面一定发生错动)岩石被压坏的原因是因为与压应力不垂直岩石被压坏的原因是因为与压应力不垂直的平面上出现剪应力,当剪应力达到极限时被的平面上出现剪应力,当剪应力达到极限时被剪切破坏。剪切破坏。第13页/共55页五、岩体的强度五、岩体的强度1、岩体的结构、岩体的结构 第14页/共55页2、岩体的强度、岩体的强度 岩体存在结构面(弱面),岩体的强度首岩体存在结构面(弱面),岩体的强度首先取
13、决于软弱结构面强度,其次取决于岩体结先取决于软弱结构面强度,其次取决于岩体结构本身的强度。构本身的强度。岩石强度弱面强度第15页/共55页复习思考题复习思考题1、何为岩石的碎胀性,并说明其在顶板管理、何为岩石的碎胀性,并说明其在顶板管理中的重要性。中的重要性。2、何为岩石的变形性质,岩石的变形性质有、何为岩石的变形性质,岩石的变形性质有哪些?哪些?3、何为岩石的强度,主要的强度指标有哪些、何为岩石的强度,主要的强度指标有哪些?4、说明岩石的强度关系。、说明岩石的强度关系。5、为什么说岩石总是被拉坏或剪坏?、为什么说岩石总是被拉坏或剪坏?6、岩体的结构有哪些?、岩体的结构有哪些?7、岩体的强度和
14、岩石的强度哪个大?、岩体的强度和岩石的强度哪个大?第16页/共55页第二章第二章 煤层顶板煤层顶板 位于煤层上面的岩层叫顶板,位于煤层下位于煤层上面的岩层叫顶板,位于煤层下面的岩石叫底板。面的岩石叫底板。第17页/共55页一、顶板一、顶板1、伪顶、伪顶紧贴煤层,紧贴煤层,随采随落随采随落,厚度一般,厚度一般0.3m0.5m。2、直接顶、直接顶位于伪顶或煤层(无伪顶时)位于伪顶或煤层(无伪顶时)之上,由一层或几层岩层组成,之上,由一层或几层岩层组成,一般能随回柱一般能随回柱放顶及时垮落放顶及时垮落。3、老顶、老顶位于直接顶之上(有时直接位于位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)厚而坚硬的岩层。煤
15、层之上)厚而坚硬的岩层。能维持很大的悬能维持很大的悬露面积而不随直接顶垮落。露面积而不随直接顶垮落。第18页/共55页二、底板二、底板1、直接底、直接底位于煤层之下、厚度较小(约位于煤层之下、厚度较小(约0.2m0.4m),常由泥岩、页岩、粘土岩组),常由泥岩、页岩、粘土岩组成。成。2、老底、老底位于直接底或煤层(无直接底时)位于直接底或煤层(无直接底时)之下,一般由砂岩或石灰岩等坚固的岩层组成。之下,一般由砂岩或石灰岩等坚固的岩层组成。第19页/共55页复习思考题复习思考题1、何为煤层的顶板和底板,怎样分类?、何为煤层的顶板和底板,怎样分类?2、伪顶、直接顶、老顶的主要特点是什么?、伪顶、直
16、接顶、老顶的主要特点是什么?第20页/共55页第三章第三章 采场顶板活动规律采场顶板活动规律一、采空区上方的一、采空区上方的“三带三带”采空区上方的岩层,按由下向上的顺序逐采空区上方的岩层,按由下向上的顺序逐步冒落,根据破坏特征及结构特点分为三个带:步冒落,根据破坏特征及结构特点分为三个带:冒落带、裂隙带、弯曲下沉带冒落带、裂隙带、弯曲下沉带第21页/共55页1 1、冒落带、冒落带 岩层破碎冒落,下部块度较小,而且呈杂乱无岩层破碎冒落,下部块度较小,而且呈杂乱无章堆积,上部块度大,呈规则的排列。章堆积,上部块度大,呈规则的排列。由于岩石的碎胀性,每冒落一些岩层,采空区由于岩石的碎胀性,每冒落一
17、些岩层,采空区自由空间的高度就减小一些。自由空间的高度就减小一些。冒落带岩层厚度(冒落带高度)冒落带岩层厚度(冒落带高度)是冒落后能把采是冒落后能把采空区空间填满的厚度。空区空间填满的厚度。M MH HKHKH H HM M(K K1 1)MM采高(采高(m m)HH冒落带高度(冒落带高度(m m)KK顶板岩石碎胀系数顶板岩石碎胀系数 一般一般K=1.15K=1.151.51.5,因此,因此 H=H=(2 28 8)M M第22页/共55页2 2、裂隙带、裂隙带 岩层中出现许多垂直或斜交于层面的裂隙,岩层中出现许多垂直或斜交于层面的裂隙,以及顺层的离层裂隙,但不冒落。以及顺层的离层裂隙,但不冒
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