采煤工作面顶板控制及顶板事故防治课程授课教案

采煤工作面顶板控制及顶板事故防治课程授课教案备课日期： 2010年 8月8日班级课时教具上课日期采煤工作面顶板控制及顶板事故防治12 多媒体2010年10月8、14日课题采煤工作面顶板控制及顶板事故防治教师王建华目的要求通过培训使学员对采煤工作面顶板控制及顶板事故防治相关知识有所了解。

重点顶板控制、顶板事故防治难点顶板控制课型多媒体教法教学环节1、教学组织2、导入课程3、讲授新课4、课堂小结5、布臵作业1、点名、讲授新课2、讲授顶板控制及顶板事故防治相关知识点3、以PDF格式漫画形式对知识点加以巩固4、播放相关FLASH动画第 1页第一节采煤工作面矿山压力及显现规律一、矿山压力的概念二、采动后矿山压力分布的一般规律（一）支承压力（二）采煤工作面周围支承压力分布三、采动后顶板活动的一般规律（一）采空空间上方岩层的分带（二）上覆岩在工作面推进方向的发展规律1、直接顶初次垮落2、老顶初次来压3、老顶周期来压第二节采煤工作面顶板控制一、采煤工作面顶板控制的内容二、采煤工作面顶板支护（一）采煤工作面支护的作用和要求（二）采煤工作面支架类型和单体支柱特征（三）采煤工作面单体支架的布臵方式三、采空区处理第 2 页1、全部垮落法2、充填法3、缓慢下沉法4、煤柱支撑法第三节工作面支护质量和顶板动态监测一、单体液压支柱工作面支护与顶板监测（一）日常监测内容（二）特殊时期或地点的监测（三）监测方法1、日常监测2、装面阶段监测3、初放阶段监测4、撤面阶段监测5、数据整理与总结二、综采工作面支护与顶板监测第 3页第四节特殊工作面条件下的顶板管理措施一、采煤工作面初次放顶时期的顶板控制（一）一般规定（二）复合顶板初次垮落阶段的顶板控制（三）坚硬直接顶初次垮落阶段的顶板控制（四）老顶初次来压阶段的顶板控制二、采煤工作面过旧巷安全措施三、采煤工作面过小地质构造安全措施（一）工作面过断层（二）工作面过褶曲带（三）工作面过陷落柱（四）工作面过冲刷带四、采煤工作面收尾的顶板控制（一）单体支架工作面收尾的顶板控制措施（二）综采工作面收尾的顶板控制第 4页第五节采煤工作面顶板事故防治一、局部冒顶事故的防治（一）局部冒顶发生的原因及预兆（二）局部冒顶的多发区域和防治措施（三）局部冒顶的处理方法二、大面积冒顶事故的防治（一）大面积冒顶发生的原因及预兆1、顶板预兆2、煤帮预兆3、支架预兆（二）大面积冒顶的防治措施（三）大面积冒顶的处理方法1、恢复工作面处理冒顶的方法2、新掘开切眼绕过冒顶的方法三、《煤矿安全规程》有关采煤工作面顶板安全的规定（一）安全出口（二）支护质量支护材料（三）敲帮问顶（四）回柱放顶（五）工作面初次放顶及收尾四、冲击地压及其防治1、冲击地压的概念2、冲击地压的防治措施第 5页工作面顶板灾害防治【本讲内容提纲】1. 采煤工作面顶板灾害类型及防治【重点内容详解】一、采煤工作面顶板灾害类型及防治按冒顶范围可将顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两类；按发生冒顶事故的力学原因进行分类，可将顶板事故分为压垮型冒顶、漏垮型冒顶和推垮型冒顶三类。

1、采煤工作面大型冒顶灾害采煤工作面大型冒顶事故主要包括老顶来压时的压垮型冒顶、大面积漏垮型冒顶、复合顶板推垮型冒顶、金属网下推垮型冒顶、厚层难垮顶板大面积切冒五种类型。

1）老顶来压时的压垮型冒顶压垮型冒顶是指因工作面支护强度不足和顶板来压引起支架大量压坏而造成的冒顶事故。

（1）发生压垮型冒顶事故的一般条件发生压垮型冒顶事故一般具备以下两个条件：①直接顶比较薄，厚度小于煤层采高的2～3倍，直接顶冒落后不能充填满采空区；②直接顶上面老顶分层厚度小于5～6ｍ，初次来压步距为20～30ｍ或更大一些。

（2）压垮型冒顶事故的致因发生压垮型冒顶事故，一方面由于工作面支架本身支撑能力不足，造成垮落带老顶岩块压坏采煤工作面支架而导致冒顶；另一方面则工作面支架初撑力不足，垮落带老顶岩块冲击压坏采煤工作面支架导致冒顶。

（3）老顶来压时压垮型冒顶的预防措施①采煤工作面支架的支撑力应能平衡垮落带直接顶及老顶岩层的重量；②采煤工作面支架的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层；③采煤工作面支架的可缩量应能满足裂隙带老顶下沉的要求；④普采工作面遇到平行工作面的断层时，在断层范围内要及时加强工作面支护（最好用木垛），不得采用正常办法回柱；⑤普采要扩大控顶距，并用木支柱替换金属支柱，待断层进到采空区后再回柱；⑥工作面支护是液压自移支架，若支架的工作阻力有较大的富裕，则工作面可以正常推进；若支架的工作阻力没有太大的富裕，则应考虑使工作面与断层斜交或应用采空区挑顶的措施过断层。

2）大面积漏垮型冒顶（1）由于煤层倾角较大，直接顶又异常破碎，采煤工作面支护系统中如果某个地点失效发生局部漏冒，破碎顶板就有可能从这个地点开始沿工作面往上全部漏空，造成支架失稳，导致漏垮型工作面的冒顶。

（2）预防漏垮型冒顶的措施①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；②顶板必须背严实；③严禁放炮、移溜等工序弄倒支架，防止出现局部冒顶。

3）复合顶板推垮型冒顶推垮型冒顶是指因水平推力作用使工作面支架大量倾斜而造成的冒顶事故。

（1）复合顶板推垮型冒顶一般是由于支柱的初撑力小，软硬岩层下沉不同步，从而导致软岩层与其上部硬岩层离层，若具备形成六面体的条件，则形成一个大的“游离体”，“游离体”在诱导因素的综合作用下容易导致推垮型冒顶事故的发生。

一般来说，下位软岩断裂出现六面体有地质构造、巷道布臵、支柱初撑力低三方面的原因。

（2）推垮型冒顶的预防措施①应用伪俯斜工作面并使垂直工作面方向的向下倾角达40°～60°；②掘进上下平巷时不破坏复合顶板；③工作面初采时不要反推；④控制采高，使软岩层冒落后能超过采高；⑤尽量避免上下平巷与工作面斜交；⑥灵活地应用戗柱和戗棚，使它们迎着岩体可能推移的方向支设；⑦在开切眼附近的控顶区内，系统地布臵树脂锚杆。

但是，在采用这个措施时应考虑采煤工作面中打锚杆钻孔的可能性和顶板硬岩层折断垮落时由于没有已垮落软岩层作垫层，来压是否会过于强烈等问题。

除上述措施外，在使用摩擦支柱和金属铰接顶梁的采煤工作面中，还应该采用用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端至工作面下端连接起来和提高单体支柱的初撑力两个措施。

对综采工作面来讲，为预防液压支架倒架，设计掩护式或支撑掩护式支架时，一般是要求在支架使用倾角范围内，通过支架重心的垂线不落在底座与底板接触线以外，而且应该考虑顶板沿倾斜方向可能施加给支架的推力。

因此，必须用支架的初撑力预防复合顶板下位软岩层推倒支架。

4）金属网下推垮型冒顶（1）发生条件回采下分层时，当上、下分层开切眼垂直布臵时，在开切眼附近，金属网上的碎矸石与上部断裂了的硬岩大块之间存在一个空隙；当下分层开切眼内错布臵时，虽然金属网上的碎矸与上部断裂了的硬岩大块之间不存在空隙，但是一般也难以胶结在一起。

（2）冒顶过程分两阶段，即形成网兜阶段和推垮工作面阶段。

（3）生产实践表明，由于支柱初撑力低导致产生高度超过150mm的网兜时，有可能引发网下推垮型冒顶。

（4）金属网下推垮型冒顶事故的预防措施主要措施是提高支柱初撑力及增加支架的稳定性，可附加其它措施：①回采下分层时内错式布臵开切眼，避免网上碎矸之上存在空隙。

②提高支柱初撑力，增加支架稳定性，防止发生高度超过150mm 的网兜。

③用“整体支架”增加支护的稳定性。

④采用伪俯斜工作面，增加抵抗下推的阻力。

⑤初次放顶时要把金属网下放到底板。

除上述大面积冒顶类型外，还有冲击推垮型冒顶和采空区冒矸冲人工作面推垮型冒顶。

2、采煤工作面局部冒顶事故工作面局部冒顶主要发上在工作面上下两端、靠煤壁附近、放顶线附近、地质破坏带附近四个位臵处。

1）工作面两端的局部冒顶预防措施：在机头机尾处各应用四对一梁三柱的钢梁抬棚支护或在机头机尾处采用双楔铰接顶梁支护；在工作面与巷道相连处，宜用一对抬棚，迈步前移，托住原巷道支架的棚梁。

此外，在工作面两端还可以采用十字铰接顶梁支护系统以防漏冒；在超前工作面10m以内，巷道支架应加双中心柱，超前工作面10m~20m，巷道支架应加单中心柱。

综采时，如果工作面两端没有应用端头支架，则在工作面与巷道相连处，需用一对迈步抬棚。

此外，超前工作面20m内的巷道支架也应以中心柱加强。

2）靠煤壁附近的局部冒顶煤壁附近局部冒顶的原因主要表现的以下三个方面，即：直接顶被密集裂隙切割，形成了游离岩块；采高过大，在老顶来压期间，煤壁片帮，扩大了无支护空间；放顶煤开采，顶煤破碎。

（1）单体支柱工作面煤壁附近预防局部冒顶的措施①采用能及时支护悬露顶板的支架，并使端面距不大于200mm，还应提高支柱的初撑力，以使端面冒高不超过200mm。

此外，在金属网下，还可以采用长钢梁对棚迈步支架。

在架设支架前还必须敲帮问顶，以防岩块掉落伤人。

②炮采时，炮眼布臵及装药量应合理，尽量避免崩倒支架。

③尽量使工作面与煤层的主要节理方向垂直或斜交，避免煤层片帮。

煤层一旦片帮，应掏梁窝超前支护，防止冒顶。

（2）综采工作面煤壁附近局部冒顶事故的预防措施①支架设计上，采用长侧护板，整体顶梁，内伸缩式前梁，增大支架向煤壁方向的水平推力，提高支架的初撑力；②工艺操作上，采煤机过后，及时伸出伸缩梁，及时擦顶带压移架，顶梁的俯视角不超过70°；③当碎顶范围较大时（比如过断层破碎带等），则应对破碎直接顶注入树脂类黏结剂等使其固化，以防止冒顶。

3）放顶线附近的局部冒顶放顶线附近局部冒顶的预防措施主要有以下几个方面：（1）加强地质及观察工作，记载大岩块的位臵及尺寸；（2）在大岩块范围内用木垛等加强支护；（3）当大岩块沿工作面推进方向的长度超过一次放顶步距时，在大岩块的范围内要延长控顶距；（4）如果工作面用的是单体支柱，在大岩块范围内要用木支架替换金属支架；（5）待大岩块全部都处在放顶线以外的采空区时，再用绞车回收木支架。

4）地质破坏带附近的局部冒顶（1）在断层两侧加设木垛来加强维护，并迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或戗柱。

（2）对于有些综采工作面、普采工作面，回采过程中煤壁的前方顶板和煤层特别破碎，可采用可切割锚杆锚固；当断层处的顶板特别破碎，用锚杆锚固的效果不佳时，可采用注浆法。