煤层顶底板
第三章煤层.ppt
（1）简单结构 是指煤层中不含矸石层或仅局部含有矸石层 （图3—1）。
（2）复杂结构 指煤层中含有一层或数层连续的矸石层（图 3—2）。煤层中的矸石层成分为粘土岩、炭质泥岩、泥质 岩或粉砂岩，有时为石灰岩、硅质岩、油页岩、细砂岩甚 至砾岩等。
图3—1 简单煤层结构
图3—2 复杂煤层结构
4
煤层中矸石层的层数多少，厚度大小及矸石层的形态 和稳定程度，主要取决于聚煤期的古构造和古地理条件。 一般说来，在聚煤期沉积环境比较稳定情况下形成的煤层 所含的矸石层层数少、厚度小，且稳定，多为层状、似层 状，而聚煤期沉积环境不稳定情况下形成的煤层所含的矸 石层层数多，形态多为透镜状，而且不稳定。
（1）伪顶 它直接位于煤层之上，很薄的，随煤层开采一起 垮落的岩层，多为几厘米至十几厘米厚的炭质泥岩或泥岩， 富含植物化石。在采煤过程中，因常常随采随落，而不易 维护。
（2）直接顶 位于伪顶或直接位于煤层（无伪顶时）之上的 岩层，常为数米厚的砂岩、粉砂岩、泥岩及少量石灰岩。 它比伪顶稳定，在采煤过它位于直接底之下，常为 厚层状砂砾岩或石灰岩。
煤层顶底板示意图
10
煤层顶、底板的发育程度，受当时沉积作用和后期构 造变动的影响，因此不同煤层顶、底板性质及发育程度不 同。有的煤层顶板发育完好，几种类型的顶、底板都有， 有的煤层则缺少某种类型的顶板或底板。
在观察和研究煤层顶、底板时，要注意顶、底板的岩 性，及其与煤层之间的接触关系。因为它们是反映煤层形 成前、后的沉积环境及其变化情况的标志。有的煤层顶、 底板岩石本身就是有用矿产，有的特征明显又可作为煤层 对比的标志层。
煤层中矸石的层数、厚度、成分、赋存形态，所含化 石的种类和保存及其变化情况等，对于恢复成煤环境、对 比煤层、评价煤田等都有重要意义。因此，在观察和描述 复杂结构煤层时，应注意矸石层的这些特征。
煤矿地质基本知识
走向地层还表现为地层重复或缺失。
化开采更为困难。
煤层的空间形态及展布方向用产状要素
二、地质构造
• 原始沉积的煤（岩）层，由于后来地质变迁、地壳运动而造成岩层空 间形态个产状发生变化，形成新的结构称为地质构造。
• 地质构造可归纳为三种基本类型，即单斜构造、褶曲构造、断裂构造。 • 单斜构造 • 在一定范围内（通常一个井田）岩层向一个方向倾斜的构造形态叫单
2）煤层的底板。
• 煤层的底板岩石可分为直接底和老底两种， 如图2－1b所示。
• a－煤层顶板；b－煤层底板 • 1－中粒砂岩；2－砂质页岩；3－炭质页
岩；4－煤；5－粘土岩；6－粉砂岩
• （1）直接底――以富含炭质的粘土岩最为常见， 厚度一般几十厘米。如果直接底的岩性是遇水后 膨胀粘土岩，则可造成巷道底板隆起（底鼓）现 象，轻者影响巷道运输于支护，重者使巷道遭受 破坏。
着一个面，而是沿着一个破碎带发生时，这个带称为断层破碎带。②断层线。 断层面与地面的交线，即断层面在地面的出露线。它大致反映断层的延伸方 向。 • ③交面线。断层面与煤层底板面的交线。 • ④断盘。被断层面分开的两侧岩块。若断层面是倾斜面的，根据岩块与断层 面的相对关系，分为上盘和下盘。上盘位于断层面上方；下盘位于断层面下 方。 • ⑤断距。断层两盘相对移动的距离。未错开前的某点，错动后分裂为两点， 分别在两个盘上，测得两点的实际距离称总断距。 • ⑥落差。断层两盘上对应点的铅直断距，如图2－7所示。
顶板分类
煤矿顶板分类根据顶底板岩层相对煤层的位置和垮落性能，强度等特征的不同，从上至下顶板划分为基本顶（老顶）、直接顶、伪顶三个部分；底板分为伪底、直接底及老底三个部分。
不过，对于某个特定的煤层来说，其顶底板的这六个组成部分不一定发育俱全。
可能缺失某一个或几个组成部分的岩层。
1.1煤层的顶板1.1.1伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.3～0.5m，多由页岩、炭质页岩等组成。
1.1.2直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般在1～2m，多由泥岩、而岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成。
1.1.3基本顶：又叫老顶，是位于直接顶之上或直接位于煤层之上（此时无直接顶和伪顶）的厚而坚硬的岩层。
常在采空区上方悬露一段时间，直到达到相当面积之后才能垮落一次，通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石的组成。
1.2煤层底板1.2.1伪底：直接位于煤层之下的薄层软弱岩层，多为炭质页岩或泥岩，厚度一般为0.2～0.3m。
1.2.2直接底：直接位于煤层之下硬度较低的岩层，厚度一般由几十厘米到1米左右，通常由泥岩、页岩或粘土岩。
若直接底为粘土岩，则遇水后易膨胀，可能造成巷道底鼓与支架插底现象，轻者影响巷道运输与工作面支护，重者可使巷道遭受严重破坏。
1.2.3老底：指位于直接底之下，比较坚硬的岩层，多为砂层，石灰岩等。
2 采煤工作面顶板分类根据工作面顶板冒落的难易程度，将顶板分为五类。
2.1易冒落的松软顶板。
该类顶板的特点是煤层顶板是易垮落的松软岩层，回柱后顶板能立即冒落，且能填满采空区。
这类顶板由于冒落比较充分，使位于裂隙带的老顶岩层，在回采过程中，很容易取得平衡，因而老顶的开裂，弯曲下沉，对工作面几乎没有什么影响，工作面来压比较缓和，无明显的周期压力，靠采空区一侧的顶板下沉量较稳定，顶板容易管理。
2.2中等冒落性的顶板。
该类顶板的特点是直接顶，厚度一般小于煤层平等的6～8倍，其上部为比较坚硬的老顶，虽然回柱后直接顶随之垮落，但因厚度不大，不能填满采空区，老顶则置于悬露状态，当工作面推进一段距离后老顶才开始垮落，此时因采空区落差较大，致使工作面呈现周期来压状态，严重时可使采场切顶垮面。
煤层顶底板
362、363
煤层顶底板（示意图）
•
• • • •
• 顶板
老顶
直接顶 伪顶
ห้องสมุดไป่ตู้
中砂岩
粉砂岩 泥岩 煤层
- ----- ---------- ---- ------ -------··· · ··· ·· -··· ····· · · · · · · ·—— —— —— —— —— —— —— —— — — 、、、、、、、、、 、、、、、、、、 、、、、、、、、
煤层底板 基本底（粉砂岩或砂岩）
煤层顶底板的稳定性及其影响
• 对巷道、采面的维护和正常生产循环影响很大 如果顶板松软，容易发生冒顶事故；如果顶板过 于坚硬则会造成放顶困难。 灰岩、砂岩为顶板，它们是矿井充水的重要来源。 如底板为遇水膨胀的粘土岩，会引起底鼓或软岩 涌入巷道，破坏巷道，影响运输。 因此，在煤田地质勘查和煤矿生产过程中，应加 强对煤层顶底板岩性和岩石力学性质的研究
•
• 底板
•
直接底
泥岩
老底
细砂岩
煤层顶板分类
伪顶
• （1）直接位于煤层之上，在采煤过程中与
煤层同时下落的薄层岩层。 • （2）多为炭质泥岩和泥岩，或页岩 • （3）厚度多在0.5m以下。 •
煤层顶板分类
直接顶
• （1）位于伪顶之上或没有伪顶时直接位于 煤层之上的一层或几层岩石。 • （2）常为数米厚的粉砂岩、泥岩或砂岩、 页岩、石灰岩等。 • （3）较伪顶稳定，在采煤过程中经常是煤 层采过一段时间后自行垮落，有时需要人 工放顶。
煤层顶板分类
基本顶
• （1）基本顶又称为“老顶”。 • （2）位于直接顶之上，或直接位于煤层之 上、不易垮落的坚硬岩层。 • （3）大面积的缓慢沉降。 • （4）一般由厚度较大的砂岩、石灰岩、砾 岩等坚硬岩层组成。
煤层顶底板的处理方法
煤层顶底板的处理方法一、煤层顶板概述1.煤层顶板概念位于煤层上面的岩层叫顶板，煤层下面的岩层叫底板。
煤层顶底板岩层一般是由砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、粘土岩或石灰岩等组成。
由于岩性和厚度等不同，在回采中破裂、冒落的情况也一样。
为此，按顶板与煤层相对位置及垮落难易程度，可将煤层顶板分为伪顶、直接顶和老顶；把底板分为直接底和老底。
⑴顶板①伪顶。
是指紧贴在煤层之上、极易垮落的薄岩层。
厚度一般为0.3m～0.5m，常由硬度较低的炭质页岩、泥质页岩等组成。
伪顶在回采时随着落煤而同时垮落，伪顶混入煤中，影响煤质。
②直接顶。
位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上，一般由一层或几层厚度不定的泥岩、页岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层组成，一般能够随回柱防顶在采空区及时垮落。
直接顶是采掘工作面支护的对象。
如果支护不好，会造成冒顶事故。
③老顶。
又叫基本顶，一般指位于直接顶之上（有时也直接位于煤层之上）厚而坚硬的岩石。
常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等岩层所组成。
老顶能在采空区维持很大的悬露面积而不随直接顶垮落。
老顶垮落会给采煤工作面带来很大压力，如果工作面支护不好，就会发生大面积冒顶事故。
多数煤层具有伪顶、直接顶和老顶，但有的煤层只有直接顶而没有伪顶和老顶，也有的煤层没有伪顶、直接顶，煤层上面就是老顶。
⑵底板①直接底。
直接位于煤层之下、厚度较低、厚度约为0.2m～0.4m的岩层。
常由泥岩、页岩、粘土岩等组成。
②老底。
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所组成。
有的煤层下面没有直接底，紧贴着老底。
2.顶板类型顶板分为坚硬难冒顶板、破碎顶板和复合型顶板。
坚硬难冒顶板是指直接顶板岩石比较完整、坚硬（固），回柱后不能立即垮落的顶板。
一般为砂岩、砾岩和石灰岩。
破碎顶板指的岩层的强度低、节理裂隙十分发育、整体性差，自稳能力差低，并在工作面控顶区范围内维护困难的顶板。
煤层的顶板由厚度为0.5m～2.0m的下部软岩及上部硬岩组成，且它们之间有薄煤层软弱岩层，此时称为复合型顶板。
采煤工作面顶板管理基本知识
（一）顶板事故分类
按冒顶的力源进行分类： （1）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。 （2）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。 （3）推垮型：由平行于层面方向的顶板力推倒采场支架而导致的冒顶。 （4）综合型：两种或三种综合出现。
1.压垮型冒顶
（主要发生在老顶来压时）
二、煤层顶底板岩层构成
直接顶的完好程度将直接影响工作面的安全及工作面的工 作效率，而且也影响到支护方式的选择。直接顶的完好程 度取决于两个因素：一是岩层的力学性质；二是直接顶岩 层内各种原因造成的层理和裂隙的发育情况。直接顶岩层 内各种层理或裂隙等“弱面”的存在将直接影响到直接顶 在悬露时的稳定性。常常把这些“弱面”简称“劈”。而 其中有些“劈”的组合形式，对直接顶的稳定性影响较大。 这类游离岩块的劈可能在顶板毫无预兆的情况下发生局部 冒顶。
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预防措施：
（1）尽量避免出现游离岩块 ①提高支架或支柱的初撑力，使下位顶板不离层， 并不沿煤壁断裂。 ②不在计划的工作面范围内开巷道。
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（2）已出现游离岩块时，在游离岩块范围内不正常回柱， 加强支护，用木支柱替换金属支柱，当游离岩块都进入采 空区时，再用绞车回柱。 （3）当游离岩块可能发生“复合顶板”推垮型冒顶时应 使用支架或支柱的初撑力防推。 （4）当工作面使用初撑力极低的摩擦支柱时，只能用 “整体支架”防“复合顶板”推垮型冒顶 （5）采用伪斜工作面布置。
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(二)压垮型冒顶的机理及预防措施 1.冒顶机理及预防措施
压垮型冒顶的顶板条件：
（1）直接顶薄，厚度小于采高的2~3倍。 （2）直接顶上面老顶分层厚度小于5~6m。
煤层顶板活动规律
第三节
一、老顶梁式结构分析：
老顶岩层力学分析
1、冒落区老顶支撑条件：
1）全部充填满回采空间
0
h
M K p 1
2）不能充填满回采空间 （老顶悬露，成梁式结构） M 0 h K p 1 h M h K P M hK P 1 （ ）
2、老顶梁式结构力学分析： （按固定支座） 1）支座反力：（对称）
且
384E2 J 2
bh13 J1 12
bh 3 J2 12
q h1
从而
E h 2 2 1 不离层最小支撑力 p h 1 E1 h1
显然： 及时增大支撑力可使顶板不离层。
三、直接顶的初次垮落： 初次垮落——直接顶第一次垮落（初次放顶） （标志：垮落高度＞1~1.5m，长度＞1/2 面长） 初次垮落距——第一次垮落时，直接顶的跨距。 直接顶垮落距受直接顶强度、厚度、节理裂隙影响， 是描述直接顶稳定性的综合指标。 直接顶垮落前，顶板完整性一般较好，支架载荷小， 稳定性差，初次垮落易发生大面积顶板事故。
2）计算第二层对第一层的作用；计算至第三层时第一层载荷…… 3）一直计算到第n+1层时，第一层载荷反而小于第n层时的载荷为止
4）取第n层时的计算载荷为 q ，此值为计算过程中得到的最大值。
三、老顶的板式破断：
1、板式结构边界支撑条件： 薄板：长150-200m
宽30m 厚2—4m
边界支撑条件： （a）四边固支——始采工作面； （b）三固一简——一面为已采区（老塘）； （c）二固二简——一面为已采区，一面为工作面采空区； （d）一固三简——三面临空，回采半岛区域。
煤矿顶板分类
煤矿顶板分类根据顶底板岩层相对煤层的位置和垮落性能，强度等特征的不同，从上至下顶板划分为基本顶（老顶）、直接顶、伪顶三个部分；底板分为伪底、直接底及老底三个部分。
不过，对于某个特定的煤层来说，其顶底板的这六个组成部分不一定发育俱全。
可能缺失某一个或几个组成部分的岩层。
1.1煤层的顶板1.1.1伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.3～0.5m，多由页岩、炭质页岩等组成。
1.1.2直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般在1～2m，多由泥岩、而岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成。
1.1.3基本顶：又叫老顶，是位于直接顶之上或直接位于煤层之上（此时无直接顶和伪顶）的厚而坚硬的岩层。
常在采空区上方悬露一段时间，直到达到相当面积之后才能垮落一次，通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石的组成。
1.2煤层底板1.2.1伪底：直接位于煤层之下的薄层软弱岩层，多为炭质页岩或泥岩，厚度一般为0.2～0.3m。
1.2.2直接底：直接位于煤层之下硬度较低的岩层，厚度一般由几十厘米到1米左右，通常由泥岩、页岩或粘土岩。
若直接底为粘土岩，则遇水后易膨胀，可能造成巷道底鼓与支架插底现象，轻者影响巷道运输与工作面支护，重者可使巷道遭受严重破坏。
1.2.3老底：指位于直接底之下，比较坚硬的岩层，多为砂层，石灰岩等。
2 采煤工作面顶板分类根据工作面顶板冒落的难易程度，将顶板分为五类。
2.1易冒落的松软顶板。
该类顶板的特点是煤层顶板是易垮落的松软岩层，回柱后顶板能立即冒落，且能填满采空区。
这类顶板由于冒落比较充分，使位于裂隙带的老顶岩层，在回采过程中，很容易取得平衡，因而老顶的开裂，弯曲下沉，对工作面几乎没有什么影响，工作面来压比较缓和，无明显的周期压力，靠采空区一侧的顶板下沉量较稳定，顶板容易管理。
2.2中等冒落性的顶板。
该类顶板的特点是直接顶，厚度一般小于煤层平等的6～8倍，其上部为比较坚硬的老顶，虽然回柱后直接顶随之垮落，但因厚度不大，不能填满采空区，老顶则置于悬露状态，当工作面推进一段距离后老顶才开始垮落，此时因采空区落差较大，致使工作面呈现周期来压状态，严重时可使采场切顶垮面。
煤层的顶底板
煤层的顶底板是指煤系中位于煤层上下一定距离的岩层，按照沉积顺序，在下常情况下，位于煤层之下，先于煤层生成的岩层是底板；位于煤层之上，在煤层形成之后的岩层叫顶板。
由于沉积物质和沉积环境的差异，顶底板岩层性和厚度各不相同，在开采过程中破碎，冒落的情况也就不同，了解这些岩层的岩性特征、厚度、层理及节理发育程度，强度及含水性等，对确定顶板管理和巷道支护方式均有重要意义。
根据顶底板岩层相对煤层的位置和垮落性能，强度等特征的不同，从上至下顶板划分为基本顶（老顶）、直接顶、伪顶三个部分；底板分为伪底、直接底及老底三个部分。
不过，对于某个特定的煤层来说，其顶底板的这六个组成部分不一定发育俱全。
可能缺失某一个或几个组成部分的岩层。
（一）煤层的顶板1、伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.3m～0.5m,多由页岩，炭质页岩等组成。
2、直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般在1m～2m,多由泥岩、而岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成。
3、基本顶：又叫老顶，是位于直按顶之上或直接位于煤层这上（此时无直接顶和伪顶）的厚而坚硬的岩层。
常在采空区上方悬露一段时间，直到达到相当面积之后才能垮落一次，通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石的组成。
（二）煤层底板1、伪底：直接位于煤层之下的薄层软弱岩层，多为炭质页岩或泥岩，厚度一般为0.2m～0.3m.2、直接底：直接位于煤层之下硬度较低的岩层，厚度一般由几十厘米到1米左右，通常由泥岩、页岩或粘土岩。
若直接底为粘土岩，则遇水后易膨胀，可能造成巷道底鼓与支架插底现象，轻者影响巷道运输与工作面支护，重者可使巷道遭爱严重破坏。
3、老底：指位于直接底之下，比较坚硬的岩层，多为砂层，石灰岩等。
煤矿知识
1、顶、底板的概念： 答：煤层上面的岩层叫做顶板，煤层下面的岩层叫做底板。
2、了解顶、底板的分类，并掌握本矿分煤层各工作面的顶、底板的所属类型。
答：顶板分为伪顶、直接顶、老顶 伪顶是直接位于煤层之上的一层极易垮落的薄岩层，常随采随落，多由炭质页岩或泥质页岩组成，厚度一般在0.3～0.5以下，有些煤层没有伪顶。
直接顶是直接位于伪顶或煤层之上的一层或数层岩层，常有页岩或砂质页岩等组成，厚度为几米至十余米不等，不很坚硬。
老顶是位于直接顶上方的厚而坚硬的岩层，常有砂岩、石灰岩或砾岩组成。
有些煤层上方没有伪顶和直接顶而只有老顶。
3、采煤工作面顶板控制的主要对象是什么？ 答：采煤工作面顶板控制的主要对象是直接顶，管理顶板主要是管理好直接顶，包括煤壁和老塘。
4、掌握初撑力、工作阻力的概念以及本矿对支柱初撑力指标要求。
答：初撑力是指单体支护顶、底板时的主动支撑力。
工作阻力：当底板来压后，支柱被压，此时支柱所能承受的力。
本矿对初撑力的要求：≥50KN/棵5、了解单体支柱的结构及主要性能。
答：外注式单体液压支柱主要结构：柱缸、活柱、三用阀、顶盖、手把、弹簧； 柱缸：自由伸缩以产生对顶板支护的初撑力和工作阻力； 活柱：在柱缸内自由运行，升起可产生初撑力； 三用阀：卸载阀、单向阀、安全阀组成； 工作原理：（1）、升柱、（2）、承载、（3）、回柱6、了解采煤工作面顶板事故的分类，能够分析各种顶板事故的发生原因，制定预防措施： 答：采煤工作面顶板事故可分为：漏顶、冒顶、垮掌子面三类。
局部冒顶主要分为靠煤帮附近的局部冒顶，放顶线附近局部冒顶及上、下出口局部冒顶三种。
1）、靠煤帮附近局部冒顶原因： 直接顶裂隙发育形成游离岩块；采煤爆破后支护不及时；炮眼布置不当，装药量过多，放炮崩倒支架；煤层强度较低，老顶来压片帮，扩大无支护空间。
2）、放顶线附近局部冒顶原因： 顶板存在由断层、裂隙、层理等切割形成的大块游离岩块；金属网假顶网上有大块岩块，回收后失稳旋转；支柱质量差。
煤层顶底板分类
煤层顶底板概念与分类
煤层顶板分类
老顶：位于直接顶之上或直接位于煤层之上（此时无直接顶和伪顶） (基本顶) 的厚而坚硬的岩层。一般在长时间内不易自行垮落，在采空区
3 稳定顶板
主要指标 强度指数D
≤30 31～70 71～120
参考指标 直接顶初次
≤8
跨落步距l(m)
9～18 19～25
4
坚硬顶板
＞120 ＞25
无直接顶,岩层 厚度在2～5m以 上,σ ＞60～ 80MPa,l和h ＞ 1m的整体岩层, 即老顶
强度系数D： 反映直接顶稳定性,D=C1·C2·σ 式中，C1：节理裂隙影响系数；C2:分层厚度影响系数； σ：岩石单向抗 压强度，MPa。
煤层顶底板概念与分类
煤层顶底板概念
煤层的顶底板是指煤层中位于煤层上下一定距离内 的岩层。
顶板：赋存在煤层之上、在煤层之后形成的岩层 底板：赋存在煤层之下、先于煤层生成的邻近岩
层
煤层顶底板概念与分类
煤层顶板分类
由煤层依次向上，煤层顶板划分为伪顶、直接顶和老顶三部分：
伪 顶：直接覆盖在煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮 落，厚度不大，一般在0.5m以下，岩性多为炭质页岩。
上方悬露一段时间，当达到一定悬露面积之后才垮落一次，通
常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石组成。
老顶来压强度分级
分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
初次和周期来压 不明显
明显
强烈
极强烈
指标
N＞3～5 0.3＜N≤3～5 Ⅲ a L=25～50 Ⅲb
煤层顶底板资料课件
多为砂岩、砾岩等较坚硬岩层 ，厚度较大，具有周期性垮落 的特点，对采煤工作面安全构 成威胁。
直接底岩性
一般为泥岩、页岩或砂质泥岩 等，具有一定的隔水性能，但 也可能存在底鼓、突水等安全 隐患。
老底岩性
通常为砂岩、灰岩等坚硬岩层 ，隔水性能较好，对煤层开采
的安全影响较小。
煤层顶底板厚度变化规律
常见支护技术介绍与优缺点分析
木支架支护
优点为重量轻、加工容易、成本低； 缺点为易腐朽、易燃、支护强度低。
金属支架支护
优点为支护强度高、服务年限长、可 回收复用；缺点为重量大、成本较高 、对围岩适应性差。
锚杆支护
优点为支护效果好、成本低、施工方 便；缺点为对围岩质量要求高，不适 用于软岩和破碎围岩。
行业发展趋势预测及挑战分析
智能化开采技术
01
随着科技的进步，智能化开采技术将在煤炭行业得到广泛应用
，对煤层顶底板的研究和管理提出更高要求。
绿色开采与生态环境保护
02
环保政策的加强将推动煤炭行业向绿色开采转型，对煤层顶底
板的保护和利用将成为研究重点。
深部开采与复杂地质条件
03
随着煤炭资源向深部延伸，复杂地质条件下的煤层顶底板管理
整理方法
对收集到的原始数据进行清洗、分类和整理，去除重复和无效数据，按照统一格式进行存储和管理，便于后续分 析和应用。
关键参数提取与展示方式优化建议
关键参数提取
针对煤层顶底板资料，提取关键参数如 煤层厚度、倾角、顶底板岩性等，进行 重点分析和展示。
VS
展示方式优化建议
采用图表结合的方式，直观展示关键参数 的变化趋势和分布情况，提高数据可读性 和易用性。例如，可以制作煤层厚度等值 线图、倾角玫瑰花图等图表，便于分析和 应用。
煤层工作面顶板的分类、冒顶发生的机理及处理措施示范文本
煤层工作面顶板的分类、冒顶发生的机理及处理措施示范文本In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of EachLink To Achieve Risk Control And Planning某某管理中心XX年XX月煤层工作面顶板的分类、冒顶发生的机理及处理措施示范文本使用指引：此解决方案资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。
1 煤层的顶底板煤层的顶底板是指煤系中位于煤层上下一定距离的岩层，按照沉积顺序，在正常情况下，位于煤层之下，先于煤层生成的岩层是底板；位于煤层之上，在煤层形成之后的岩层叫顶板。
由于沉积物质和沉积环境的差异，顶底板岩层性和厚度各不相同，在开采过程中破碎，冒落的情况也就不同，了解这些岩层的岩性特征、厚度、层理及节理发育程度，强度及含水性等，对确定顶板管理和巷道支护方式均有重要意义。
根据顶底板岩层相对煤层的位置和垮落性能，强度等特征的不同，从上至下顶板划分为基本顶（老顶）、直接顶、伪顶三个部分；底板分为伪底、直接底及老底三个部分。
不过，对于某个特定的煤层来说，其顶底板的这六个组成部分不一定发育俱全。
可能缺失某一个或几个组成部分的岩层。
1.1煤层的顶板1.1.1伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.3～0.5m，多由页岩、炭质页岩等组成。
1.1.2直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般在1～2m，多由泥岩、而岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成。
任楼煤矿主采煤层顶底板岩性工程地质分类
表 1 煤层顶板工程地质分类方案
分类 依据
顶板分类
Rc ＜ 20MPa Rc = 20 ～ 30 MPa Rc = 30 ～ 40 MPa
（ 3） 老顶： 岩性为浅灰 ～ 灰色细 ～ 中粒砂岩，厚度 0． 59 ～ 26． 79m，平均为 6． 06m，一般在 3 ～ 10m 之间。 1． 2． 2 72 煤底板岩性特征
直接底主要由 泥 岩、页 岩、砂 质 泥 岩、粉 砂 岩 及 薄 煤层组成，厚度 0． 8 ～ 16． 42m，平均 4． 2m。老底由细 ～ 中粗粒砂岩组 成，厚 度 0． 0 ～ 30． 09m，平 均 6． 9m。 其结构组合特征与 51 煤基本相同。 1． 2． 3 72 煤顶板结构类型
任楼煤矿位于安徽省北部临涣矿区，属淮北煤田， 位于徐宿弧形 构 造 的 前 缘 地 带 的 童 亭 背 斜，构 造 较 复 杂。允许开采煤层为上、下石盒子组的 51 、52 、72 、73 、82 煤层及山西组的 10 煤层。
1 主采煤层顶底板岩性特征
1． 1 51 煤顶底板岩性特征 51 煤顶底板岩层主要由炭质泥岩、泥岩、粉砂岩、
（ 安徽省淮北市皖北煤电集团任楼煤矿，安徽 淮北 235123）
摘 要 煤层顶底板的岩性及其工程性质，直接影响到煤层的回采效率、回采方法、工作面管理方法和生产工作环境安全条件等。该文以直接 顶厚度、强度及采厚比为指标，通过对任楼煤矿 51 煤及 72 煤顶底板进行岩性、厚度、结构与组合特征系统分析，为煤矿生产阶段工作面支护设 计提供可靠的地质理论依据。 关键词 工程地质 岩性特征 结构 中图分类号 TD163 + 1 文献标识码 B
《煤层顶底板》课件
05
煤层顶底板的应用与案例
煤层顶底板在采矿工程中的应用
总结词
采矿工程中，煤层顶底板ຫໍສະໝຸດ 重要的研究对象，它对于保障采矿安全、提高采矿效率具有重要意义。
详细描述
在采矿工程中，煤层顶底板的稳定性对于保障采矿安全至关重要。通过对煤层顶底板的深入研究，可 以更加准确地预测和评估采矿过程中的安全风险，并采取有效的措施进行防范。同时，了解煤层顶底 板的特征和变化规律，可以帮助采矿工程师更好地设计采矿方案，提高采矿效率。
煤层顶底板的重要性
01
02
03
赋存条件
煤层顶底板的岩性、厚度 和稳定性等条件决定了煤 层的赋存状态和开采条件 。
开采安全
顶底板的稳定性对采煤工 作面的安全具有重要影响 ，顶板坍塌、底鼓等现象 易引发安全事故。
资源评价
了解煤层顶底板的地质特 征有助于准确评价煤炭资 源的品质和开采价值。
煤层顶底板的地质特征
岩性特征
顶底板的岩性决定了其强度、稳定性及对采煤过 程的影响。
地层结构
地层结构的复杂程度影响顶底板的稳定性，单层 或多层的组合影响其承载能力。
地质构造
断层、节理、裂隙等地质构造影响顶底板的稳定 性，是引发顶板事故的重要原因。
水文因素
地下水活动
地下水的流动和压力对顶底板的稳定性产生影响，特别是在雨季 或地下水位较高时。
定期检查和维护
定期对煤层顶底板进行检查和维护，确保顶板完 好无缺、支护可靠，发现隐患及时处理。
煤层顶底板的监测与检测
顶底板稳定性监测
采用专业的监测设备，对煤层顶底板的稳定性进行实时监测，及 时发现异常变化。
支护状态检测
定期对工作面支护状态进行检查，确保支护设备完好、有效，及 时更换损坏的支护设备。
煤矿地质基本知识
煤矿测量专业教案生产技术部许存二○一一年二十日煤矿地质基本知识煤层埋藏特征⒈煤层顶、底板煤层顶板和底板是指煤系中位于煤层上、下一定距离的岩层。
煤层的顶板。
通常把煤层上部一定范围内的岩层称为顶板。
按其与煤层的相对位置不同以及垮落的难易程度不同，煤层顶板可分为伪顶、直接顶和老顶，如图2-1所示。
⑴伪顶。
伪顶是紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层，厚度一般小于0.5m，常由炭质页岩等岩层所组成，采煤时，随着落煤而同时冒落。
⑵直接顶。
直接顶一般是位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上，由一层或几层泥岩、页岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层所组成，常在回柱或移架后而垮落。
⑶老顶。
老顶一般是位于直接之上或直接位于煤层之上（煤层没有直接顶时）的厚而坚硬的难以垮落的岩层，常由砂岩、砂砾岩、石灰岩等组成。
老顶不随直接顶垮落，能在采空区维持很大的悬露面积。
⒉) 煤层的底板。
位于煤层下部一定距离的岩层称为底板。
底板岩层一般是由砂岩、粉砂岩、泥岩、砂质页岩、粘土岩或石灰岩等组成。
由于岩性和厚度等不同，在采煤过程中破裂、鼓起的情况也不一样，为此，把煤层底板岩石分为直接底和老底。
⑴直接底。
直接底是位于煤层下部与煤层直接接触的强度较低的岩层，通常由泥岩、页岩、粘土岩等岩层所组成，当直接底为松软岩石时，易发生底鼓和支柱陷入底板的情况。
在急倾斜煤层中，直接底还可能出现沿倾斜滑动的现象，造成巷道支护困难。
⑵老底。
老底位于直接底的下部，一般多为砂岩或粉砂岩，有的煤可能有石灰岩作煤层的老底。
⒉煤层形态与结构煤层的赋存状况由于受成煤时期的条件和地壳运动的影响，在不同地层的形状、结构差别是很大的。
⑴煤层的形态。
煤层的形态同其他沉积岩一样，在地下通常是呈层状埋藏的，但也有类似层状和非层状的煤层。
因此，煤层的形状可分为层状、似层状和非层状3类。
层状煤层其层位有显著的连续性，厚度变化莫测有一定的规律；似层状煤层，形状像藕节、串珠或瓜藤等，层位有一定的连续性，厚度变化较大；非层状煤层，形状像鸡窝或扁豆等，层位连续性不明显，常有大范围尖灭。
煤层的顶底板
煤层的顶底板
在正常的沉积层序中，位于煤层之上的一定距离内的岩层称为煤层的顶板；位于煤层之下一定距离内的岩层称为煤层的底板。
煤层顶板的力学性质在一定程度上也会给矿井生产造成影响。
1、顶板
根据顶板在煤层开采中垮落的难易程度及其与煤层的相对位置，将顶板分为伪顶、直接顶、老顶三种类型。
①伪顶：直接位于煤层之上的较薄岩层，极易破碎垮落，随采随落。
一般多为炭质泥岩、页岩等，厚度几厘米到
几十厘米。
②直接顶：位于伪顶之上或直接位于煤层之上的一层或几层岩层，一般由砂质页岩、泥岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层组成。
通常在采动后随支护回收自行垮落，有时需要人工放顶。
③老顶：位于直接顶之上或直接位于煤层之上的厚而坚硬的岩层，一般由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩层组成。
在采空区可悬挂较长时间不垮落，只发生缓慢的下沉弯曲变形。
2、底板
根据底板性质及与煤层的位置关系分为直接底和老底两种类型。
①直接底：直接位于煤层之下，强度较低的岩层。
一般由泥岩、炭质页岩、粘土岩等组成，厚度多为数十厘米，有的遇水易膨胀，会发生底鼓现象。
②老底：位于直接底之下或直接位于煤层之下，一般由比较坚硬的砂岩、石灰岩等组成，对支护的支撑力较强。
煤层顶、底板的发育程度，受当时的沉积作用和后期构造变动的影响，不同地区的煤层顶、底板性质和发育程度不同，同一地区的同一煤层顶、底板性质和发育情况也存在变化。
在矿井生产中，应及时根据顶、底板性质变化采取措
施，防止发生事故，影响矿井生产。
《煤层顶底板》PPT课件
第七节 地应力
一、概念
• 地应力是指地壳岩体中，在未受人为扰动的天然状态下 所具有的内应力，亦称现代应力或原始地应力，岩石力 学中称原岩应力。按成因可划分为自重应力、构造应力 和侧限应力。
• 在矿体没有开采之前，岩体处于平衡状态。当矿体开采 后，形成了地下空间，破坏了岩体的原始应力，引起岩 体应力重新分布，并一直延续到岩体内形成新的平衡为 止。在应力重新分布过程中，使围岩产生变形、移动、 破坏，从而对工作面、巷道及围岩产生压力。通常把由 开采过程而引起的岩石移运动对支架围岩所产生的作用 力，称为矿山压力。
第七节 地应力
• 初次压力：当压力达到某一极值时，作用于支架上的压力 • 周期性地压：周期性来压时作用于支架上的压力称为周期性地压。 • 动压：在周期性来压和初次来压时都表现为工作面顶板的激烈下沉，因而把初次地压
和周期性地压统称为动压 • 静压：平衡时的压力。
第七节 地应力
• 二、影响矿山压力的主要因素
• 四、地压的处理
•
各种压力的处理情况，选择将巷道开掘在什么岩层
中，以及巷道的形状、支护方式和材料等，并根据顶压情
况选择采煤方法和顶板管理方式等。
矿山压力显现
• 矿山压力显现 是矿山压力作用的结果和外部表现 ，是在矿山压力作用下所引起的一系列力学现象 ，如：
• （1）顶板下沉和垮落、 • （2）底板鼓起、片帮、 • （3）支架变形和损坏、 • （4）充填物下沉压缩、 • （5）煤岩层和地表移动、 • （5）露天矿边坡滑移、 • （6）冲击地压、 • （7）煤与瓦斯突出等现象。
第六章书面作业
• 指出你所在矿区影响生产的主要地质因素，并以实例简单论述其危害及其治理措施。 • 要求： • 1、作业纸上作答，不要用作业本。 • 2、无实际现场工作经验的同学，可查找一些资料，论述某一矿区或矿井。
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一、煤层顶底板对生产的影响 1、影响工作面的连续推进
工作面遇断层时，坚硬的顶底板不利于挑顶挖底 的方式通过断层，工作面不得不重开切眼。 2、顶底板的破坏可能导致突水 华北地区下组煤的安全开采是一个重大课题。 3、影响支护 不同类型的顶板影响到支护的密度、支护形式。 底板松软将失去对顶板的支撑作用(支柱插入底板， 即插针）。 4、影响地表沉陷程度
第七节 地温
三、降温措施 ▪ 我国的矿山安全条例规定：井下工人作业地点的空气温度，
不得超过28℃，超过时应采取降温和其他保护措施。同 时煤矿安全规程规定：采掘工作面的空气温度不超过 26℃，机电硐室的空气温度不得超过30℃，空气温度超 过时，要采取降温措施。 ▪ 改善矿内气候条件的措施很多，归纳起来有两个方面： ▪ 一为非人工制冷措施，即矿井通风；一般来说，在地温 31℃以上、37℃以下时，可能产生热害，但这种热害一 般通风方法（即：非人工风流的措施）就可以解决。 ▪ 二为人工制冷来冷却风流的措施，也称为矿井空气调节； 在地温达到37℃以上的地区，一般来说，单靠加强通风 降低温度难以达到目的，应考板事故
➢ 回采工作面常见顶板事故是冒顶事故。 ➢ 采动对底板破坏作用 （1）应力状态的改变。当工作面从开切眼开始回采之后， 采面围岩应力将发生变化。随着工作面的推进，煤层底板前 方处于支承压力作用而压缩。工作面推过后，应力释放，底 板处于膨胀状态。随着顶板的冒落，采空区冒落矸石的压实， 工作面后方一定距离的底板以恢复到原岩应力状态。由于工 作面是在不断推进的过程中，所以，底板处于压缩——膨 胀——再压缩的状态。而在压缩与膨胀变形的过渡区，底板 最易发生破坏。 （2）结构面的再扩展。 （3）采动裂隙带的形成。
第七节 地应力
▪ 初次压力：当压力达到某一极值时，作用 于支架上的压力
▪ 周期性地压：周期性来压时作用于支架上 的压力称为周期性地压。
▪ 动压：在周期性来压和初次来压时都表现 为工作面顶板的激烈下沉，因而把初次地 压和周期性地压统称为动压
▪ 静压：平衡时的压力。
第七节 地应力
▪ 二、影响矿山压力的主要因素
▪ （1）煤、岩层的物理力学性质 ▪ 弹性模量大的岩体有利于矿山压力的积累 ▪ （2）地质构造 ▪ 断层、褶皱等构造盈利集中的地段，就是矿山压力显现的
地段。 ▪ （3）水文地质条件 ▪ 水的参与降低了岩石力学性质，降低研究强度，导致围岩
的变形和破坏。 ▪ （4）瓦斯 ▪ 瓦斯突出是冲击地压的一种表现形式。
▪ 3．大面积来压的表现特征：
▪ 大面积来压的过程是，顶板弯曲下沉，压迫煤柱或支架，产生炸帮和折裂现象，造成 脱岩、破裂，最后导致顶板的大面积冒落。
▪ 大面积的冒落的征兆是： ▪ （1）顶板急剧下沉； ▪ （2）顶板断裂； ▪ （3）底板隆起； ▪ （4）产生超前压力； ▪ （6）工作面的压力增大。
（略）参考书P205-206）
第六章 影响煤矿生产的主要地质因素
▪ 主要内容： ▪ 1、煤层厚度变化 ▪ 2、地质构造 ▪ 3、岩浆侵入煤层 ▪ 4、岩溶陷落柱 ▪ 5、矿井瓦斯 ▪ 6、煤层顶底板 ▪ 7、地温 ▪ 8、地应力
第七节 地温
一、引起煤矿地温异常的因素 1、大地构造位置：地壳稳定类型 2、岩石的导热性： 3、岩矿浆区岩基、底石起灰伏岩（导一热定性深强度，范传围热内快）—地温低异常。 4、基泥深底岩大隆、断起页裂区岩古、老煤岩导系热研性性差致，密传导热热慢率—高地，温热高流异在常隆。起区域汇集 形5、成煤地高系下通异盖水达常层活上。厚动地，幔地，表深水大补断给裂条是件深差部，炽这热样物地质区上地升温通较道高。。 6、局部热源影响 （7、1）人岩为浆因侵素入：体通余风热、：排水 （2）放射性元素的富集：
（3）硫化矿床的氧化热：近地表处的硫化矿床，氧化生热是个不 可忽视的局部热源。
第七节 地温
二、我国矿区的地热类型
1、基底抬高型：热流值高，地温偏高，出现热害。 2、基底沉陷型：热流值低，不会出现热害。 3、深大断裂型：热流值高，有热水涌出。 4、地下水活动强烈型：地温低，千米内不会出现热害。 5、深循环热水型：局部热异常，局部有热水涌出。 6、硫化物氧化型：局部热异常。
第七节 地应力
一、概念
▪ 地应力是指地壳岩体中，在未受人为扰动的天然状态下所 具有的内应力，亦称现代应力或原始地应力，岩石力学中 称原岩应力。按成因可划分为自重应力、构造应力和侧限 应力。
▪ 在矿体没有开采之前，岩体处于平衡状态。当矿体开采后， 形成了地下空间，破坏了岩体的原始应力，引起岩体应力 重新分布，并一直延续到岩体内形成新的平衡为止。在应 力重新分布过程中，使围岩产生变形、移动、破坏，从而 对工作面、巷道及围岩产生压力。通常把由开采过程而引 起的岩石移运动对支架围岩所产生的作用力，称为矿山压 力。
地压表现特征
（一）顶压 1．煤层顶板的岩石
▪ 2．不同岩性顶压的表现特征：煤层顶板为易冒落的松软岩时，一般不会发生 大面积来压和切顶事故。
▪ 中等冒落性顶板：随着悬露面积增大，老顶压力增大，到一定限度后老顶冒落。 ▪ 难冒落和极难冒落的坚硬顶板：随着开采面积的增大，顶压不断增加，增大到一定
程度可形成大面积来压。
第六节 煤层顶底板
四、煤层顶底板条件分类
1997年2月1日实施的“缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类”方案。 1、直接顶分类
依据直接顶初次垮落平均距、参考顶板岩性和节理发育情况、分层厚度及 岩石单向抗压强度等，将直接顶划分为四类。
第六节 煤层顶底板
2、基本顶（老顶）分类 3、伪顶分类 4、煤层底板分类
第六节 煤层顶底板
二、煤层顶底板条件的研究方法
1、收集有关资料 2、研究井田地质构造展布规律对顶板条件的影响 3、进行采样测试物理力学性质，了解岩石坚固性、可 塑性、吸水率。 4、观测顶底板矿压数据。 5、编制顶底板条件类型图和顶底板地质险情分析图
底板主要研究采动破坏深度、机理、规律等研究。经 常采用的方法：注水法、超声波、地质雷达、应力应变 观测法。国内在底板破坏研究方面占有领先水平。