顶板压力是什么压力有初次和周期

顶板压力是什么压力有初次和周

期

顶板压力是什么压力有初次和周期第三讲顶板

第一课顶板压力是什么压力有初次和周期

在掘进巷道之前，地下的岩层或煤层是实体的，上部岩层的重量压在下部岩层上，处于平衡状态。这时岩体不变形，也

不会移动。我们在煤层或岩层中掘进一条巷道后，巷道顶部的岩层就要往下落，这个顶部岩层的重量就压在巷道的两帮上

（叫做支撑压力），就像盖房子用的水泥预制板搭在两堵墙上一样。

如果巷道断面小，而顶板岩层又坚硬，这个预制板

”（顶板）一时还不会垮落；如果巷道断面大，顶板岩层比较松软、

层理又明显，这个预制板”就会发生离层和弯曲下

沉，有的人叫顶板有劲”了；要是不用支架或其他办法支护住，最后就要断裂、破坏、冒落下来。这种由于进行采掘活

动而在巷道及回采工作面周围岩体中，以及在支架上所引起的力，叫做矿山压力”，人们习惯叫顶板压力。

掘出的巷道如果不支护，顶板就要冒落，冒顶会不会越冒越高呢？在回答这个问题之前，我们先来看看有些农村的窑洞吧。在黄土高原土质致密的地方，人们往往在向阳坡掏成半圆顶窑洞居住，窑洞里不支护，上面的黄土层多少年也不会塌落，井下巷道也是这样，当顶板冒成拱的形状，就自然平衡不再往高处冒了，形成了自然的平衡拱。这时顶板的压力通过圆拱传递到巷道的两帮上，就好像一座石拱桥，桥上的物体重量是由两边桥基来承担一样。这个拱可以保持比较长时间的稳定，因此巷道支架所承受的压力，主要是拱内破碎岩石的重量。这种情况在煤炭科学理论上叫做自然平衡拱假说。

回采工作面采空区压力大，顶板压力比掘进巷道复杂。现在我们用

缓倾斜单一煤层走向长壁全部垮落法采煤的工作面作

个例子来说明。

回采工作面由开切眼向前推进采煤。煤壁前方的支承压力区也跟着

向前移动。随着工作面推进，靠采空区的支柱要顺序一排排回掉，直接顶就会自己垮落。如果直接顶比较厚，冒落的岩石可以填满采空区，老顶和老顶上面的岩层出现一定的弯曲便沉落在压实的碎矸上，形成了工作面后方的支承压力区。按照前面说的拱形理论，因为压力向前工作面前后传递，所以工作面及靠近的一部分采空区就成了减压区，顶板的压力显得比较缓和、均匀。如果直接顶的厚度比较小，冒落的岩石就不能填满采空区，直接顶上面的老顶就悬露在采空区上/随着工作面向前推进，老顶悬露面积不断扩大，到一定距离就断裂下沉而垮落，这时使工作面顶板压力突然增大，形成了老顶来压。

一个新工作面从开切眼向前推进，老顶第一次大面积垮落叫初次垮落，

初次垮落造成的工作面压力突然增大，就是初次来压。工作面继续向前推进，经过一定时间，达到一定距离时，老顶来压又重复出现，就是工作面顶板的周期来压。周期来压时，工作面的顶板压力和顶板下沉量比平时要大30%到40% ，如果不掌握周期来压的规律，预先采取有效措施，

加强工作面支护，就会发生大冒顶。

第三讲顶板第二课顶板管理有方法木头顶子离不开

根据顶板的性质和煤层的厚度条件，处理采空区的办法（也就是顶

板的管理方法）基本上有以下四种：

垮落法也叫陷落法，就是随着工作面的向前推进，把工作面靠近采空区的支架撤出，让直接顶自行垮咯或者强制垮落，也就是我们常说的回柱放顶。垮落下来的岩块充填了采空区，减小了工作面顶板压力。工作面沿推进方向一次放顶的宽度叫放顶距；放顶前工作面沿推进的最大宽度叫最大控顶距；放顶后沿推进方向的宽度叫最小控顶距。我国大多数煤矿的回采工作面采用了垮落法。

充填法由地面或井下把充填材料运送到工作面，充填采空区支撑顶板，不让它垮落。把采空区全米那填满的叫全部充填法，多用于2开采后2煤层或三下”采煤，局部充填采空区叫局部充填法，一般是垒砌矸石带，支撑采空区顶板，适用于开采顶板坚硬的薄煤层。

煤柱支撑法工作面推进一定距离后，在采空区内留下适当宽度的煤柱来支撑顶板。这种方法适用于顶板岩石特别坚硬、人工强制放顶也很难垮落的顶板条件。不过这种方法很少用，因为一方面煤炭回收率低，另一

方面卡才近距离煤层群时，当下部煤层的工作面通过上部煤层留下煤柱时会产生集中压力，给工作面顶板管理造成极大困难。

缓慢下沉法有一种顶板岩层韧性较大，回柱后顶板岩层不垮落，而能弯曲下沉，直到于底板自然合拢。这种方法适用于

薄煤层工作面

巷道里的支架不但受底板的作用，还受两帮岩石的作用。因此掘进巷道时就要根据不同情况合理选用合理的支架。木支架的形式多：有双腿棚子，如常用的梯形、矩形棚子；，完全棚子，多用于容易底鼓的巷道；加强棚子，当顶底板或两帮

压力增大和变化时采用；异性棚子，根据不同的顶板或地质条件而采用的不规则的结构形式。随着钢筋混凝土和金属支架的出现及支护技术的发展，现在掘进巷道很少使用木支架了。

采煤工作面木支架的形式有；顶板坚硬、完整时用点柱，为了增加

托板面积有时戴上柱帽；顶板压力大、或有平行工作面的裂缝时用横板棚子；顶板压力较小，或有垂直于工作面的裂缝时用横板棚子；在压力特别大的地方，一般用木垛或丛柱；在放顶线为了切顶和挡住垮落的矸石时，用密集支柱。

木支架有其优点，顶压大时它会折断和发出劈裂声，可以给工人一个警戒的信号。但它也有不少缺点，主要是靠煤壁刚架

设时的初撑力较小，有的人说它在等劲，这时，支柱阻止顶板下沉的作用不大，容易使顶板早期脱层、破坏；另外它是一

种刚性支柱，可缩量仅为0.5%到1.0% ，顶板下沉后往往因为它的可缩

性不够而压劈压断，失去了支撑顶板的作用，容易造成冒顶。

据统计，使用木支架比可缩性金属支架事故高10倍多，木材支护因有就地取材、便于运输和加工的特点，目前还

在广泛使用。在采煤工作面处理冒顶，维修上下顺槽，以及顶板来压时打木垛、做信号柱子等特殊情况仍在使用。

第三讲顶板

第三课掌握单体金属柱用好单体液压柱

单体金属支架包括摩擦式支柱和铰接顶梁。金属支柱有两种型号：

急增阻式支柱的可缩量小（50到120 毫米），最小工

作阻力为250到350千牛，适用于顶板平稳、下沉量较小的薄煤层工作面；微增阻式支柱的最大工作阻力为350千牛，可缩量较大（400毫米）。可用在顶板下沉量较大的工作面，铰接顶梁对起伏不平的顶板和金属网假顶的适应性较差。

回采工作面的金属支架，大豆不是垂直顶底板架设的。在缓倾斜和

倾斜煤层中的支架，不但要承受顶板岩层的垂直压力

，还要承受岩层沿倾斜方向产生的下滑力，所以支架要有迎山角才能吃劲。在缓斜工作面，一般打成3到5度的迎山角。为了提高摩擦支柱的初撑力，达到有效支护的目的，架设支柱时，一定要用液压升柱器。

金属支架主要有三种支护形式：戴帽点柱对支护不平整顶板的适应

性强，适用于坚硬顶板，但不能在比较破碎的顶板下

使用。摩擦支柱与铰接顶梁配合使用，形成一梁二柱或一梁三柱的支架，适用于顶板比较破碎或有局部小地质构造的工作