顶板灾害防治

2、分类

（1） 根据原岩（煤）体的应力状态分为 重力应力型、构造应力型、综合型。
三、冲击地压的机理及预防措施
概述 1、定义：指在矿井开采过程中，井巷或采场 周围岩体在其力学平衡状态破坏时，由于弹性 变形能突然释放而产生的急剧、猛烈的动力现 象。 2、发生情况 （2）根据冲击的显现强度分为：弹射、矿震、 弱冲击、强冲击。 （ 3 ）根据震级强度分为：轻微冲击、中等冲 击、强烈冲击。 （4）根据地点分为：煤体冲击、围岩冲击
预防大冒顶的措施
分为：工作面要有相当的支护密度，掌握 工作面来压规律，加快工作面推进速度， 支架规格质量合乎标准要求。
7、局部冒顶的预兆及预防措施

预兆： 工作面遇到小地质构造，裂隙增多，裂 缝内卡有活矸，劈理张开，淋水分离劈 理。
预防措施


1、支护方式与顶板岩石性质相适应 2、采煤机采后要及时支护 3、移机时要有安全措施 4 、工作面上下出口要有特种支架（抬棚、端 口支架） 5、防止放炮崩倒棚子 6、认真做好回柱放顶工作 7、坚持正规循序作业 8、坚持执行必要的制度
矿山压力及显现

（1） 矿压——是因采掘影响引起的岩层作用
在井巷，硐室和工作面围岩以及支护物上各种 力的总称。 （2）矿压显现——围岩与支架的变形破坏现 象 （3）矿压显现影响因素：


（3）矿压显现影响因素：


（一）地质因素：断层与褶曲、挤压带 与破碎带、节理与裂隙、煤层倾角 （二）生产技术因素：开采深度、上部 煤层残留煤柱、采高与控顶距。
顶板灾害防治
第一章
§
基础知识
1－1 煤系地层和矿井地质构造 一、煤系地层与煤层赋存状态 1、煤系 2、煤层 3、煤层厚度的变化 4、煤层顶、底板
2、煤层

（1）形态
层状煤层
形态
似层状煤层：如藕节状、串珠状 非层状煤层：如鸡窝状、扁豆状
薄煤层——厚度小于1、3m 厚度
中厚煤层——厚度为1、3至3、5m


老顶的初次垮落步距：由开切眼到老顶 初次垮落时工作面推进的距离（L初）。 L初一般为20～35M。 老顶的周期性垮落步距：周期来压时工 作面推进的距离L周。 L周=（1／2～1/4） L初
5、矿压控制

（1）定义：凡是减轻、调节、改变和利用矿压作用
的方法，均称为矿压控制。 （2）方法包括：支护、对岩体加固、卸压、 采空区冒落，还可以合理利用以方便落煤，再 生顶板等。 （3）矿压显现的指标分为：顶板下沉量、顶板 下沉的速度、支柱变形与折损、顶板破碎情况、 大面积冒顶等。
2、掘进工作面冒顶事故的处 理

பைடு நூலகம்
木垛法包括“井”字木垛或“井”字木 垛与小棚结合法 搭凉棚法 撞楔法 打绕道法。
第五章 冲击地压防治
（一）冲击地压现象及机理

1、特征：一是突发性，二是多样性，三 是破坏性，四是复杂性。
2、发生情况



（1）1783年英国首先报道。在我国最早 于1933年发生在 抚顺胜利煤矿。 （2）基本条件：一是冲击地压是“矿 体——煤岩”系统平衡状态失稳破坏的结 果。二是发生在应力集中区。 2、分类：
2、开采保护层。


是防治冲击地压的有效和带有根本性的 区域性措施。 煤层群开采时，首先开采的煤层叫保护 层，其后开采的煤层叫被保护层。
3、煤层预注水

目的：通过压力水的物理化学作用改变 煤的物理力学性质，降低煤层冲击倾向性。
参数：注水孔直径为50～60mm，长度20～50m， 孔间距10～20m，注水时间10～20天。

预防措施如下：实地观测、支架处于良 好、爆破合理、工作面与主裂隙垂直并 有较快的推进速度
6、复合顶板推垮型冒顶及预防

预防措施如下： （1）提高单体支柱的初撑力 （2）选用稳定性好的支架 （3）消除形成复合顶板推垮的条件
7、金属网下推垮型冒顶及预防

预防措施如下： （1）控制柱距，避免形成网兜 （2）用“整体支架” （3）分层开采时用内错式布置开切眼 （4）采用伪俯斜工作面
3、直接顶导致的压垮型冒顶与预防

预防措施如下： （1）保证支柱有足够的初撑力 （2）开采下分层时不要留煤皮 （3）在破坏严重的区域，应缩小控顶距
4、大面积漏垮型冒顶事故及预防

预防措施如下： （1）选用合适的支护 （2）顶板必须背严背实 （3）严防推倒支架
5、局部漏冒型冒顶事故及预防




3、形成机理
（1）强度理论：矿山压力大于煤体—围岩力 学系统的综合强度 （2）能量理论：平衡状态破坏后所释放的能 量大于消耗能量 。 （3）冲击倾向理论：煤层的冲击倾向度 大于实验所确定的极限值 。 （4）失稳理论：

4、冲击地压的影响因素



（1）地质因素 临界深度一般大于200m，越深、危险性 越大。 地质构造、煤层倾角及厚度突然变化等 也会影响冲击地压的发生。 煤层结构及性能也是冲击地压的影响因 素。

4、厚层坚硬顶板预处理

（1）顶板注水软化 （2）爆破断顶
（三）冲击地压的解危措施

1、爆破卸压 2、钻孔卸压 3、诱发爆破——深孔爆破法。
1、爆破卸压


该法适用于顶板比较完整的条件下或作 为煤层预注水的辅助措施。 主要使煤层产生大量裂隙，破坏了冲击 地压发生的条件。
（1）支架支设质量差 （2）支架稳定性较差 （3）爆破参数掌握不好 （4）锚杆支护实效 （5）工程质量低劣
2、巷道冒顶事故的防治措施

1）掌握地质资料与开采条件 2）严格执行顶板安全检查制度 3）加强支护质量管理 4）进行临时支护
3）加强支护质量管理


（1）检查支架规格尺寸 （2）提高支设质量和保证支护阻力 （3）搞好支架与围岩间的充填 （4）提高支架的稳定性 （5）及时支护 （6）加强锚杆支护的质量检查
厚煤层——厚度大于3、5m
3、煤层厚度的变化


（1）原生变化：包括地壳不均衡沉降、 泥炭沼泽基底不平、河流和海水的同生 冲蚀。 （2）后生变化：包括河流的后生冲蚀、 地质构造的影响、岩浆侵入吞食煤层。
4、围岩（顶、底板）


1）顶板分为： 伪顶、 直接顶 、 老顶 2）底板分为：直接底、 老底 3）顶板按岩性组成分为：易冒落的松软顶 板、 中等冒落性顶板、 难冒落的坚硬顶 板 、 极难冒落坚硬顶板 、 塑性弯曲下沉 顶板。
§2－3采区巷道矿山压力显现 规律

巷道围岩应力集中的变化主要由于在岩 体内开掘巷道引起，不仅对开采煤层危 害很大，也严重影响邻近煤层巷道。
第三章顶板灾害及防治



冒顶事故:由于顶板塌落引起人员伤 亡、设备损坏的事故。 危害：威胁井下人员生命安全，压跨工作面、 造成停产，影响正规循环作业等。 分类：1、按冒顶范围分为局部冒顶和大冒顶， 2、按冒顶的力学原因分为压垮型、漏垮 型、推垮型 冒顶三类。
4）进行临时支护

（1）预喷混凝土支护 （2）前探梁支护 （3）机械化临时支架
（二）采煤工作面冒顶事故及预防

1、老顶来压时压垮型冒顶及预防 预防措施如下： （1）合理设计采场支护。 （2）要进行顶板断层情况的预测预报
2、厚层难垮顶板大面积冒顶及预防


预防措施如下： （1 ）采用煤柱支撑法时，在煤柱之间 强制放顶。 （2）采用长壁法采煤时，预先松动顶板， 或崩落顶板。
§2－1采空区上方岩层移动

根据破断的程度分为冒落带、裂隙带、 弯曲下沉带。
§2－2采煤工作面矿山压力规 律

一、工作面前后支承压力 1、采场周围应力分布 开采初期老顶处于完整状态与四周 形成一 完整的结构体系，此时工作面处 于这结构体系的保护之中
2、采煤工作面前后支承压力

与采空区处理方法有关： （1）采用刀柱法，前后压力相等 （2）采用垮落法或充填法处理，分为： 应力升高区a，不变c，降低区b
范围 比例％
4、事故发生的煤层条件



薄煤层极少发生，80％的冒顶事故发 生在中厚及厚煤层条件下，分层开采事 故比较大 。 有52％的冒顶事故发生在倾角大于 200的煤层条件下。 大型推垮性事故中有许多发生在复合 顶板下 。
复合顶板

上硬下软的岩层分为二类：一类是低强 度的直接顶与高强度的老顶组成的复合 顶板，二类是软硬相间岩层组成的直接 顶的复合顶板。
二、矿井地质构造

1、单斜构造 2、褶皱构造 3、断裂构造
§1—2 原岩应力场



（1）原始（初始）应力—-天然状态的 内应力 。基本因素是岩体自重。 （2）次生应力—-因开挖或增加构筑物 等人类活动引起的应力 。 （3）地质构造应力——由构造运动引起 的地应力 。
第二章 矿山压力基本理论与 基本规律
2、开采技术因素
（1）壁式优于柱式 （2）旱采优于水采 （3）直线工作面优于曲线工作面 （4）冒落法优于充填法
3、诱导因素

大量实践证明，冲击地压往往伴随着井 下生产过程的某些工序。如爆破、采煤、 放顶等。
（二）冲击地压的防治措施




基本原理：一是降低应力的集中程度； 二是改变煤岩体的物理力学。 基本方法： 1、采用合理的开拓布置和开采方式 。 2、开采保护层。 3、煤层预注水。 4、厚层坚硬顶板预处理。
3、采煤工作面前后支承压力特 点


（1）工作面支承压力前方远远大于后方。 （2）工作面前后支承压力带随着时间向 前推移。 （3）拱式平衡结构，采煤空间处于减压 带范围 。
4、初次来压与周期来压


（1）初次来压：老顶初次断裂，对采煤 工作面产生的压力显现。 （2）周期来压：随着采煤工作面推进， 老顶呈悬臂梁的形态，到一定长度又发 生折断和冒落，对工作面支架产生压力。 这种压力有周期性和一定规律。
（一）掘进巷道冒顶事故与防治

1、巷道发生冒顶事故的原因 包括 自然地质因素、工程质量因素、采 掘工程影响、未严格执行顶板安全制度。
1）自然地质因素

（1）岩层层理影响 （2）镶嵌型围岩结构影响 （3）岩层节理裂隙及破碎带影响 （4）地下水影响
2）工程质量因素

8、其他类型推垮型冒顶及预防

包括大块孤立顶板旋转推垮型冒顶、冲击推垮 型冒顶以及冒矸冲入采场推垮型冒顶。
（三）冒顶事故的处理

主要任务：抢救遇难人员及恢复通风。
1、采煤工作面冒顶事故的处理


（1） 局部冒顶：一般采用掏梁窝使用单 腿棚或悬挂家属顶梁处理。 （2） 大冒顶：整巷法处理冒顶 开补巷绕过冒顶区
采场范围内冒顶事故的分析

1、事故发生的时间、地点 时间：工作面推进分两个阶段；初次来压阶
段、周期来压阶段。其中有71％发生在老顶来 压前

地点：发数发生在工作面推进到距开切 眼不到10m的范围内。
2、事故的类型及作用力来源

直接顶来压所造成的事故占61％，而老 顶来压所造成的事故占39％
事故类型统计表
作用力来源 直接顶来 老顶来压 顶板来压 压 类型 项目 次数 比例 次数 比例 次数 比例 ％ ％ ％ 推垮型 15 79 7 58 22 71
压垮型
4
21
5
42
9
29
3、事故的范围


全工作面塌垮的情况较少，与生产工艺 及支护状况有关， 范围统计
＜10 15.6 10～20m 20～30m 50 18.8 ＞30m 15.6
5、事故发生的工艺技术条件


采用摩擦支柱事故较多，占66.7％木棚支 护的占33.3％。 采煤、放顶操作引起的顶板事故各占一 半。
6、大冒顶的预兆及预防措施




大冒顶的预兆 （1）顶板预兆：顶板连续发生断裂声， 掉渣增多，裂缝增大、增加。 （2）煤帮：媒质变软，片帮增多，钻眼 省力，负荷减少。 （3）支架的预兆：木支架大量折断，活 柱快速下沉，支柱插入底板。 （4）工作面瓦斯会增多，淋水加大。
1、采用合理的开拓布置和开采方式 。


（1）开采煤层群时，首先开采保护层。 （2）划分井田或采区是应保证合理的开 采顺序。 （3）工作面应朝一个方向推进。 （4）在地质构造等特殊部位，应采取避 免或减缓应力集中和叠加的开采顺序。



（5）选择合理的巷道布置方式。尽量将 巷道布置在底板岩石中。 （6）选择合理的开采方法。应采用不留 煤柱垮落法管理顶板的长壁采煤法。 （7）顶板管理尽量采用全部垮落法。