顶板灾害教案

顶板灾害教案

江开尧

一、矿山压力分布规律

煤矿开采必然破坏原来的应力平衡状态，并导致应力再分布，从而形成了应力增高区与应力降低区。

（一）基本概念

1.矿山压力及矿压显现

矿山压力是矿山开采时引起的岩层压力，一般解释为：由于矿山开采活动的影响，在开采巷道（工作面）围岩中所形成的力。由于矿山压力的作用，表现出的有形现象，称为矿压显现。

2.围岩

围岩是顶底板岩层的总称，它一般由以下几种岩层组成：

（1）.伪顶：紧贴煤层之上，极易垮落的较薄岩层。它由炭质页岩等软弱岩层组成，厚度小于0.5m，特征是随采煤而垮落。

（2）.直接顶：位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上的一层或几层相同或不同的岩层。具有随回柱放顶而垮落的特征。

（3）.老顶：位于直接顶之上的岩层，由砂岩、石灰岩、砂质岩等坚硬岩石所组成。其厚度大于2m，整体性较强,采空后能悬露较大面积。

（4）.直接底:直接底位于开采层下面的岩层。

3. 原岩应力场

天然存在于原岩内与任何人为原因无关的应力场称为原岩应力场。在一般情况下垂直应力是普遍存在的，构造应力则决定于该地区的地壳运动形态。

4. 矿压控制

凡是减轻、调节、改变和利用矿山应力作用等方法，均称为矿压控制。

5. 采煤工作面的初次来压和周期来压

当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂，同时发生已破裂的岩块失稳，从而导致工作面的顶板急剧下沉，此时，工作面支架呈现受力

普遍加大现象，即称为老顶的初次来压。

随着采煤工作面的推进，老顶在初次断裂以后，裂隙带岩层将始终经历“稳定——失稳——再稳定”的变化，在失稳时会导致工作面顶板来压。这种来压是随着工作面的推进呈周期性出现，故称为周期来压。

（二）掘进巷道引起的围岩垂直应力变化

（三）采场周围应力分布及支撑压力

1. 采场周围应力分布

2. 采煤工作面前后支撑压力

二、常见冒顶事故及预防

（一）掘进巷道冒顶事故与防治

1. 巷道发生冒顶事故的原因

大致包括自然地质因素、工程质量因素、采掘工程因素、未严格执行顶板安全制度等几个方面：

1）自然地质因素

（1）岩层层理影响。

（2）岩层节理裂隙及破碎带影响。

（3）地下水影响。

2）工程质量因素。

（1）支架支设质量差。支架设在浮矸上，金属可缩支架卡揽拧紧力不足，支架与围岩间没有背景等，可导致支架阻力不能及时发挥作用，使围岩松动破坏圈扩大，容易发生巷道冒顶事故。

（2）支架稳定性较差。支架间连接不好，横向稳定性差，尤其在倾斜巷道，易造成多支架倾倒得大面积冒顶事故。

（3）掘进打眼爆破参数掌握不好。炮眼角度不当，或装药量过大，放炮时易崩倒支架，且使掘进作业面增大围岩破坏圈范围，易造成冒顶及片帮事故。

（4）锚杆支护失效。锚杆参数选择不当，或锚杆得锚固力失效时，都会造成巷道冒顶事故发生。

（5）工程质量低劣。掘进工程中，没有严格按操作规程施工，

工程质量的检查制度不严，发现问题不能及时处理，也是引发冒顶事故得原因。

3）采掘影响。

4）未严格执行顶板安全制度。

2.巷道顶板事故的防治措施

1）掌握地质资料及开采条件。

2）严格顶板安全检查制度。

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）搞好支架与围岩之间的充填。

（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。

4）进行临时支护：。

（1）预喷混凝土支护。

（2）前探梁临时支架。

（3）机械化临时支架。目前大致有ZJD型掘进头临时支架、机械掘进工作面的临时支架、支架机、PQZ型前探支架等。

（二）采煤工作面顶板事故及预防

采煤工作面顶板事故按力学原因分类，有压垮型、漏冒型与推垮型。

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，使支护具有足够的支撑力和可缩量。。

（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，如果煤柱上方顶板悬露大面积采垮落，

则应在刀柱之间的采空区内用钻孔爆破法强制放顶；（2）采用长壁法采煤时，或超前工作面用钻孔爆破法、高压注水法预先松动，或在采空区用循环浅孔及步距式深孔法崩落顶板。

3、直接顶导致的压垮型冒顶及预防

由于构造、采动等原因，使采煤工作面空间上方某部分直接顶与其周围岩体产生断裂，当这部分直接顶真题向下移动时，有可能造成压垮型冒顶事故。

预防措施如下：

（1）采煤支护强度要能自始至终平衡直接顶或垮落带岩层的重量。底软时必须穿鞋，力求以支柱的初撑力平衡直接

顶或垮落带的严重，以防直接顶或垮落带离层。

（2）开采下分层时不要留煤皮，以免增加支架的载荷，如因条件限制非留煤皮不可，要相应增加支柱的初撑力或支

柱密度。

（3）在构造或采动破坏严重的区域，除相应缩小控顶距及加强放顶支柱的初撑强度外，应采用绞车远距离回柱。4、大面积漏垮型冒顶及预防

预防措施主要有：

（1）选用合适的支护，使工作面支护系统有足够的支撑力和可缩量。

（2）顶板必须背严接实。

（3）严防爆破、移输送机等工序推倒支架，防止出现局部冒顶。

5.局部漏冒型冒顶

局部漏冒型冒顶主要有：靠煤帮附近的漏冒、工作面两端的漏冒、放顶线附近的漏冒和地质破坏带附近的漏冒。

预防这一类局部漏冒的措施主要有：

（1）对每一工作面进行实地观测，根据统计规律分析影响端面顶板冒落稳定性指标，对支护质量与地板动态进行监测，使顶板在形成冒顶事故前消除其隐患。