煤矿顶板管理与支护新技术2019.10.28

二、采场顶板活动规律
（3）铰接岩块假说 （前苏联库兹涅佐夫，1950)
讨论：
（1）正确解释了顶板分带情况。 （2）提出了老顶铰接岩块结构形 式。 （3）没有解决结构平衡条件。
假说观点：（1）采场上覆岩层分为垮落带和裂隙带，二者差别在
于，裂隙带岩块间存在有规律的水平挤压力的联系，从而相互铰合 形成一条多环节的铰链。三铰拱式的平衡。
由于它们在推进方向上不能够始终保持传递力的联系， 因此一旦运动，其重量将由支架全部承担。
直接顶指采空区已经冒落岩层的总合。
二、采场顶板活动规律
1、基本概念
伪顶：在煤层与直接顶之间有时存在厚度小于0.3～0.5 m、 极 易 垮 落 （ 随 采 随 冒 ） 的 软 弱 岩 层 ， 称 为 伪 顶 。 （ false roof) 基本顶：位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)对采 场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为基本顶/老 顶。 （main roof)
基本顶破断以后，破裂岩块始终能保持向煤壁前方和 采空区矸石上传递力的联系，它的运动对回采工作面矿山 压力显现有明显影响，但是其作用力无须由支架全部承担。
二、采场顶板活动规律
2、有关采场上覆岩层活动规律的假说
“假说”就是用已有的事实材料和科学原理为依据，关于未 知事实（如现象之间的规律性联系、事物的存在或原因、未来事 件的出现等）的假设性解释。
上覆岩层结构的骨架是覆岩中的坚 硬岩层。可将上覆岩层划分为若干组，每 组以坚硬岩层为底层，其上部的软弱岩层 可视为直接作用于骨架上的载荷，同时也 是更上层坚硬岩层与下部骨架联结的垫层。
随着工作面的推进，采空区上方坚 硬岩层在裂缝带内将断裂成排列整齐的岩 块，岩块间将受水平推力作用而形成铰接 关系。岩层移动曲线的形态经实测呈开始 为下凹、而后随工作面的推进逐渐恢复水 平状态，由此决定了断裂岩块间铰接点的 位置。
一、煤矿安生产形势概述
2018年，与建立煤矿监察体制初期的1999年相比，全国煤 矿数量从3万多处降到了5700多处（山西省600座左右）， 煤矿数量大量减少，而煤炭产量不降反升，由1999年的12.2 亿吨增加到了去年的36.8亿吨，说明规模化上来了，产量增 加了3倍多。同时，煤矿安全形势发生了一些变化，煤矿事 故死亡人数大幅下降，由最多时一年死亡近8000人，降到去 年的333人，下降了95.2%。重特大事故最多的年份是2005 年，发生了58起重特大事故，而2018年重特大事故发生2起 ，下降了96.6%。从这些数字来看，这几年通过采取有效措 施，煤矿安全生产形势得到了很大改善，处于一个稳定好转 的态势。但是，应该说煤矿现在致灾因素还很多，安全形势 还是脆弱的，没有走出事故多发易发阶段，安全生产事故还 有反复性、长期性的问题，这是煤矿安全目前的情况。
关键层相似材料模拟
二、采场顶板活动规律
（7）关键层理论 （钱鸣高，1996）
关键层相似材料模拟
二、采场顶板活动规律
一、煤矿安全生产形势概述
一、煤矿安全生产形势概述
煤矿事故类型： 瓦斯事故：瓦斯、煤尘爆炸或燃烧，煤（岩）与瓦斯突出， 瓦斯窒息（中毒）等。 顶板事故：指冒顶、片帮、顶板掉矸、顶板支护垮倒、冲击 地压、露天煤矿边坡滑移垮塌等。底板事故视为顶板事故。 机电事故：指机电设备（设施）导致的事故。包括运输设备 在安装、检修、调试过程中发生的事故。 放炮事故：指放炮崩人、触响瞎炮造成的事故。 水灾事故：指地表水、老空水、地质构造水、工业用水造成 的事故及溃水、溃沙导致的事故。 火灾事故：是指煤与矸石自然发火和外因火灾造成的事故（ 煤层自燃未见明火逸出有害气体中毒算为瓦斯事故）。 运输事故：指运输设备（设施）在运行过程发生的事故。 其它事故：以上七类以外的事故。
后的支承压力及回采工作空间处于减 压范围作出了粗略的但却是经典的解 释，而对于此拱的特性、岩层变形、 移动和破坏的发展过程以及支架与围 岩的相互作用，并没有做任何分析。
二、采场顶板活动规律
（2）悬臂梁假说 （德国施托克，1916）
假说观点：工作面和采空区顶板可视为一端固定于煤壁前方岩 体内、另一端处于悬伸状态的梁，悬臂梁弯曲下沉后，受到已 垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折 断，从而引起周期来压。
（6）传递岩梁理论 （宋振琪，1978）
理论观点：
（2）老顶破断后，在破断裂隙附近一定范围支承压力明显
减小，在采场煤壁前方的回采巷道顶底变形出现反弹，可
以利用这一特点预报老顶来压和破断位置。
（3）老顶传递岩梁可以传递水平力。
（4）采场支架支护其上方全部直接顶岩石重量；对老顶根
据采场需要选择“给定变形”还是“限定变形”。支架与
二、采场顶板活动规律
1、基本概念
回采工作面/采场：直接进行采煤或采其它矿物的工作空 间称为回采工作面或简称为采场。（coal face, working face) 顶板：赋存在煤层之上的岩层称为顶板或称为上覆岩层。 （roof） 底板：位于煤层下方的岩层称为底板。（floor) 直接顶：直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层 称为直接顶。 （immediate roof)
《中国机长》2019年9月30日上映
电影中飞机起飞前 ，乘务组每天集合 后必说的那句：请 相信我们，我们有 信心、有能力，保 证大家的安全。
目录
一、煤矿安全生产形势概述 二、采场顶板活动规律 三、采场支护参数计算方法 四、采场顶板控制新技术
一、煤矿安全生产形势概述
新中国成立以来的70年间，在10多个行业领域中发生一次死 亡30人以上的特别重大事故，煤矿占了40%，其中百人以上 的事故煤矿占了30%。党中央、国务院高度重视煤矿安全生 产工作，建立了国家垂直管理的煤矿安全监察体制，全国拥 有将近3000人的专业监管队伍，制修订了一大批法律法规和 标准规范，不断加强财政投入，同时依靠科技进步强化基础 ，结合产业结构调整，持续整顿关闭一些不符合安全条件的 小煤矿。同时，狠抓瓦斯、冲击地压、水患等煤矿主要致灾 因素治理，应该说取得了比较好的成效。
形成假说是科学研究活动中的基本程序之一，也是研究工作 十分重要的手段。假说指导我们理解新的情况、启发我们做新的 实验从而发现新的现象和规律。经过实践检验和验证，证明是正 确的，就上升为理论和规律。
由于采矿面对工在程地涉下及数到百岩米层, 甚内至的上原千岩米应的力深部场矿以产及岩体性质的复 杂性，针对采开采场作的业矿时山,反压映力到现采象场提支出架了上的各压种力不远同小的解释，这种解 释（即揭示矿于上山覆压岩力层现的象重内量在，联因系此人的们推逐测渐或认科识学到的采概括）称为矿 山压力假说，场构上"它保覆们护岩丰着层采富中场和必，促定使进存其了在免矿着受某山整种压个形力上式覆理的岩论"层大的的结发展。
二、采场顶板活动规律
（5）砌体梁假说 （钱鸣高，1978）
理论观点：
砌体梁理论提出以后，很快得到煤炭系统 广泛认同，对采场支架选型设计与顶板管 理发挥了重要的理论指导作用。
（1）采场围岩分区性特征
弯曲下沉带
裂缝带 垮落带
二、采场顶板活动规律
（5）砌体梁假说 （钱鸣高，1978）
理论观点： （2）力学简化模型：
（2）为了弄清岩层移动由下往上传递的动态过程，岩层移 动过程中形成的采场矿压显现、煤岩体中水与瓦斯的流动 和地表沉陷等状态的变化，关键在于弄清关键层的变形破 断及其运动规律。
二、采场顶板活动规律
（7）关键层理论 （钱鸣高，1996）
关键层相似材料模拟
二、采场顶板活动规律
（7）关键层理论 （钱鸣高，1996）
影响。这样的结构即采动岩体的灰色结构。
二、采场顶板活动规律
2、有关采场上覆岩层活动规律的假说
面对在地下数百米, 甚至上千米的深部矿产开采作 业时,反映到采场支架上的压力远小于上覆岩层的重量， 因此人们逐渐认识到采场上覆岩层中必定存在着某种 形式的"大结构"保护着采场，使其免受整个上覆岩层 的影响。
二、采场顶板活动规律
（6）传递岩梁理论 （宋振琪，1978）
理论观点：
（1）煤层支承压力分内外 应力场。老顶破断位置一般 位于煤壁前方，破断位置到 煤壁这部分支承压力位内应 力场，其大小由下位老顶岩 梁重量决定，与采深没有直 接联系；破断位置往深部为 外应力场，其大小由开采深 度直接相关。
二、采场顶板活动规律
二、采场顶板活动规律
（1）压力拱假说
（德国哈克等，1928）
假说观点：
由于岩层自然平衡的 结果而形成一个前拱脚（ 支撑点）在工作面前方煤 体，后拱脚（支撑点）在 采空区内已垮落的矸石上 或采空区充填体上。在前 后拱脚间形成了一个减压 区，回采工作面的支架只 承受压力拱内岩石的重量 。
讨论：压力拱假说对回采工作面前
煤矿顶板管理与支护新技术
《中国机长》2019年9月30日上映
电影《中国机长》根据 2018 年 5 月 14 日 川 航 3U8633 航 班 成 功 备 降 的 真实事件改编：机组执行 航班任务时，在万米高空 突遇驾驶舱挡风玻璃爆裂 脱落、座舱释压的极端罕 见险情，乘务组在危险刚 发生之际，坚守岗位，团 结合作，以高超的技术水 平和职业素养保护机上 119 名 乘 客 的 安 全 ， 展 现 中国民航人忠于职责，守 护安全的形象。
讨论：（1）砌体梁理论关于采场顶板分区、分带特征吸收了预成裂隙假
说、铰接岩块假说的合理内容，得到了孔庄煤矿现场实测证实，已经成为煤 炭系统关于采场顶板分区、分带特征的标准表述。 （2）砌体梁理论建立了比较完善的力学模型，并提出了砌体梁平衡“准定 量”计算，对一系列采场矿山压力现象做出了合理解释。 （3）关于煤体影响、老顶岩层在煤壁上方破断位置等缺乏深入研究。
顶板作用的位态方程：
pT

A K
hA hi
式中，A—直接顶作用力；hA—控顶末排最大顶板下沉量； hi—要 控制的顶板下沉量；K—位态常数，由岩梁和控顶距决定。