顶板管理

•顶板管理

•第一节概述

•顶板灾害是煤矿五大灾害之一。顶板事故占全国煤矿事故总起数的比例和总死亡人数的比例最高，井下人员要特别注意避免工作场所顶板事故所造成的伤害。

•一、顶板事故的类型及其特点

•按一次冒落的顶板范围和伤亡人员多少，常见的顶板事故可分为局部冒顶事故和大面积切顶事故两大类。

•第一节概述

1. 局部冒顶事故

•采煤工作面局部冒顶易发生地点是放顶线、煤壁线、工作面上下出口和有地质构造变化的区域。

•掘进工作面局部冒顶事故，易发生在掘进工作面空顶作业地点、木棚子支护的巷道、倾斜巷道、岩石巷道、煤巷开口处、地质构造变化地带和掘进巷道工作面过旧巷等处。

•局部冒顶事故主要是由于已破坏的顶板失去依托而造成的，其触发原因，一部分是采煤工作(包括破煤、装煤等)过程中未能及时支护已露出的破碎顶板；另一部分是回柱操作过程中发生局部冒顶事故。

•第一节概述

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• 2. 大面积切顶事故

•大面积切顶事故(简称垮面)的特点是冒顶面积大、来势凶猛、后果严重，不仅严重影响生产，往往还会导致重大人身伤亡事故。事故原因是直接顶和基本顶大面积运动造成的。

•由直接顶运动所造成的垮面事故，按其作用力性质和顶板运动时的始动方向又可分为以下两类：

•（1）推垮型事故。

•（2）压垮型事故。

•由基本顶运动所造成的垮面事故，按其作用力性质和顶板运动始动方向不同也可分为以下两类：

•（1）冲击推垮型(即砸垮型)事故。

•（2）压垮型事故。

•第一节概述

•二、顶板冒落的预防与应急处置

• 1.顶板冒落的预兆

•顶板事故隐患的表现为顶板冒落预兆：响声、掉碴、片帮、裂缝、脱层、漏顶等。•第一节概述

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•第二节矿山压力基础知识

•一、矿山压力的概念

地下采煤的基本任务就是将地下煤炭开采出来，并通过运输、提升等工作，将煤炭运到地面。在采掘活动中必然要开挖一系列的井筒、巷道、硐室及采掘工作面等，这些地下空间的开凿破坏了原始岩体内的应力平衡状态，引起岩体内部应力重新分布，直至重新形成新的平衡状态为止，矿山压力正是由于地下采掘活动的影响而引起的岩层作用在井巷、硐室和采掘工作面周围煤岩体中以及支护物上的各种力的总称，简称矿压，也称地压。

•一、矿山压力的概念

在矿压的作用下将引起一系列力学现象，如围岩变形、冒落、支架压坏等，这种由于矿压作用，使围岩、煤体和各种人工支撑物上产生的种种力学现象称矿压显现。

•一、矿山压力的概念

矿压的存在会给生产带来有利和不利因素，如，压力可使煤壁硬度降低，使采煤机割煤容易，开天窗放顶煤就是利用矿压的作用，但多数会带来不利情况，必须采取技术措施加以控制，对巷道、采面空间进行支护，这种人为地调节、改变和利用矿压作用的各种措施称矿压控制。

•二、矿山压力分布规律

•由于采掘空间原被采物承受的载荷转移到周围支撑体上而形成的压力称为支承压力。

•支承压力的显现用支撑压力分布范围、峰值大小及应力集中系数表示。支撑压力分布范围是指支承压力连续分布的长度；支承压力的峰值是指支承压力显现区内应力

的最大值；应力集中系数是支承压力峰值与原岩应力的比值。

•二、矿山压力分布规律

（一）采煤工作面周围支承压力分布

1、采煤工作面前后方支承压力

工作面前方是指工作面靠煤壁一方，也就是工作面推进的一方。工作面的后方是指工作面靠采空区一方。

采煤工作面前后方支承压力分布形态，可分为应力降低区（小于原岩应力的减压区）、应力增高区（大于原岩应力的增压区）和应力不变区（等于原岩应力的稳压区）。

•二、矿山压力分布规律

•对分布特点的解释是：

•（1）因为直接顶的垮落已经使它失去了完整性，采煤工作空间上方裂隙带及其上覆岩层的大部分重量，几乎都由采煤工作面前方煤壁支撑着，就像是一个悬臂

梁的支点。支承压力带的范围从工作面前的2～3米开始延伸到几十米，甚至上百米，最大的支承压力峰值一般出现在工作面煤壁前方的5～15米处。

•二、矿山压力分布规律

•（2）正式因为工作面的采煤活动打破了原来煤体中的应力平衡，引起了工作面周围应力的重新分配。

•（3）工作面的开采活动引起应力重新分配的结果就是，断裂带内形成了以煤壁及采空区垮落带为前后支撑点的拱式平衡结构，采煤工作空间处于减压区范围内。

•二、矿山压力分布规律

采煤工作面支架上受到的力远远小于其上覆岩层的重量，只有接近煤层的一部分岩层的运动，才会对工作面附近的支承压力和工作面支架产生影响。采煤工作面矿山压力的控制，就是对这部分岩层的控制。这部分岩层大约相当于采高的6～8倍。

•二、矿山压力分布规律

2、工作面两侧的支承压力分布

工作面两侧是指工作面采空区的上下侧。它的分布特点和工作面前后方的支承

压力基本相同。

•二、矿山压力分布规律

3、被开采煤层顶底板中的支承压力分布

回采工作面使煤层的顶、底板内产生应力升高区和应力降低区。离开采煤层不远的顶、底板岩层中，支承压力的集中程度较高，离被开采煤层越远，顶、底板内支承压力集中程度越底。支承压力的峰值位置和其影响范围也与开采煤层的距离不同而有所变化。

•二、矿山压力分布规律

（二）采空区上覆岩层移动情况

一般从工作面到地表把上覆岩层根据移动的特征，分为垮落带、断裂带及弯曲带。

1、垮落带；是指由采矿引起的上覆岩层破坏并向采空区垮落的岩带，也称冒落带。岩块下小上大，高度一般为采高的2～4倍，该部分岩层在老塘已经垮落，在采场由支架暂时支撑。

•二、矿山压力分布规律

•2、断裂带：是指垮落带上方的岩层产生断裂或裂缝，但仍保持层状的岩层带，曾称裂隙带。

•3、弯曲下沉带:是断裂带上方的岩层产生弯曲下沉的岩层带。

•三、影响矿山压力显现的因素

•（一）开采技术条件

•1、工作面顶板岩层

若顶板坚硬，强度高，则来压显现剧烈，反之，则来压不明显，但顶底移近量大。

•2、断层与褶区

•3、挤压带与破碎带

•4、节理和裂隙

•5、煤层倾角

•三、影响矿山压力显现的因素

近水平煤层矿压显现要比倾斜煤层和急倾斜煤层剧烈。倾角越大，顶板下沉量越小。由于倾角增加，采空区顶板冒落的矸石不一定在原地留住，很可能沿底板滑移，从而改变了上覆岩运动的规律。下部充填较好，而上部却形成冒空。

•三、影响矿山压力显现的因素

（二）生产技术因素

1、开采深度

采深越深，工作面支承压力峰值和影响范围越大，矿压显现越明显，在顶板岩石稳定或坚硬、且煤层具有冲击倾向性的条件下，容易发生煤爆（冲击地压）在有煤与瓦斯突出的矿井，随着开采深度的增加，突出的次数和强度均会增加。

•三、影响矿山压力显现的因素

2、工作面推进速度

工作面顶板下沉量与时间有关，是一个时间的过程，随着时间的增大，顶板下沉量也增大。国外测定资料证明，推进速度快，顶板下沉量小，一般来说，顶板压力也比较小，反之反是。

•三、影响矿山压力显现的因素

3、上部煤层中遗留煤柱

开采煤层群的矿区，如果层间距较小，上部煤层开采时遗留的煤柱支承着上覆岩