采煤工作面顶板控制与方法

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课程：采煤工作面顶板管理

教学目的与要求：掌握有关工作面顶板的基本概念，进一步增强人员顶板支护和管理水平，加强安全生产作业。

重点难点：

1、初次来压和周期来压；

2、采煤工作面顶板事故类型、易发生的地点及措施；

课内外作业：

1、初次来压的定义和特点。

2、什么是周期来压?

3、采煤工作面矿山压力的基本特征。

4、冒顶预兆有哪些？

授课内容：

一、顶板的基本概念

二、1、顶板及划分

三、顶板：位于煤层上面的岩层，称为顶板。

四、煤层按自然层位分为：

五、（1）伪顶：直接位于煤层之上，一般为薄层炭质页岩等软弱层组成，厚度在0.3～0.5m以下，极易冒落。

六、（2）直接顶：直接位于煤层或伪顶之上的一层或数层岩层，常有泥质页岩、页岩、砂质泥岩组成，厚度不等，并随回柱垮落。

七、（3）老顶：通常位于直接顶之上的厚而坚硬的岩层，常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等组成，回柱后可悬露大面积而不冒落。

八、按直接顶岩层的稳定性及老顶来压强度的顶板分类：

九、（1）不稳定顶板（又称破碎顶板）：指直接顶是松软易垮落的漏顶的岩层。用数字序号ⅰ表示。（2）中等稳定顶板：直接顶中有裂隙但比较完整，工作面推进一定距离后，悬露顶板板才会冒落。用数字序号ⅱ表示。（3）稳定顶板：直接顶为强度较大的岩层，分层厚，无明显节理裂隙，工作面向前推进后顶板并不冒落，回柱放顶时，需要做人工强制放顶。用数字序号ⅲ表示。（4）坚硬顶板：顶板完整，很少有裂隙，回柱放顶后，顶板能大面积悬露不垮落。这种工作面的顶板必须采取深孔爆破，高压注水等特殊的放顶方法。用数字序号ⅳ表示。

十、按老顶来压强度的强弱可将顶板分为四级：

十一、（1）不明显，用数字序号ⅰ表示；

十二、（2）明显，用数字序号ⅱ表示；

十三、（3）强烈，用数字序号ⅲ表示；

十四、（4）极强烈，用数字序号ⅳ表示。

二、、矿山压力与显现

矿山压力：在未采动的岩体内，岩石处于原始应力状态，当在岩体内进行采掘工程后，必然会引起围岩中应力的重新分布，达到新的平衡，这种压力重新分布及其对围岩的作用过程称作矿山压力。

矿山压力显现：在矿山压力作用下造成的围岩变形破坏，煤壁片帮、支

架受载变形、煤的压出、冲击地压、以及煤与沼气突出等现象，称为矿山压力显现。矿山压力的衡量指标：

（1）顶板下沉量：一般是指煤壁处裸露的顶板到采空区边缘的顶板移近量，以mm计，在缓倾斜工作面由于顶板下沉量一般情况下远比底膨量大，因而称做顶板下沉量。

（2）顶板下沉速度：是指单位时间内的顶底板移近量，一般以mm/h 计，它表示顶板活动的剧烈程度。

（3）支柱载荷：随着顶板下沉，采煤工作面支柱受载也逐渐增加，一般可以用肉眼观察到柱帽的变形和破坏，剧烈时可以观察到支柱的变形和折损。具体数值可用测力计或压力表测得，支柱所受载荷用kn/m表示。

影响回采工作面矿山压力的主要因素

（1）采高与控顶距：它的变化直接影响着顶板压力及顶板下沉量，采高、控顶距越小，顶板下沉量越小，顶板也就比较稳定。

（2）工作面推进度：加快工作面推进度，在一定情况下，能减少顶板下沉量，但推进速度增长到一定后，顶板下沉量将不会有显著改变。

（3）开采深度：开采深度在600m至800m时，深度对矿山压力没有明显影响，但随着开采学度的增加，煤壁内的支撑压力将加大，可能迫使支架的工作载荷增加。

采煤工作面矿山压力的基本特征

采煤工作面初次来压后，随着工作面的向前推进，顶底板岩层受到破坏，一般顶板岩层受到破坏严重，根据岩层破坏特征可以将岩层分为三部分：冒落带：岩块成不规则垮落，岩体破碎系数为1.3～1.5左右。

裂隙带：在冒落带之上，此处岩层虽已断裂，但仍能整齐排列。

弯曲下沉带：裂隙带之上直到地表的岩层，这部分岩层裂隙更少。

冒落带矸石对裂隙带岩层起支撑作用，从而可减缓裂隙带岩层的挠曲程度。

3、初次来压、周期来压

初次来压与初次来压步距：采煤工作面从切眼开始推进，一般情况下，伪顶随采随放顶随冒落，直接顶也会随回采放顶回柱而垮落，而老顶只是在悬露

面积大时，才发生剧烈下沉和垮落。称作初次来压步距。

初次来压的特点：

由于老顶的剧烈活动，迫使工作面顶板下沉量和下沉速度急剧增加。

（2）老顶的活动和顶板下沉的急剧增加，使支架受力猛增，顶板破碎并出现平行煤壁裂缝，甚至出现工作面顶板台阶下沉。

（3）因老顶悬露垮度增大，煤壁内的压力过于集中，会使煤壁片帮破坏范围扩大，加上老顶断裂时顶板急剧下沉，会进一步将煤壁压碎，而大面积片帮，严重时片帮深度可达0.6m至0.8m。

采煤工作面周期来压与周期来压步距

周期来压：老顶初次来压以后，顶板压力减少，但随着采煤工作面的推进，悬顶面积逐渐增大，到一定跨度时，又发生弯曲下沉、折断和垮落，顶板压力也显著增加，这种垮落是有规律和周期性发生，故而叫周期来压。两次来压的距离叫周期来压步距。周期来压步距一般为初次来压步距的1/4至1/2。

三、采煤工艺方面的基本概念

1、初撑力：支柱或支架在泵站额定压力作用下，对顶板的支撑力叫初撑力。

2、工作阻力：支柱或支架在顶板压力作用下，使支柱下腔的压力增高到安全阀开启压力时，支柱或支架对顶板的支撑力叫工作阻力。

3、支柱的迎山角与迎山距：支柱的轴线和煤层顶底板法线的夹角称支柱迎山角，支柱顶部由煤层顶底板法线向上偏移的距离叫迎山距。

4、放顶：采用全部垮落法时，使顶板自行垮落（或强制垮落）的过程叫放顶。

5、回柱：撤除放顶区内的支柱或支架叫回柱。

6、放顶步距：工作面沿走向一次放顶的宽度叫放顶步距。最大控顶距：放顶前工作面沿走向的最大宽度叫最大控顶距。

7、最小控顶距：放顶后工作面沿走向的最小宽度叫最小控顶距。

8、最大控顶距等于最小控顶距与放顶步距之和。

9、采煤工作面中工作空间支护和采空去处理工作的总称叫工作面顶板控制。顶板控制的方法有垮落法、充填法、缓慢下沉法和煤柱支撑法。