安徽理工大学 顶板灾害防治与监测试题

一．名词解释。

（30分）
1、岩层与分层
岩层：由同一岩性组成的基本均一的受两个平行或近于平行界面所限制的层状岩石。

分层：分层是指同一岩性的整体岩层或同一岩性较厚岩层中的一部分或由下“硬”上“软”不同岩性组成的岩层组。

2、顶板和复合顶板
顶板：赋存在煤层上方的岩层。

复合顶板：复合顶板就是离层性顶板，是由位于煤层上方的下软上硬岩层组成，软硬岩层间夹有煤线或较薄的软岩，下部软岩层可为一个整层或为几个分层组成的分层组，厚度在0.5-3.0m间。

3、裂隙带和冒落带
裂隙带：位于冒落带上方，以产生裂隙为主要特征的那部分岩层。

冒落带：直接位于煤层上方发生冒落的那部分岩层。

4、断面距和控顶距
断面距：顶梁前端到煤壁之间的距离。

控顶距：从煤壁至密集支柱（墩柱）或采空区顶梁末端的距离。

5工作阻力和初撑力
工作阻力：支柱受顶板压力作用所反映出的力
初撑力：支柱刚架设时对顶板产生的支撑力。

二、简答题（40分）
1.什么是伪顶？其对控制顶板设计有什么影响？
答：伪顶是指在煤层与直接顶或之间有时存在厚度小于0.5m，极易跨落且随采随冒的软弱岩层。

在控制顶板设计中，伪顶冒落以后若抛弃在采空区，则控顶设计中直接顶的厚度应包括伪顶厚度，若随煤炭一起外运，控顶设计中煤层采高应包括伪顶高度。

2，简述直接顶、老顶与“三带”的关系
答：由采矿引起的上覆岩层破坏并向采空区跨落的岩层称为冒落带。

很多情况下跨落带是由直接顶跨落后形成的。

当直接顶较薄而老顶分层厚度又较小时，与直接顶毗邻的一部分老顶也可能进入跨落带。

裂隙带是指位于冒落带上方，以产生裂隙为主要特征的那部分岩层。

弯曲下沉带指位于裂缝带上方、直至地表的那部分岩层。

裂隙带主要是由老顶组成,弯曲下沉带全是由老顶组成。

3，综采初放阶段顶板控制应注意哪些问题？
答：初放阶段从直接顶初次垮落至老顶初次来压。

直接顶初次垮落时，控制顶板的关键在于沿放顶线切断直接顶。

这时所需的支架初撑力仍可按公式
'
01cos a z L hL K P γαη⋅''='及ηαγ'
-⋅='')(2cos 02'03l L K hL L P z z a 计算，只是式中的 Z L ' 应以Z L 加上初次垮落步距的一半代替（即以zdxc Z L L 2
1+代替；计算时zdxc L 应取实际数据） 老顶初次来压时，支架的工作阻力能支撑住垮落带岩层的重量。

这时需要的支架工作阻力仍可按式1()cos '
n
a z
li li lki L hL h L K P γγαη'+⋅=∑计算，只是式中垮落带最上老顶分层的 l k n L 应该用二分之一老顶初次来压步距（即12lxc L ）代替；计算时lxc L 应取实际数据。

4，简述综采工作面空顶设计 过程？
答：综采工作面的控顶设计主要是确定支架架型，支架工作阻力与初撑力以及支架高度
1， 通过调压实验或日常监测来确定防止综采工作面发生漏冒型冒顶的支架初撑力P 0’
2， 平衡直接顶岩梁重量的初撑力由'01cos a z L hL K P γαη⋅''='计算，主要为防压，平衡直接顶岩梁力矩的初撑力由ηαγ'
-⋅='')(2cos 02'03l L K hL L P z z a 计算，也为防压。

沿支架后端切’断直接顶所需的初撑力P 0’’取P 01’和P 03’中的大值。

3， 支架工作阻力由1()cos 'n a z
li li lki L hL h L K P γγαη'+⋅=
∑计算。

4， 计算顶板下沉量：在设计时最大控顶距处顶板下沉量h ∆应取l k n D L HL h '1=∆ 其中
)1()1(1----=∑=l i
i li z K h K h M H ，若跨落带中无老顶而煤层上面又无厚层难冒顶板时
取D
L M h '=∆η2液压支架和单体液压支柱时，取 =0.025即可。

计算支架高度：支架最大高度Hmax =Mmax ，支架最小高度
a h M H -∆-=min min a=50mm
5，支架初撑力由公式1()cos 'n
a z
li li lki L hL h L K P γγαη'+⋅=∑计算。

5，简述综采工作面支护质量监测与顶板动态检测的具体做法。

答：主要包括测线布置、数据量测与记录和日常监报三个步骤，日常监报由基础数据表、阻力曲线图和不安全因素平面图组成。

三，论述题（15分）
从工作面开切眼到回采结束期间，采煤工作面可能发生哪些冒顶事故，其机理是什么？若你是当班领导，你会采取哪些预防措施？
答：压垮型冒顶：机理：（1）垮落带老顶岩块压坏支架导致冒顶：垮落带老顶岩块全部重量均由采场支架承受，若支架支撑力不够，就会压坏而冒顶。

（2）垮落带老顶岩块冲击压坏支架导致冒顶：初撑力不足，垮落带离层老顶岩块冲击采场支架，冲击压坏而冒顶。

（3）裂隙带老顶压坏采场支架导致冒顶：裂隙带老顶断裂、下沉、旋转、触矸时，若支架的可缩量不足，可能压坏导致冒顶。

预防冒顶的措施:1）支架支撑力应能平衡垮落带直接顶及老顶岩层重量。

2）采场支架的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层。

3）采场支架的可缩量应能满足裂隙带老顶下沉的要求。

大面积漏垮型冒顶：冒顶机理：支护系统中若某处失效发生局部冒顶，破碎顶板就可能从该处沿工作面向上全部漏空，使支架失稳，漏垮工作面。

预防措施：1）使支护系统有足够的支撑力与可缩量。

2）顶板必须背严背实、梁头顶紧煤壁，采煤后及时支护、甚至要掏梁窝。

3）严防放炮、移溜等工序弄倒支架发生冒顶。

靠煤壁附近局部冒顶：顶板由于被裂隙切割，存在镶嵌型游离岩块或端面距过大或放炮崩倒支柱所致。

预防措施：综采面：提高初撑力控制端面冒高；及时支护方式，控制端面距；采高大于2.5~3.0m时，加护帮装置，避免端面距扩大；控制顶板（如固结碎顶）。

单体面：及时支护，端面距不超过200mm。

采用正悬臂交错顶梁，正倒悬臂错梁直线柱支护。

采场两端局部冒顶（单体面）：机头机尾处是因移溜时支护操作不当（先拆后支），导致碎顶冒落。

措施：用“四对八梁”支护，或用双楔铰接顶梁支护。

工作面与巷道交接处是因交接处需去掉原巷道支架一个腿，如果支护操作不当，可导致碎顶冒落。

措施：交接处宜用一对迈步抬棚。

放顶线附近的局部冒顶（单体面）：是因人工回柱时，顶板冒落伤人。

特别是分段回柱回最后一棵柱时。

措施：应在有支护的地点远距离操作后采用墩柱支护。

金属网下推垮型冒顶：网下推垮分两个阶段。

1）形成网兜。

原因是工作面内某位置的支护失效。

当支架稳定性好时，不会推垮。

2）推垮工作面。

原因是网上碎矸与上位岩层之间有空隙，支架不稳定，网兜向下拉力拉倒支架，造成推垮型冒顶。

预防措施：提高初撑力，增加支架稳定性。

1）单体液压支柱工作面：①采用内错式布置切眼，提高支柱的初撑力，避免形成网上空隙，严防支护失效。

②当垂直布置切眼时，初放阶段用“整体支架”。

2）摩擦支柱工作面。

采用“整体支架”支护。

3）内错式布置切眼时，初放前要剪网，保证将金属网放到底板。

4）采用伪斜布置工作面。

采空区冒矸冲入采场的推垮型冒顶：发生机理：当顶板呈大块在采空区垮落时，可能顺着已垮落的矸石堆冲入采场，推倒采场支架（从柱根推倒），导致事故。

预防措施：（1）用切断墩柱的初撑力切断顶板（减
小冒落顶板的块度），并将冒矸挡在采空区。

（2）当顶板分层过厚切不断时，用挑顶法，使冒矸超过采高。

厚层难冒顶板冒顶:机理1）岩体在自重作用下，拉断形成小裂缝，然后裂缝贯穿，发生大断裂，导致冒顶。

切断
2）煤柱上的顶板岩层内产生强大的切应力，顶板被切断，导致冒顶。

剪断。

措施：1）用挑（钻爆法或高压注水）松散碎裂2~3倍采高顶板（包括直接顶在内）。

把“挑”的部分看成是垮落带岩层，即可按常规法防压、漏、推。

综采面：一般应超前工作面碎裂。

单体面：考虑到冒矸块度大，放顶线上支柱应有足够的支撑力与稳定性，条件允许时用墩柱。

2）若有可能（即厚层顶板分层不太厚），挑顶一部分，令剩余部分转变为裂隙带老顶。

复合顶板”推垮型冒顶：当游离岩块处在工作面中，厚0.5~3.0m ，而沿岩块倾斜下方又有让岩块向下运动的空间时，岩块可能推倒单体支架，导致“复合顶板”推垮型冒顶。

机理为出现离层（支柱初撑力小）、断裂、去路和倾角、推力大于阻力等现象。

措施：1）尽量避免出现游离岩块①提高支架或支柱的初撑力，使下位顶板不离层，并不沿煤壁断裂。

②不在计划的工作面范围内开巷道。

（2）已出现游离岩块时在游离岩块范围内不正常回柱，加强支护，用木支柱替换金属支柱，当游离岩块都进入采空区时，再用绞车回柱。

（3）当游离岩块可能发生“复合顶板”推垮型冒顶时应使用支架或支柱的初撑力防推。

（4）当工作面使用初撑力极低的摩擦支柱时，只能用“整体支架”防“复合顶板”推垮型冒顶（5）采用伪斜工作面布置。

（实际答题时，只要答2~3点即可）
四．计算题（15分）
某工作面，煤层厚度为3.2m ，倾角为12°，顶板岩层自上而下为泥岩1.1m,页岩1.75m ，砂质页岩2.65m ，中砂岩4.7m ，粉砂岩3.38m,细砂岩6.75m ，再上为粗砂岩，最大控顶距为5600mm ，裂隙带老顶来压步距18m,确定跨落带岩层高度，裂隙带老顶断块触矸处的下沉量H ，支架所需的最大可缩量（其中K l =1.33，K z =1.5）
答：根据题意得：
M=3.2,h=1.1+1.75+2.65=5.5,H 1=4.7,H 2=3.38,H 3=6.75, K l =1.33，K z =1.5
煤层为缓倾斜煤层，h<（2~3）M 故可由2)1()1('10+⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-+--≥∑-i z l i i K h K H M H 判别进入裂隙带的老顶
当i=1时，左式H 1=4.7，右式=3.2-5.5*（1.5-1）+2=3.2-2.75+2=2.45
故左式>右式，说明第一层老顶已进入裂隙带，故跨落带高度h k=h =5.5
)1()1(1----=∑=l i
i li z K h K h M H =3.2-5.5*0.5=3.2-2.75=0.45m 故lkn D L HL h '=∆=0.45*5.6/18=0.14m
还有可能的试题：
名词解释：科学管理采场顶板、支护系统刚度及支护刚度
简答：压垮型冒顶的机理及预防措施、厚层难冒顶板冒顶的机理及预防措施、 复合顶板推跨型冒顶的机理及预防措施、简述单体液压支柱工作面控顶设计过程 简述单体液压支柱工作面支护质量与顶板动态日常监测的具体做法
论述：工作面过断层可能发生哪些冒顶事故，各类冒顶事故的机理及预防措施是什么？。