顶板基本知识培训课件

❖ 2、事故易发生的区域、地点
❖ 采面初采初放、上下隅角、开切眼附近、老巷附 近、倾角大的地段、顶板岩层含水地段、地质构 造带等都可能导致大冒顶。
❖ 3、事故发生前的预兆：
❖ （1）发出响声。岩层下沉断裂，煤层顶板压力急 剧加大。采空区内煤层顶板发生断裂的闷雷声。
❖ （2）掉碴。 是发生冒顶的危险信号。
K2360 ￠35×600 430±10
适用钻孔/mm ￠42±2 ￠28±2 ￠28±2
型号
CK K Z M CM
树脂锚固剂主要型号和特性
特性
凝结时间/min 固化时间/min
超快 快速 中速 慢速 超慢
0.5～1 1.5～2 3～4 15～20 ≥120
≤5 ≤7 ≤12 ≤40 ≥240
（2）锚固方式
❖ 5、锚索支护
❖
锚索支护是根据矿山压力中煤层顶板是板块原理的假
说, 让锚索直接打在不冒落的老顶上,然后利用锚索30 t的预
应力提前把直接顶吊住, 来维护巷道,减少顶板下沉量和破坏
程度。
❖
锚索是锚杆的发展和延伸，其材料一般采用既有一定刚
度又有一定柔性的钢铰线制作，长度可达10m甚至20m以上，
抗拔力可达几百kN，是地下大断面巷道、硐室，以及岩层有
❖ 适用条件：层状地层；顶板在 相当距离内不存在稳定岩层， 悬吊作用处于次要地位。
❖ 3、组合拱Baidu Nhomakorabea压缩拱）理论
❖ 机理：在破裂区中安装预应力锚 杆时，在杆体两端将形成圆锥形 分布的压应力，如果沿巷道周边 布置锚杆群，只要锚杆间距足够 小，各个锚杆形成的压应力圆锥 体将相互交错，就能在岩体中形 成一个均匀的压缩带，即承压拱， 这个承压拱可以承受其上部破碎 岩石施加的径向荷载。在承压拱 内的岩石径向及切向均受压，处 于三向应力状态，其围岩强度得 缺点：一般不能作为准确的定量设计。 到提高，支撑能力也相应加大。
❖ 顶以前，有时因为背顶不严和支架不牢出现漏顶 现象。漏顶如不及时处理，会使棚顶托空、支架 松动，煤层顶板岩石继续冒落，就会造成没有声 响的大冒顶。
❖ （7）瓦斯增大。在含瓦斯的煤层中，瓦斯涌出量 突然增大。
❖ （8）淋雨增加。煤层顶板的淋头水量有明显的增 加。
❖ 二、顶板事故现场应急处置
❖ 1、现场发生顶板事故后，现场人员必须立即向值 班室及调度台汇报，报告事故时必须说明事故的 地点、性质、严重程度、受威胁的人员数、可能 影响的范围是否扩大等；
适用条件：顶板无稳定岩层。
❖ 4、最大水平应力理论
机理：矿井岩层的水平应力通常大于铅直应力，水平应力具有明显的方向性，最大
水平应力一般为最小水平应力的1.5—2.5倍。 巷道顶、底板的稳定性主要受水平应力影响且具有三个特点： 1）与最大水平应力平行的巷道受水平应力影响最小，顶、底板稳定性较好； 2）与最大水平应力呈锐角相交的巷道，其顶、底板破坏偏向巷道的某一帮； 3）与最大水平应力垂直的巷道，其顶、底板稳定性最差；
❖ 机理：将锚固范围内的岩层挤 紧，增加各岩层间的摩擦力， 防止岩石沿层面滑动，避免各 岩层出现离层现象，提高其自 撑能力；将巷道顶板锚固范围 内的几个薄岩层锁紧成一个较 厚的岩层（组合梁）；在上覆 岩层载荷的作用下，这种组合 厚岩层内的最大弯曲应变和应 力都将大大减小，组合梁的挠 度亦减小。
❖ 缺点：将锚杆作用与围岩的自 稳作用分开；随着围岩条件的 变化，在顶板较破碎、连续性 受到破坏时，组合梁也就不存 在了。
❖ 为什么要对巷道进行支护?
❖
❖ 煤（岩）层掘进后为防止巷道围岩变形，片 帮冒顶，断面缩小造成事故，影响通风、运输、 行人等需要对巷道进行支护。
❖ 目前我矿巷道支护方式主要有：锚杆支护、 锚网支护、锚梁支护、锚网梁支护、锚网喷支护、 锚索支护、工字钢棚支护、砌碹支护等。
二、锚杆支护的原理、分类
❖ 从支护机理上看，锚杆支护属于“主动”支 护，可以充分利用围岩的自承能力，提高巷道围 岩的稳定性，将载荷体变为承载体。在相同生产 地质条件下，锚杆支护的巷道围岩变形量比棚式 支护减少一半以上。
玻璃钢锚杆
（三）锚固剂及锚固方式
➢ （1）锚固剂：树脂药卷，一般采用凝结速度为超快与中速 的树脂药卷配合，使用药卷长度一般350、600mm
煤体 螺母
锚杆 中速树脂药卷 快速树脂药卷
树脂锚固剂规格
型号 规格/mm
质量/g
CK3538 ￠35×380 700±10
K2335 ￠35×350 300±10
❖ 2、现场负责人清点人数，临时确定事故处理方案;
❖ 3、积极恢复冒顶区的正常通风，如一时不能恢复， 则必须利用压风管、水管或打钻向被埋或截堵人 员供给新鲜空气；下山掘进必须采取排水措施， 进行排水处理；
❖ 4、在安全的前提下及时支护冒顶区域附近巷道， 防止冒顶事故扩大;
❖ 5、当发生埋人，堵人事故时必须遵守以下规则： ❖ (1)视冒顶区四周顶板状况，在确保安全的前提下
❖ (4)在处理过程中要注意尽量避免破坏冒落岩石的 堆积状态，防止加重受伤人员的伤害和冒顶的加 剧，使用工具时要严防工具对被埋人员的二次伤 害;
❖ （5）在抢救中遇到大块矸石，不许用爆破法处理， 应尽量避开。如果威胁遇难人员，则可用千斤顶 等工具移动石块，救出遇难人员。
❖ (6)对抢救出的人员要实行“先现场救护，后移送” 的原则，及时对外伤出血进行止血、骨折进行固 定，对停止呼吸的人员要及时进行人工呼吸等现 场救助工作;
（2）虽无人员被堵、被埋或伤亡，但已经或 可能影响通风系统安全运行的：这种事故特征主 要
指采面及两巷顶板冒落的煤矸石堵住巷道或覆盖 整个巷道时或压埋住风机或风筒，造成通风不畅， 已经或可能影响整个通风系统安全运行的现象。
（3）造成设备损坏、生产中止的：在采面或 两巷的顶板意外冒落的煤、矸石压埋住采掘面的 设备，造成无法生产，甚至损坏生产设备。
❖ （3）片帮。顶前煤壁所受压力增加，片帮煤增多， 煤质变软，这就说明有冒顶危险。
❖ （4）裂缝。煤层顶板的裂缝，自然裂隙、采动裂 隙。“流水的裂缝有危险;缝里有煤泥、水锈的不 危险;茬口新的有危险”。
❖ （5）脱层。煤层顶板快要冒落的时候，往往会出 现脱层的现象。用“问顶”的方法检查煤层顶板。
❖ （6）漏顶。破碎的伪顶或直接顶，在大面积冒
1、伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的 采出而同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.3～ 0.5m，多由页岩、炭质页岩等组成。
2、直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪 顶）之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一 般在1～2m，多由泥岩、而岩、粉砂岩等较易垮落 的岩石组成。
3、基本顶：又叫老顶，是位于直接顶之上或 直接位于煤层之上（此时无直接顶和伪顶）的厚 而坚硬的岩层。常在采空区上方悬露一段时间， 直到达到相当面积之后才能垮落一次，通常由砂 岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石的组成。
❖ 顶板事故类型主要有：人员被堵、被埋或伤亡;虽无 人员被堵、被埋或伤亡，但已经或可能影响通风系 统安全运行;造成设备损坏、生产中止。
❖ 1、可能发生的事故类型
（1）造成人员被堵、被埋或伤亡的：人员被 堵、被埋或伤亡的主要指顶板意外冒落的煤、矸 石堵住巷道断面或覆盖整个巷道时，造成人员被 堵、被埋或伤亡的现象。
❖ （二）我矿锚杆分类：
❖ 用树脂为粘结剂，在固化剂和加速剂的作用下，将锚杆的头 部粘结在锚杆孔内。端头锚固型树脂锚杆是由树脂药包和杆 体组成(图5-7)。
❖ （1）高强度螺纹钢锚杆（¢18-M20-1800mm等） ❖ （2）普通树脂锚杆（¢18-M20-1600mm等） ❖ （3）玻璃钢锚杆（ ¢20-M22-2000mm）
顶板管理基本知识培训
生产技术部 2015年7月
主要内容:
❖ 一、顶板分类： ❖ 二、锚杆支护原理、分类： ❖ 三、巷道支护形式： ❖ 四、煤巷锚杆支护监测： ❖ 五、顶板事故现场处置方案：
一、顶板分类
根据顶板岩层相对煤层的位置和垮落性能， 强度等特征的不同，从上至下顶板划分为基本顶 （老顶）、直接顶、伪顶三个部分；
❖ 三、注意事项；
❖ 1、井下作业人员必须按规定佩戴自救器并能正确 使用；
❖ 2、应急救援坚持“受困人员和应急救援人员的安 全优先、防止事故扩大优先、保护坏境优先”的 原则，最大限度减少人员伤亡和财产损失；
❖
观测管理：《掘进质量验收标准》规定，每50m设一离
层监测仪。
❖
顶板离层仪主要有孔内锚头、测量钢丝、孔内基点和顶
板表面内外测筒等四部分组成。
技术特性
离层监测仪
五、顶板事故现场处置方案
❖ 顶板事故是指在井下采掘和生产服务过程中，顶板 意外冒落造成的人员伤亡、设备损坏、生产中止等 事故。
❖ 一、事故特征
立即将受难者救出，但不能用力硬拉，以免加重
伤情;
❖ (2)抢救过程中，处理冒顶过程必须由外向里有逐 步进行，应密切注意顶板有无再次冒落的危险， 必要时可以向遇难人员处开掘专用小巷道;
❖ (3)冒顶致使独头巷道被堵时，不可慌乱，如果冒 顶面积较大时，应立即静坐休息注意节约矿灯， 食品和水，减少氧气消耗，保持足够的体力。有 压风管的应要打开压风阀门，保持良好的通风， 并敲打铁管，铁道等发出呼救信号，等待救援;
❖ 从技术经济上对比，锚杆支护可以节约大量钢 材，减少材料运输工作量，减轻工人的劳动强度和 改善作业环境；
❖ 保持采煤工作面上下两顺槽和开切眼的畅通， 为回采工作面快速推进和高产高效低成本生产创造 有利条件；
❖ 锚杆支护巷道施工简单，机械化程度高，可大 幅度降低巷道支护成本，提高掘进速度和生产效率。
软弱夹层时的有效支护手段。
❖
预应力锚索一般由锚固段、自由段和张拉端三部分组成。
锚固段是锚索锚固在岩体内提供预应力的根基；自由段式连
接锚固段与张拉端的锚体部分；张拉端是锚索位于孔口的外
露部分。
锚索支护图示例
❖ 四、煤巷锚杆支护监测
❖ 顶板离层仪是一种检测顶板岩层移动的专用监测仪器。 它可以分别显示锚杆长度范围内和锚杆同范围外的顶板岩层 的离层情况。为煤矿工程技术人员和监测工作人员提供确定 锚杆的长度、抗拉强度，了解所使用锚杆的合理性、经济性 而需要的科学依据。从而有效的防止顶板坍落事故的发生， 确保煤矿安全生产。
❖ 常见的金属网有金属菱形网、经纬网，一般采用直径 3～4㎜的铁丝编制而成，一般采用镀锌铁丝，由于金属网消 耗钢材较大，目前正在使用具有一定抗拉强度和延伸率的塑 料网代替。
锚网支护梯形巷道
锚网支护拱形巷道
❖ 3、锚网喷联合支护
❖
喷射混凝土能有效的控制锚杆间的石块掉落，但其本身
是脆弱的，当岩石变形大时，容易开裂剥落。解决办法之一
三、巷道支护形式
❖ 1、锚喷支护
❖ 锚杆和喷射混凝土虽各自有优点，但也有不足之处。锚喷联 合支护，恰能使两者取长补短，互为补充，是一种性能更好 的支护形式。
锚喷支护图示例
❖ 2、锚网支护
❖ 锚网支护是将金属网用托板固定或绑扎在锚杆上所组成 的支护形式。金属网用来维护锚杆间的围岩，防止小块松散 岩石掉落，也可作为喷射混凝土的配筋。被拉紧的金属网还 能起到联系各锚杆组成支护整体的作用。
就是喷射混凝土之前敷设金属网，喷后成钢筋混凝土层，提
高了混凝土的整体性，改善了喷层的抗拉性能，这就形成了
锚网喷联合支护，能有效的支护松散破碎的软弱岩层。金属
网用钢筋直径一般为6～12㎜，钢筋间距一般为200～400㎜。
❖ 4、锚网带（梁）支护
❖ 锚网带（梁）支护由锚杆、钢带（钢筋托梁）及金属网 组成。钢带（钢筋托梁）是用扁钢或薄钢板（钢筋）制成， 为了便于锚杆安装，在钢带上预先钻好孔，钻孔形状为椭圆 形，钻孔直径应由相应锚杆直径确定。也可采用钢筋托梁代 替钢筋带。
✓（1）全长锚固：锚杆的锚固长度不小于钻孔长度的90%。 ✓（2）端头锚固：锚杆的锚固长度不大于钻孔长度的1/3。 ✓（3）加长锚固：介于端头锚固与全长锚固之间。
（3）三径匹配
✓钻孔直径比锚杆直径大6～10mm ✓钻孔直径比树脂药卷大6mm左右 ✓一般钻孔直径28mm，锚杆直径18、20、22mm，树脂药卷直径 23mm。
（一）、锚杆支护作用机理
❖ 1、悬吊理论 ❖ 机理：将巷道顶板较软弱岩
层悬吊在上部稳定岩层上， 以避免较软弱岩层的破坏、 失稳和塌落，锚杆所受的拉 力来自被悬吊的岩层重量。
❖ 缺点：没有考虑围岩的 自承能力，而且将被锚 固体与原岩体分开。
❖ 适用条件：锚杆可以锚 固到顶板坚硬稳定岩层。
❖ 2、组合梁理论