《顶板案例分析》PPT课件.ppt

,晋北公司文明矿技术管理人员培训,案例分析 皖北煤电集团某矿压架事故,内 容 提 纲,工作面压架事故概况 工作面煤系及其岩层 工作面压架原因分析 工作面压架对策研究 对支架初撑力的要求,一、工作面压架事故概况 3222工作面情况,3222工作面为首采工作面，位于二采区32煤层东部。工作面长度150m，倾斜长度750m；煤层厚度2.23.0m，平均厚度2.53m，平均倾角10左右。 工作面装备ZZ4400/17/35型支撑掩护式液压支架，于2001年11月13日开始回采，11月18日早班，工作面平均推进28.5m，老顶由30架向机尾间断性垮落，支架大部分安全阀开启，压力显现明显，老塘冒落充分。11月22日工作面平均推进41.5m，进行初次放顶鉴定。 2002年1月7日，对突水后的3222工作面进行查看，发现基本压死共77架 ，柱窝开焊共5架，加长杆断共3架。机尾处水量约250m3左右；机头处水量约120 m3左右；机巷安全出口处，出口朝外10m范围内水量约40m3左右 。,一、工作面压架事故概况 7114工作面情况,7114工作面位于井田东翼一水平一采区，工作面沿倾向布置，平均倾向长1280m，面长175m，工作面煤厚1.13.0m，平均2.0m，煤层平均倾角15左右 。 工作面装备ZZ4400/17/35型支撑掩护式液压支架，于2004年6月25日开始试刀，7月22日老塘直接顶全部冒落完毕。7月29日早班，机巷推进38m，风巷推进51m，老顶来压显现明显，支架安全阀大部分开启，工作阻力最大达35MPa，煤壁片帮严重，当日13点左右，老顶垮落，压死支架10余架。 统计发现后立柱被压死的有21架，四立柱全被压死的有64架，开焊的有36架，穿顶的有2架，穿底的有12架。2005年1月15日，工作面周期来压时，导致316架被压死，工作面大部分淋水，出水量150m3左右 。,一、工作面压架事故概况 7114工作面情况,一、工作面压架事故概况 7114工作面情况,一、工作面压架事故概况 3248工作面情况,3248工作面位于井田西翼一水平四采区，工作面走向长度为1128m，工作面面长185m，煤层平均厚度2.3m 。 工作面于2005年1月13日开始试刀，8月1日当工作面机巷推进421m，风巷推进400m，受断层和周期来压影响，107、111、114、115、117、118等6架前或后立柱被压死，此处机道有滴水现象。8月22日早班，工作面推进有15m时，机尾7架被压死。 3248工作面压架事故不太严重，偶有发生，可能是由于受工作面淋水与断层的影响。,二、工作面煤系及其岩层 3222工作面情况,3222工作面为首采工作面，位于二采区32煤层东部。工作面长度150m，倾斜长度750m；煤层厚度2.23.0m，平均厚度2.53m，平均倾角10左右。 煤厚：钻孔资料取为2.86m，直接顶为泥岩，厚度为2.44m；老顶为细砂岩，厚度为3.67m。再上顶板为泥岩，厚度为0.91m，煤线 0.25m，泥岩5.64m。煤层倾角a10（钻孔资料为15），采高取为2.5m。 老顶初次来压步距按资料分析取为3536m；老顶周期来压步距因无资料暂按7114工作面的18m、14m两种情况考虑 。,二、工作面煤系及其岩层 3222工作面情况,3222工作面32煤柱状图,二、工作面煤系及其岩层 7114工作面情况,7114工作面位于井田东翼一水平一采区，工作面沿倾向布置，平均倾向长1280m，面长175m，工作面煤厚1.13.0m，平均2.0m，煤层平均倾角15左右 。 煤厚：钻孔资料为2.62m，根据现场实测，采高取为2.5m，直接顶：细粉砂岩1.42m，老顶：细砂岩4.0m；再上为粗粉砂岩7.15m，煤层倾角a15。 老顶初次来压步距取44m（以风巷推进距为准），老顶周期来压步距取18m（第二次周期来压）、14m（第一次周期来压）。,二、工作面煤系及其岩层 7114工作面情况,7114工作面71煤柱状图,二、工作面煤系及其岩层 3248工作面情况,3248工作面位于井田西翼一水平四采区，工作面走向长度为1128m，工作面面长185m，煤层平均厚度2.3m 。 煤厚：钻孔资料取为2.25m2.29m，直接顶为泥岩，厚度为0.37m，再上直接顶为粉砂岩，厚度为2.46m，共2.83m，老顶为细砂岩，厚度为15.07m，煤层倾角为a10 老顶初次来压步距与周期来压步距均参考3222工作面，分别取为36m、18m与14m。,二、工作面煤系及其岩层 3248工作面情况,3248工作面32煤柱状图,三、工作面压架原因分析 7114工作面情况,根据所提供的资料分析，老顶或老顶第一分层均在垮落带，而且顶板岩层中含水，故可取垮落带岩层的碎胀系数为1.33，即垮落带岩层为采高的3倍 。 7114工作面采高M2.5m，直接顶为细粉砂岩，hz=1.42m，老顶为细砂岩，hl=4.0m，再上为7.15m的粗粉砂岩。 理论垮落带高度：3 M7.5m，假设7.15m的粗粉砂岩第一分层垮落2.0m，则实际垮落带高度：1.424.02.07.427.5(理论垮落带高度) ，说明假设成立。 注：支架工作阻力中的80%用于直接支撑顶板。,三、工作面压架原因分析 7114工作面情况,老顶初次来压时支架所需工作阻力为：,式中 La每架支架所控制的工作面长度，一般为1.5m/架; 垮落带直接顶岩层平均容重，kN/m3 ; h垮落带直接顶厚度，m; 直接顶岩梁长度，Ld+Lh+Lzx (Ld为端面距；Lh为支架顶梁和前梁长度之和；Lzx为直接顶在支架后的极限悬顶长度，页岩约为1.0 m，砂页岩约为2.0 m); 则0.34m3.75m2.0m6.09m。 垮落带中第i层老顶及其附加岩层的平均容重，kN/m3; 垮落带中第i层老顶及其附加岩层的厚度，m; Llki垮落带中第i层老顶的岩块长度，m(取初次来压步距的一半，22m) 煤层倾角，()。,三、工作面压架原因分析 7114工作面情况,老顶初次来压时支架所需工作阻力为：,老顶周期来压时支架所需工作阻力为： 周期来压步距为18m时,周期来压步距为14m时,三、工作面压架原因分析 7114工作面情况,总结： 对于老顶初次来压，所需工作阻力6376KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当老顶初次来压时，支架工作阻力严重不足； 当老顶周期来压步距为18m时，所需工作阻力5281KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当周期来压步距为18m时，支架工作阻力很不足； 当老顶周期来压步距为14m时，所需工作阻力4445KN4400KN(支架额定工作阻力)，说明只有当周期来压步距为14m时，支架才可能勉强支撑住垮落带岩层。,三、工作面压架原因分析 3222工作面情况,根据所提供的资料分析，老顶或老顶第一分层均在垮落带，而且顶板岩层中含水，故可取垮落带岩层的碎胀系数为1.33，即垮落带岩层为采高的3倍 。 3222工作面采高M2.5m，直接顶为泥岩，hz=2.44m，老顶为细砂岩，hl=3.67m，再上顶板为0.91m的泥岩、0.25m的煤线、5.64m的泥岩，煤层倾角为10。 理论垮落带高度：3 M7.5m，实际垮落带高度：2.443.670.910.257.277.5(理论垮落带高度) ，说明5.64m泥岩的下位岩层全部进入垮落带。 注：支架工作阻力中的80%用于直接支撑顶板。,三、工作面压架原因分析 3222工作面情况,老顶初次来压时支架所需工作阻力为：,老顶周期来压时支架所需工作阻力为： 周期来压步距为18m时,周期来压步距为14m时,三、工作面压架原因分析 3222工作面情况,总结： 对于老顶初次来压，所需工作阻力4701KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当老顶初次来压时，支架工作阻力不足； 当老顶周期来压步距为18m时，所需工作阻力4701KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当周期来压步距为18m时，支架工作阻力不足； 当老顶周期来压步距为14m时，所需工作阻力3699KN4400KN(支架额定工作阻力)，说明只有当周期来压步距为14m时，支架才能够支撑住垮落带岩层。,三、工作面压架原因分析 3248工作面情况,根据所提供的资料分析，老顶或老顶第一分层均在垮落带，而且顶板岩层中含水，故可取垮落带岩层的碎胀系数为1.33，即垮落带岩层为采高的3倍 。 3248工作面采高M2.3m，直接顶为0.37m的泥岩与2.46m的粉砂岩，hz=2.83m，老顶为细砂岩，hl=15.07m，煤层倾角为10。 理论垮落带高度：3 M6.9m，假设15.07m的细砂岩第一分层垮落4.0m，则实际垮落带高度：2.834.06.836.9(理论垮落带高度) ，说明假设成立。 注：支架工作阻力中的80%用于直接支撑顶板。,三、工作面压架原因分析 3248工作面情况,老顶初次来压时支架所需工作阻力为：,老顶周期来压时支架所需工作阻力为： 周期来压步距为18m时,周期来压步距为14m时,三、工作面压架原因分析 3248工作面情况,总结： 对于老顶初次来压，所需工作阻力4120KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当老顶初次来压时，支架工作阻力足够； 当老顶周期来压步距为18m时，所需工作阻力4120KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当周期来压步距为18m时，支架工作阻力足够； 当老顶周期来压步距为14m时，所需工作阻力3381KN4400KN(支架额定工作阻力)，说明当周期来压步距14m时，支架工作阻力足够。 不论老顶初次还是周期来压，支架工作阻力均够用。但实际上垮落带老顶第一分层的厚度可能还比4m小，之所以偶有压架现象，可能是因“水”、“断层”、“超高开采”等原因使得岩石碎胀系数变小、或者使得“裂隙带”岩层转变成“垮落带”岩层，从而导致老顶第二分层也压下或冲击压垮。,三、工作面压架原因分析 3248工作面情况,假设老顶第一分层厚度为4.5m，而周期来压步距为18m时，则支架所需工作阻力P为：,(KN/架),因支架所需工作阻力4535KN4400KN(额定工作阻力)，则很有可能压死支架，但事实并非如此，由此可推测，垮落带老顶第一分层等于或小于4.0m。,四、工作面压架对策研究,工作面压架主要原因 老顶来压时压架，主要是支架工作阻力严重不足，对7114、3222工作面的条件，必须加大支架额定工作阻力； 支架初撑力不足（7114工作面需要4.5MPa，而矿压观测时曾测到不足4.5MPa的初撑力），则可能导致直接顶离层形成冲击压垮。 超高采煤、顶板淋水、断层可能导致垮落带岩层高度增加，从而使支架载荷增大（7114工作面矿压观测中，超高现象非常严重）。,四、工作面压架对策研究,工作面压架对策 不同面不同采高，具体计算所需支架工作阻力及初撑力后再进行支架的选型 ； 工作面严格控制采高，杜绝超高采煤； 工作面需要进行支护质量与顶板动态监测，具体监测支架初撑力、工作阻力、支架位态、顶板状态、采高、断层状态、淋水量等； 顶板淋水量过大，最好能疏排干； 工作面推进到断层附近一定距离时，需要进行调斜，保证工作面能与断层斜交通过,五、对支架初撑力的要求 7114工作面情况,ZZ4400/17/35支撑掩护式液压支架，前梁与顶梁的长度为3750mm，工作面端面距取340mm，两排立柱顶端的中点至支架后端的距离为1045mm，支架额定初撑力3960KN，即31.5MPa(1MPa约125.7 KN)。,设平衡直接顶岩梁（AB）重量所需的支架初撑力为 ，则,带入数据计算得：,(KN/架),五、对支架初撑力的要求 7114工作面情况,设平衡直接顶岩梁所产生力矩所需的支架初撑力为 ，则,带入数据计算得：,(KN/架),五、对支架初撑力的要求 7114工作面情况,提高支架的初撑力，将下位岩层顶紧上位岩层，令上、下岩层间产生的摩擦阻力足以防推。为此支架所需的初撑力 ，则,下位岩层平均容重，kN/m3； 下位岩层厚度，m(一般不大于2.53.0m)； f上、下岩层间的摩擦因数，无水时可取0.3。因本工作面淋水量较大，则取为0.1。,11.5MPa,五、对支架初撑力的要求 3222工作面情况,设平衡直接顶岩梁（AB）重量所需的支架初撑力为 ，则,设平衡直接顶岩梁所产生力矩所需的支架初撑力为 ，则,将下位岩层顶紧上位岩层，为此支架所需的初撑力 ，则,15.07MPa,五、对支架初撑力的要求 3248工作面情况,设平衡直接顶岩梁（AB）重量所需的支架初撑力为 ，则,设平衡直接顶岩梁所产生力矩所需的支架初撑力为 ，则,将下位岩层顶紧上位岩层，为此支架所需的初撑力 ，则,17.5MPa,五、对支架初撑力的要求,保证不发生因直接顶离层导致冲击压垮，则支架所需初撑力： （1）7114面：392 KN/架（3.1MPa），泵站不低于4.5MPa； （2） 3222面：686KN/架（5.5MPa），泵站不低于8MPa； （3） 3248面：796KN/架（6.3MPa），泵站不低于9MPa。 为保证不发生复合顶板推垮型冒顶，则支架所需初撑力： （1） 7114面：1440 K