顶板控制及检测复习重点(中国矿业大学采矿工程辅修).docx

顶板控制及检测复习重点（中国矿业大学采矿工程辅修）第一章 1概念顶板:煤层上方的岩层老顶:厚度大于1.52.0m，较坚硬的分层，岩性多为砂岩、砂砾岩、石灰岩等。直接顶：直接在煤层上面，厚度小于1.52.0m，较软弱、下面又无老顶的分层，岩性多为页岩、砂页岩等。底板：直接在煤层下面的岩层。垮落带岩层(直接顶和老顶)：不支撑就会垮落的那部分岩层；裂隙带岩层(主要是老顶)：在其断裂、旋转、下沉及触矸过程中，岩块间能够互相挤紧，从而形成能够承受载荷的平衡结构，并把自身及附加岩层的重量加到采空空间周围的煤体及冒矸之上。 2简答 直接顶、老顶与垮落带、裂隙带的关系1) 当直接顶厚度大于或等于23倍采高时，垮落带岩层为23倍采高的直接顶，其上的直接顶为不垮落的直接顶。H=MKz-1 h充填满采空区所需直接顶厚度； M采高；Kz岩层的碎胀系数。2）当直接顶厚度不足23倍采高时，其上老顶有三种情况：老顶分层厚度大于56m时为厚层难冒顶板，需悬露几千、几万、甚至几十万平方米才垮落。老顶分层厚度小于56m，在其断裂、旋转、下沉及触矸过程中，岩块间能够互相挤紧，从而形成能够承受载荷、并把自身及上位岩层的重量加到采空空间周围的煤体及垮落矸石之上的平衡结构者为裂隙带老顶。老顶分层厚度小于56m，在其断裂、旋转、下沉及触矸过程中，断块间会失去水平力的联系，从而不能形成平衡结构者为垮落带老顶。3）当直接顶厚度小于23倍采高，而上面老顶分层厚度又小于56m时，判断老顶分层带别的方法：老顶分层厚度大于其下自由空间高度2m时，该老顶分层已进入裂隙带。判断进入裂隙带老顶分层的公式。 3计算 例题、作业题1、 某工作面，煤层厚度为1.5m，倾角20，顶板分层自下而上为：页岩0.5m，砂页岩0.5m，页岩1.0m，砂页岩1.0m，页岩1.5m，砂页岩1.5m，粗砂岩2.0，细砂岩3.0，再上为中砂岩。请确定垮落带岩层的厚度（其中Kl=1.33，Kz=1.5）。解：直接顶：0.5+.5+1+1+1.5+1.5=6 老顶：2+3=5 M=1.5直接顶厚度大于或等于23倍采高H=1.51.5-1=32、 某工作面，煤层厚度为2m，倾角15，顶板分层，自下而上为：页岩1.0m，砂页岩1.0m+页岩0.2m，砂页岩1.3m，中砂岩2.0，细砂岩3.0，再上为中砂岩。请确定垮落带岩层的厚度（其中Kl=1.33，Kz=1.5）。解：M=2，h直=3.5，H老=5.H=2/(1.5-1)=4 大于3.5m。第一层22(M)+2-(2(h1)*0.33+3.5（h直）*0.5)所以 垮落带为3.5+2=5米1、 某矿工作面，煤层厚度为2.3m，倾角18，顶板分层，自下而上为：页岩1.5m，砂页岩1.0 m，砂页岩1.0m，中砂岩2.5，细砂岩2.0，再上为粗砂岩。请确定垮落带岩层的厚度（其中Kl=1.33，Kz=1.5）。M=2.3 h直3.5 h老=4.5 第一层2.5 2.3+2-（2.5*0.33+3.5*0.5） 所以为3.5+2.5=62、某单体支柱工作面，煤层厚度为2.2m，倾角15，顶板分层，自下而上为：页岩1.5m，砂页岩1.0 m，砂页岩1.0m，中砂岩2.0，细砂岩2.5，再上为粗砂岩。请确定自下而上第一个进入不垮落直接顶或裂隙带的岩层（Kl=1.33，Kz=1.5）。3、某矿主采煤层为7煤和9煤，开采深度已达-700m以 下，冲击矿压的危险性越来越大，其中9202工作面为高冲击危险区域，其开采深度已达-850m，9202工作面 煤层厚度为1.43.66m，平均厚度2.2m，采面倾角1128，平均为22，煤层直接顶为粉砂岩，厚1.2m，硬度为46，老顶为中砂岩，厚9.3m，硬度810。 9202工作面老顶为厚层难冒顶板，为了防止顶板型冲击矿压事故的发生，你认为应该采取什么措施处理顶板？ 计算垮落带岩层的厚度与裂隙带岩层的厚度？（Kz=1.5，Kl=1.33）9.32.2+2-(9.3*.33+1.2*.5) 2.2=1.2*0.5+H*.33 H=4.85第二章 1概念 压垮型：由垂直于层面方向的顶板力压坏采场支架而导致冒顶。漏冒型：因已破碎的顶板没有得到有效防护受重力作用冒落而导致的冒顶。推垮型冒顶：由平行于层面方向的顶板力推倒采场支架而导致的冒顶。老顶初次来压: 工作面回采以来的第一次老顶大规模来压。老顶周期来压: 老顶初次来压后，周期性的断裂、下沉，工作面内周期性出现顶板下沉加快、煤壁片帮: 支架受力增加，以及出现顶板台阶等老顶来压现象。复合顶板 复合顶板就是离层型顶板 2简答 压垮型冒顶采动后顶板活动的一般规律、冒顶的前兆特征、冒顶机理及预防措施（1） 直接顶的初次垮落垮落厚度在1.0m以上，垮落长度达工作面长度的一半以上。垮落步距一般为620m。（2） 老顶初次来压工作面回采以来的第一次老顶大规模来压。初次来压步距一般2035m。如果直接顶厚度大于或等于23倍的采高，则能填满采空区，采面无老顶活动威胁。但老顶还是要弯曲、下沉和断裂的 如果直接顶厚度小于23倍的采高，开始时老顶呈双固支梁状态，它把自身及上部岩层的重量都加到了工作面周围的煤体上，工作面无老顶压力感觉。 当老顶岩梁达到极限跨距时，弯曲、下沉、断裂。工作面顶板下沉加快、煤壁片帮、支架受力增加，甚至出现顶板台阶等老顶来压现象。（3）老顶周期来压老顶初次来压后，周期性的断裂、下沉，工作面内周期性出现顶板下沉加快、煤壁片帮、支架受力增加，以及出现顶板台阶等老顶来压现象。周期来压步距一般为初次来压步距的1/21/4。冒顶机理及预防措施50年代木支柱可缩量小、支护密度小，来压时易被折断，导致压垮型冒顶。6080年代摩擦支柱工作阻力大，可缩量大，适应顶板下沉，来压事故大大降低。90年代液压支柱工作阻力大，可缩量大，适应顶板下沉，阻力能与顶板抗衡，压垮型事故很少。冒顶的前兆这种冒顶只有来压时发生，故老顶来压预兆就是冒顶征兆。 煤壁片帮。 顶板下沉速度急剧增加。 支柱载荷急剧增加。 靠煤壁顶板断裂。 靠煤壁顶板掉渣。 摩擦支柱放炮。 漏冒型冒顶的机理及预防措施1）发生的条件：直接顶板软弱破碎。2）防治对策：护.采用各种方法将顶板护好。综采面：选用掩护式或支撑掩护式支架。单体面：支柱加顶梁，顶梁上加背板，甚至背严。支柱柱距小于0.7m。漏冒型冒顶包括：大面积漏垮型冒顶，靠煤壁附近局部冒顶，采场两端局部冒顶，以及放顶线附近局部冒顶。推垮型机理及预防措施金属网丝 3. 冒顶机理：专门的实验研究表明，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4、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。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。当垂直布置切眼时，初放阶段用“整体支架”（沿走向与倾斜将单体支柱联成整体）。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。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。3. 预防措施 （1）用切顶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。厚层难冒顶板发生条件、冒顶机理、预防措施1. 发生条件：1）顶板为整体厚层硬岩层。2）悬露几千、几万、甚至十几万平方米才冒落。2. 冒顶机理：顶板大面积悬顶，形成大面积冒顶。认为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。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。3. 预防措施1）用挑（钻爆法或高压注水）松散碎裂23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。3）煤层群开采，顶板上硬下软，先开采下煤层大块游离顶板导致冒顶的原因、预防措施1.原因：1）地质构造：断层（超过5m 长的平行工作面的断层，往往会出现游离岩块。2）旧巷：其上直接顶往往已断碎。3）采动：支架初撑力小，导致直接顶板沿煤壁断裂。典型复合顶板的特征煤层顶板由下“软”上“硬”不同岩性的岩层组成；“软”、“硬”岩层间夹有煤线或薄层软弱岩层；（粘结力低）下部“软”岩层的厚度通常情况下不小于0.5m，而且不大于3.0m 3论述复合顶板推垮型冒顶的机理和预防措施1）煤层具有复合顶板。2）同时还必须具备下列4个条件，才会发生推垮型冒顶：因支柱初撑力小导致软硬岩层间离层；因构造、旧巷、支柱初撑力小等原因导致顶板下位软岩层中断裂出一个六面体；六面体的相邻部分已冒空或为采空区，而且又有一定的倾角；六面体因自重向自由空间的推力大于总阻力。预防思路提高单体支柱的初撑力；选用稳定性能好的支架或加强支架的稳定性；消除形成复合顶板推垮的条件。因自重向自由空间的推力小于总阻力)应用伪俯斜工作面并使垂直工作面方向的向下倾角达46。 2)掘进上下顺槽时不破坏复合顶板。 3)工作面初采时不要反推。4)控制采高，使直接顶冒落后能超过采高。 第一，堵住六面体向采空区的去路； 第二，在六面体要向工作面下方推移时，增加阻止六面体下推的摩擦阻力； 5)灵活地应用戗柱戗棚，使它们迎着六面体可能推移的方向支设。根本措施 采取整体支架，把每排柱子的工作端部连起来。提高单体支柱的初撑力 支撑复合顶板，使复合顶板紧贴上部岩层，让摩擦力足够大阻止复合顶板下滑，从而支架本身也稳定。预防冒顶事故控顶设计的原则防 压p 工作阻力支撑住垮落带的直接顶与老顶。p 初撑力使直接顶（下位岩层）不离层，不沿煤壁断裂。p 可缩量适应裂隙带老顶下沉。p 超前巷道加中心柱。防 漏p 综采面对软弱顶板选用掩护式或支撑掩护式支架。用及时支护方式，端面距小于340mm。采高大时，应又护帮装置。必要时固结顶板。p 单体面对软弱顶板支柱上应又顶梁、背板、甚至背严及掏梁窝，柱距小于0.7m，端面距小于200mm。工作面两端用“四对八梁”或双楔交接顶梁。p 单体面或不用端头支架的综采面，面巷交接处用一对迈步抬棚。防 推p 切断下位23m左右顶板，切不断时，应挑顶。p “复合顶板”下用初撑力放推。p 摩擦支柱用“整体支架”放推。第三章 1概念l 控顶距从煤壁至密集支柱（墩柱）或采空区顶梁末端的一段距离。l 最小控顶距为采煤所必须的最小空间宽度。l 最大控顶距 最小控顶距加上放顶距 2简答采场控顶设计的目标与原则，控顶设计的特点采场控顶设计的目标：一、能最大限度地消除压、漏、推冒顶隐患，防止发生各种类型的冒顶事故；二、所需费用最少原则：预防，压垮型，漏冒和推垮型冒落特点 要求支架（支柱）有一定（较高）的初撑力来防压、防漏、防推。-工作阻力是压出来的，而初撑力是主动支撑顶板的。 均按最不利的条件，确定支护参数。-因为对于顶板事故是不允许有半点差错的。 综采漏冒型冒顶的控制措施 当直接顶较软时，需要考虑防漏；应选用掩护式与支撑掩护式支架。 当直接顶较软时,如果端面距过大,易引起端面冒顶。应选用端面距不超过340mm又能及时支护的架型（带护帮装置）。 支架初撑力大，顶板下沉小，端面冒高小。掩护式与支撑掩护式有向煤壁的推力，初撑力大，推力大，有利于控制端面冒高。 在断层破碎带，应采用固结法处理碎顶综采压垮型冒顶的控制措施 工作阻力应能支撑住工作空间及采空区上方垮落带岩层的重量。n 支架处于最不利的情况支撑老顶断裂岩块全部重量+直接顶岩层重量。n 初撑力应能保持直接顶与老顶或下位岩层与上位岩层不离层。n 为达此目的，初撑力应能把直接顶沿支架后端切断。n 3）支架的可缩量应适应裂隙带老顶的下沉。综采推垮型冒顶的控制措施 具有复合顶板，初撑力不足时，容易倒架。 上下位岩层间的摩擦阻力防推。 初撑力可将下位岩层紧顶到上位岩层上 放顶距的确定一排放顶距直接顶较松软，回柱放顶能立即垮落。二排放顶距直接顶较完整，回一排柱后较长时间不垮落，工作面顶板压力增大。p 顶梁长度0.8或1.0m顶板软，放顶距0.8或1.0m。顶板完整，放顶距1.62.0m。顶梁长度1.2m直接顶完整，齐梁直线柱，顶板软，错梁直线柱。放顶距均为1.2m 单体支柱工作面控顶设计漏冒型冒顶、压垮型冒顶、推垮型冒顶的控制措施漏冒：1）按顶板类型确定支护原则 坚硬顶板无需护顶，支柱带帽即可。 中等稳定支柱带顶梁，顶梁与裂缝最好垂交。 软弱顶板带顶梁，顶梁上加背板。特别碎的还要背严，柱距小于0.7m 。机头机尾采用四对八梁。2）控制端面冒顶顶板松软时，应采用恰当的柱梁配合，控制端面距，必要时增设短梁，使其小于200mm。3）控制单体面的端面冒高应控制在200mm以内，否则，顶板不好控制。一般初撑力愈大，端面冒高愈小。靠调压实验和监测来解决。4）铺金属网假顶解决碎顶当直接顶板松软破碎，或下行垮落开采而冒矸又胶结不好时，应采用金属网假顶。当垮落带无老顶时，网下可用支柱与II型长钢梁组成的对棚迈步支架。压垮：支架的工作阻力应能支撑工作空间及采空区上方垮落带岩重。 支架的初撑力应保持直接顶与老顶或下位岩层与上位岩层之间不离层 支架的可缩量应能适应裂隙带老顶的下沉 对厚层难冒顶板，用钻爆法或注水，松动碎裂23倍采高顶板推垮：3.1复合顶板、支柱初撑力不足，导致推垮。 措施：提高初撑力，将下位岩层顶紧上位硬岩层，使其间摩擦力防推。3.2 金属网下、支柱初撑力不足，网兜过大（超150mm），导致推垮。措施：提高初撑力。根据调压试验或日常监测确定。 3.3 摩擦支柱面防推，因其初撑力小，只能用整体支架。 3论述 综采工作面控顶设计的要求 控顶设计确定支架架型、支架工作阻力、初撑力、支架高度等。 要求防漏、防压、防推。 支撑式支架支撑性能好，但防护与稳定性差，不适应软弱顶板或倾角大的煤层。 掩护式支架防护与稳定性很好，但支撑性能差，不适应垮落带中有老顶的条件。 支撑掩护式支架-支撑性、防护与稳定性性能都很好，但造价较高。 综放工作面控顶设计的要求第四章 1概念 支护系统刚度 单位顶板下沉量所对应的支柱工作阻力的增量。 2简答 顶板状态参数 顶板处于良好状态：不增加附加措施仍能保证工作面正常生产。 不同顶底板与煤层，保证顶板处于良好状态的顶板状态参数是不一样的。 顶板状态参数有：顶底板移近量、端面冒高、及顶板台阶下沉量。网下开采时，有端面及工作面内网兜高度等。 采场支护参数1） 单体支柱工作面的支护参数（1）支柱初撑力 支柱密度 支护系统刚度综采工作面的支护参数 初撑力就是支护参数。 3论述 采场支护参数与顶板状态参数的关系 顶板状态参数（顶底板移近量、端面冒高、及顶板台阶下沉量、面内网兜高度等）均与支护强度有关。 支护参数越大，顶板状态参数越小。反之支护参数越小，顶板状态参数越大。 控制顶板处于良好状态，就要把支护强度提高到一定水平。 顶板状态参数不理想，就应调整某一个或几个支护参数。第五章 1概念 支柱初撑力 控顶设计中确定的初撑力即为该指标的指标值 支柱刚度 指单体支柱活柱缩量的支柱工作阻力增量。 2简答 单体柱面顶板动态监测的具体做法p 保证安全生产，要求“全方位”、“全过程”的监测。p 全方位：面内、两端、特殊地点。p 全过程：装面、初放、日常、拆面监测。p 具体做法：测线布置、数据量测、日常监报。 单体柱面监测顶板动态的指标及指标值p 顶底板移近量：每米采高的顶底板移近量不大于100mm。p 端面冒高：冒高