采场顶板控制及其检测技术

采场顶板控制及其检测技术采场顶板控制及其检测技术 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 老顶 厚度大于 1 5m 2m 较坚硬的岩层 直接顶 厚度小于 1 5m 2m 较软弱 下面又无老顶的岩 层 伪顶 煤层与老顶或直接顶之间厚度小于 0 5m 随采随冒 的软弱岩层 碎胀性 掩饰破碎后的体积比整体状态下的大 碎胀系 数 破碎后体积与整体之比 软化性 岩石浸水后强度降低 软化系数 水饱和与干燥 试件单向抗压强度比 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 假说 压力拱假说 悬臂梁假说 铰接岩块假说 预成裂 隙假说 砌体梁假说 砌体梁结构 采场上覆岩层的岩体结构骨架是覆岩中的 坚硬岩层 可将上覆岩层划分为若干组 每组以坚硬岩层为底 层 其上部的软弱岩层可视为直接作用于骨架上的载荷 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 单体液压支柱 外注式 内注式 与悬臂梁 铰接顶梁配 合关系 老顶的初次来压 工作面回采以来老顶第一次大规模来压 周期来压 工作面内周期性的出现老顶来压现象 端面距 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 支护强度 支架对单位面积顶板提供的工作阻力 支护系统刚度 单位顶板下沉量所对应的支柱工作阻力 支撑式支架 可适应中等稳定或完整的直接顶板 但支架 漏 窜矸问题较大 不能抵抗来自沿层面方向的推力 掩护式支架 能适应松软破碎的直接顶板 具有抵抗来自 沿层面方向的推力的能力 但靠采空区的支撑力较小 不能适应老顶下沉来压的顶板 支撑掩护式 既能适应松软破碎的直接顶板 又能适应老 顶下沉来压的顶板 具有抵抗来自沿层面方向的推力的能力 什么是伪顶 其对控制顶板设计有什么影响 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 简述直接顶 老顶与 三带 的关系 由采矿引起的上覆岩 层破坏并向采空区跨落的岩层称为垮落带 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 采场顶板事故类型 采场顶板事故按力学原因划分如下 压垮型冒顶 1 垮落带老顶岩块压坏采场支架导致的冒顶 2 垮落带老顶岩块冲击压坏采场支架导致的冒顶 3 垮落带或裂 隙带老顶旋转下沉时压坏采场支架导致的冒顶 漏冒型冒顶 1 大面积漏垮型冒顶 2 靠煤壁附近局部冒 顶 3 采场两端局部冒顶 4 放顶线附近局部冒顶 推垮型冒顶 1 金属网下推垮型冒顶 2 采空区冒矸冲入 采场的推垮型冒顶 综合类型冒顶 1 厚层难冒顶板导致的冒顶 2 地质破坏 带附近的局部冒顶 3 大块游离顶板导致的冒顶 压垮型冒顶 由垂直于层面方向的顶板力压坏采场支架而 导致的冒顶 条件 1 直接顶薄 厚度小于采高的 2 3 倍 2 煤 层或直接顶上面存在老顶 分层厚度小于 4m 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 前兆 1 煤壁片帮 2 顶板下沉速度急剧增加 3 支柱载荷急剧增加 金 属液压支柱出现明显下缩并发出响声 支架安全阀开启 4 有时 能听到顶板深处断裂声 靠煤壁顶板顶板掉碴 断裂 5 信号 柱折断发生劈裂声 6 摩擦支柱放炮 漏冒型冒顶 由于采场直接顶软弱易破碎 大面积漏垮型 冒顶条件 直接顶异常破碎 煤层倾角较大 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 推垮型冒顶 由平行于层理方面的顶板力推到采场支架而 导致的冒顶 金属网下推垮型冒顶 条件 1 煤层倾角在 20 以 上 2 网上是悬浮顶板 岩层间有空隙 3 单体工作面 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 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 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 综合类型冒顶 厚层难冒顶板冒顶 条件 1 煤层倾角在 20 以上 2 网上是悬浮顶板 岩层间有空隙 3 单体工作面 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 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 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 复合顶板推垮型冒顶特点 1 压力小 支架没有变形 损坏和明显下缩 2 离层后 形成不稳定结构 有横向移动 倾向 沿煤壁断裂 3 冒顶后支护以倾倒为主 4 冒顶后上 部岩块大面积悬露 个别冒落 5 多发生在切眼附近 6 没 有明显征兆 来势猛 速度快 人力无法抗拒 采场中易发生推冒顶的地点 1 开切眼附近 2 地质破 坏带附近 3 尖灭构造附近 4 旧巷附近 5 掘进上下平巷时破 坏了复合顶板的地点 6 局部冒顶区附近 7 倾角大的地段 8 顶板岩层含水的地段 对采场支架的基本要求 1 采场支架对顶板应能支得起 就是要求支架在其工作全过程都能够支承住顶板所施加的压力 否则就会导致压垮型冒顶事故 2 采场支架对顶板应能护的好 就是要求采场支架能控制住工作空间的顶板 使其一点不冒落 如果护的不好 则可能会发生漏冒型冒顶 3 采场支架对顶板 应能稳得住 就是要求支架具有抵抗来自层面方向推力的能力 如果采场支架对顶板稳不住 则可能会导致推垮型冒顶 预防冒顶事故控顶设计的原则 1 防压 工作阻力支撑住 垮落带的直接顶与老顶 2 防漏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 3 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 最小控顶距的确定方法 从采煤生产要求出发 大多数工 作面最小控顶距是三排 即机道 人行道与材料道 有些情况 下需要用四排柱子 比如老顶来压期间可扩大一排控顶距 从 而缓和老顶初次来压的威胁 复合顶板初次垮落期间 也可扩 大一排控顶距以增加支护的稳定性 当出现地质破坏带或因矿 井瓦斯涌出量较大时 需较大的通风断面来满足通风要求时 也需要采用四排柱子 顶板状态参数 薄及中厚煤层开采时 最重要的顶板状态 参数有顶底板移近量 端面冒高 顶板台阶下沉量 网兜高度 四个参数 综采工作面支护质量检测与顶板动态监测指标及具体做法 支护质量检测指标有 1 支架初撑力 2 支架工作阻力 3 支架 与工作面输送机的夹角 4 支架横向歪斜角 5 支架端面距 6 支架顶梁俯仰角 7 支架顶梁错距 8 支架间距 顶板动态监测 指标有 1 端面顶板冒落高度 顶板中的断层 具体做法 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 论述如何实现科学的顶板管理 顶板的科学管理包括 一 在工作面投入生产前要进行合理的顶板控制设计 二 在工作 面日常生产过程中要进行支护质量与顶板动态监测 为此我们 应研究采场顶板事故机理以及预防措施 并在此基础上提出进 行工作面合理顶板控制设计的方法 研究支护质量与顶板动态 监测新技术 从而保证合理顶板控制设计的实现 论述进行支护质量和顶板动态监测的目的和意义 目的 管好采场顶板并最大限度的消除采场冒顶事故 意义 只有进 行日常的动态监测才能发现原控顶设计中的支护参数是否合理 才能发现生产中顶板控制是否达到设计中的要求 从而发现问 题 进而解决问题 以消除安全隐患尽可能的避免顶板事故的 发生 综采初放阶段顶板控制应注意哪些问题 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 及 计算 只是式 中的 应以 加上初次垮落步距的一半代替 即以 代替 计算 时 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 计 算 只是式中垮落带最上老顶分层的 应该用二分之一老顶初次 来压步距代替 计算时 应取实际数据 简述综采工作面空顶设计 过程 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 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 p0 平衡直接顶岩梁重量的初撑力由 计算 主要为防压 平衡直接顶岩梁力矩的初撑力由 计算 也为防 压 沿支架后端切 断直接顶所需的初撑力 p0 取 p01 和 p03 中 的大值 支架工作阻力由 计算 算顶板下沉量 在设计时最 大控顶距处顶板下沉量 应取 其中 若跨落带中无老顶而煤 层上面又无厚层难冒顶板时取 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 50mm 5 支架初撑力由公式 计算 预防冒顶事故的控顶设计特点 第一 控顶原则之一 预 防压垮