对复合顶板推垮型冒顶的机理分析及预防

对复合顶板推垮型冒顶的机理分析对复合顶板推垮型冒顶的机理分析 及预防及预防 1 引言 引言 随着单体液压支柱在炮 普 采工作面的广泛应用 炮 普 采装备水平大大提高 支护条件有了质的飞跃 但复合 顶板推垮型冒顶仍时有生 本文将根据地质概况受力情况分析 其形成的机理及条件 2 复合型顶板概念及特点 复合型顶板概念及特点 一般煤层上面 0 5 3 0m 左右易于上部岩层离层的顶板 其 下部岩层的组合结构是一个整层或几个分层组成的分层组 层 间滑面发育或粘结力 形成复合关系 故称复合顶板 特点 软 弱 薄 软即指顶板岩性上硬下软 差异 较大 弱即指在软硬岩层之间存在弱面 易离合 薄即指下位 软岩较薄 冒落后不能充满采空区 复合型顶板极易产生推垮型冒顶 3 推垮型冒顶的概念及特点 推垮型冒顶的概念及特点 概念 由于支柱初撑力不足 造成抗推力不够 沿顶板推 力方向倾倒垮顶 特点 冒顶前采场顶板压力不大 支架基本无变形 一般没有 明显的预兆 冒顶发生时速度快 来势猛 具有突发性和连续性 各 个有活动顶板的工序均可发生 垮落范围较大 冒顶后老顶大面积悬露 但工作面仍无 明显压力 冒顶后未冒区支架完好无损 基本不受冒顶影响 冒顶一般在初放阶段 老顶未冒落前支架倒俯方向大都 沿正倾斜方向 4 推垮型冒顶沿倾斜方面上的受力机理分析要使直接顶稳 推垮型冒顶沿倾斜方面上的受力机理分析要使直接顶稳 定 其受力必须满足以下两个条件定 其受力必须满足以下两个条件 p 工作面支架的支撑力 r 合阻力 n 上覆岩层对直接顶的 压力 在该处由于二者已离层 因此 n 0 f1 g cos f2 一直接顶自重沿平行于顶底板方向的分量 f2 g sin g 一 直接顶自重 r1 一下部岩石对其下部直接顶下滑趋势产生的阻 力 r2 一上部岩石对其下部直接顶下滑趋势产生的拉力 r3 一 上覆岩石对其下方直接顶下滑趋势产生的磨擦力和剪切力 r4 一煤壁一侧岩石的磨擦力和剪切力 r5 一支架对上覆直接顶下 滑产生的阻力 r5 p sin 工作面长度方向上的倾角 支柱的迎山角 一般每 80 上迎 20 30 对于条件 在工作面支护强度的设计中已经解决 支柱的 初撑力完全能满足 f1 n 的支护要求 对于条件 根据工作面条件分析如下 r1 下部软岩冒落形成自由空间 r1 0 r2 煤与顶板较为破碎 r2 0 r3 顶板已离层 r3 0 r4 已断裂离合形成不规则的六面体 r4 0 r5 psin gcos sin 0 08g 100 300 取为 200 取为 50 通过分析得知 r r1 r2 r3 r4 r5 r5 0 08g f2 0 3g 一旦 f2 r 就会瞬时推垮 由此得出离层顶板的自动下滑 是推垮工作面的唯一动力 而老顶不参与推垮 结论 1 从 f2 g sin 可知 对于缓倾斜工作面来说 工作面倾 角的存在是发生此类推垮事故的必备条件之一 越大发生此 类事故的危险性越大 而 0 时 f2 0 就不可能发生这类 事故 生产实际中 在单体液压支护条件下 当 80 时就应 该采取必要的预防措施 2 有 f2 nf2 吨 根 n 为上方离层区内同排支柱根数 f2 与 n 成正比 当 n 0 时 f2 0 理论上说不离层不会推 垮 离层面积越大 推垮的可能性就越大 这是形成推垮的又 一必要条件 由此形成推垮冒顶的充要条件是 1 支柱初撑力低 稳定性 差 2 煤层有一定的倾角 3 老顶同下覆岩层存在离层 三个 条件必须同时具备 一旦下滑力大于合阻力 就会瞬时推垮 条件 1 是导致推垮的关键 条件 2 是形成推垮的必 要条件之一 条件 3 是造成推垮的根本原因 离层区下段与下方 5m 左右范围为推垮危险区 此段支架 与顶板存在相互依存关系 一旦破坏平衡 下部岩层对离层顶 板的阻力 0 给离层的不规则六面体提供了去路 因此 必须 接实护严顶板 支柱有效支护 棵棵监控 5 预防措施 预防措施 1 以防为主 坚持 初撑力第一 的观点 初撑力不足就 是事故 必须增大并保持单体支柱的初撑力 工作阻力 使初 撑力 p 不仅能支撑住复合顶板下位软岩层 而且使软岩层压紧 硬岩层 其间的磨擦阻力足够阻止软岩层下滑 从而支架自身 也能稳定 p 可按下式计算 p f1 f2 其中 f2 1 fgsin p h n cos 1 fsin 式中 p 每根支柱的初撑力 kn n 支护密度 根 m2 软岩层平均容重 kn m3 h 软岩层厚度 m 煤层倾角 度 f 软硬岩层间的滑动磨擦系数 为防止支柱钻底 一般采取支柱穿鞋或下底梁 支柱及时 二次注液 2 防止离层 从掘进工程开始加强管理 确保复合顶板的完整性 隐 蔽工程必须有详细地质资料 以便采取针对措施 先护为主 严禁空顶作业 空顶处必须及时接实 加强 临时支护 3 增强支架稳定性 初放期间或正常生产特殊地段按规定架设特殊支架 老 塘侧架设整体一梁三柱顺山挑棚 顶板破碎段套棚 以增强稳 定性 产生整体抗推力 增大合阻力 增加支柱迎山角 一般每 80 增加 2 30 为宜 4 工作面采取下伪方向施工 或沿伪俯斜推进 以减小 回采角度 降低一旦离层而产生的自重下滑力 一般初采期间 多甩采上部 使顶板呈下伪斜 30 50 按真倾斜方向施工的开 切眼 工作面上口超前下口的距离可由下式计算 式中 工作面顶板下伪倾角 30 50 煤层真倾角 度 l 工作面真倾斜长 m l 工作面上口超前下口的距离 m 5 控制采高 由于下位软岩较薄 如采高大 冒落后