岩层及顶板控制.ppt

地质常识及岩层控制,吴国辉徐州能源工业学校,引言,学员们：煤炭资源大多数埋藏在地下，采掘过程非常复杂，是一项综合性很强的工程。煤矿井下存在顶板、瓦斯、水、火、粉尘等自然灾害，要从事这一职业，必须具备很强的专业技术知识、安全管理知识和从事这一职业的决心、毅力。本节通过对岩层及岩层控制的分析介绍以解决井下顶板的问题，保障采掘空间的安全。,本课程是顶板控制的基础知识，是采场支护设计的基础，也是理解采矿设计原理和形成采矿新方法、新技术的理论基础。本课程既具有理论性，又具有较强的实践性，是培养创新思维和实践能力的重要课程。本课程授课时间为2学时。,课程性质,课程内容,岩层的概念。岩层控制的基本情况采掘现场运用及案例分析,岩石分类：1岩石成因：岩浆岩、沉积岩、变质岩2颗粒结合特征：固结性、粘结性、散粒状、流动性3强度和坚实性：坚硬岩石、松软岩石,一岩石的基本概念,岩石：组成地壳的基本物质，由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合成的岩块。,岩块,岩体,地质构造,一、岩石的质量指标1岩石密度和体积力2岩石相对密度二、岩石体积指标1岩石孔隙性2岩石碎胀性和压实性,二岩石的基本物理性质,三岩层顶板控制概述,基本概念原岩体地下岩体在受到人类工程活动影响前称为原岩体,原岩体在地壳内各种力的作用下处于平衡状态。矿山压力由于在地下进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和支护物上所引起的力，就叫做矿山压力,1、基本顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层,煤层顶底板岩层,煤层顶底板岩层的构成,1、保证安全生产2、生态环境保护3、减少资源损失4、改善开采技术5、提高经济效益,岩层及顶板控制的作用,煤矿开采设计、生产管理、科学研究的基础,顶板下沉与支架承载,顶底板移近,两帮鼓出,冒顶、片帮,矿压显现的形式,矿山压力显现,围岩运动,支架受力,两帮运动,顶板运动,底板运动,载荷增减,支架压折,支架变形,概念？,采动后表现出的矿山压力现象,矿山压力的来源,矿山压力,根源？,采动前的原岩应力,随采深的增加而增加是不确切的,来源？,1.岩层重力2.构造运动作用力3岩体膨胀作用力,各点主应力的大小、方向、垂直应力与水平应力之间的比值等决定了采动后围岩应力重新分布的规律,矿压显现对巷道的影响,原岩应力重新分布,掘进过程支护不及时,支架强度不足,顶板事故,顶板事故的发生机理,避免顶板事故，保证采矿作业安全,岩层及顶板控制的过程,断层与褶曲,挤压与破碎带,节理、裂隙,煤层倾角,开采深度,上部煤层残留煤柱,工作面推进速度,采高与控顶距,影响工作面矿山压力显现的基本因素,1950-2003年煤矿各类事故发生起数及死亡人员统计,四巷道冒顶事故的致因及防治,1954-1985年顶板事故死亡人数占总数的45%，其中工作面顶板事故占75%，巷道顶板事故占25%；1986-1992年顶板事故死亡人数占总数的40%，其中工作面顶板事故占66%，巷道顶板事故占34%；顶板事故总体呈下降趋势，其中工作面顶板事故亦呈下降趋势，而巷道顶板事故呈上升趋势。,顶板事故发展趋势,巷道冒顶事故分类,1、掘进工作面冒顶2、巷道交叉处冒顶3、支架支护巷道冒顶4、锚杆支护巷道冒顶,冒顶多发地点,断层、褶曲等地质构造破坏带层理裂隙发育的岩层中放炮不慎崩倒附近支架接顶不严实而导致岩块砸坏支架掘进工作面无支护部分片帮冒顶推倒附近棚子,预防措施,（1）掘进工作面遇到断层褶曲等地质构造破坏带或层理裂隙发育的岩层时，棚子支护时应紧靠掘进工作面，严格控制空顶距。（2）严格执行敲帮问顶制度，严禁空顶作业。（3）冒顶区及破碎带必须背严接实，必要时要挂金属网防止漏空。（4）控制炮眼布置及装药量，防止放炮而崩倒棚子。,进行临时支护,巷道交叉处冒顶事故的原因及预防,致因巷道开岔时，顶部存在与岩体失却联系的岩块，开岔口新支设抬棚的强度不足，或稳定性不够；交叉点面积大，支护力不足。,交叉点处空顶,地质及技术条件煤层巷道巷道净断面：6.8扩大到10.5无临时支护经过空顶作业，顶板突然冒顶原因交叉地点套修属特殊作业，没有制定详细技术补充措施麻痹大意，误认为顶板稳定先拆支架后支护,交叉点处空顶,地质及技术条件顶底板均为岩石巷道净断面：6.8m*m掘进方式：炮掘支护方式：u型钢拱形支架临时支护背板：木板与木条2#碹已掘进9.6m，右边3.6m已砌碹，断面3.9m*3.6m事故发生原因及经过2#碹向前打眼掘进时局部冒顶三架支架被推倒交叉点悬顶面积大，没有专人观察顶板情况支架稳定性不好，临时支护不起护顶作用,预防措施,（1）开岔口应避开原来巷道冒顶的范围；（2）必须在开口抬棚支设稳定后再拆除原巷道棚腿。（3）抬棚材料的质量与规格符合要求；（4）当开口处围岩尖角被挤压坏时，应及时采取加强抬棚稳定性的措施。,支架支护巷道冒顶防治,致因压垮型：巷道压力过大，损坏了支架，顶部已破碎的岩块冒落；漏垮型：无支护巷道或支护失效（非压坏），巷道顶部游离岩块在重力作用下冒落；推垮型：巷道顶帮破碎岩石在运动过程中存在平行巷道轴线的分力，巷道支架的稳定性不够，被推倒而冒顶。,支架严重变形破坏,支架稳定性差,工程因素影响,替换支架时空顶空帮,地质及技术条件工作面出口处煤层巷道将4.7m*m拱形支架替换为1.8*1.8m的木棚经过木棚先支三架回收第三架拱形支架时费力用锤猛击，顶板突然冒落原因换棚前支架受力大换棚后支架顶板和两帮不接回拱形支架时，木棚没打中柱,预防措施,（1）巷道布置在稳定的岩体中，避免采动影响；（2）巷道支架应有足够的支护强度；（3）巷道支架有足够的可缩量；（4）支架施工时要严格按工序质量要求进行，并特别注意顶与帮的背严背实问题；（5）凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护顶，再施工；（6）巷道替换支架时，必须先支新支架，再拆老支架。,锚杆支护巷道冒顶防治,致因巷道顶板出现离层锚杆强度不足,距顶板2.0m处存在软弱夹层时剪应力及顶板破坏过程,岩层结构,锚杆支护失效,防治措施,1.应用地应力为基础的锚杆支护设计方法2.钻孔、锚杆、树脂卷直径进行合理匹配3.使用高强锚杆及全长锚固4.使用小孔径预应力锚索加强支护5.进行煤巷锚杆支护监测,高（超高）强度锚杆支护系统,左旋螺纹杆体结构，低稠度双速锚固剂，钻孔、杆体、树脂卷三径合理匹配所形成的全长锚固技术，使巷道围岩变形量比端锚锚杆减少50%以上。,测力锚杆、顶板离层指示仪,顶板岩层结构探测,利用锚杆钻机钻孔这一施工过程，每0.8m1.0m对顶板地质情况逐一查明，由此发现易冒顶顶板冒顶隐患，从而采取必要的支护措施。本项技术是原创型的，属于中国矿业大学独有技术。,合理煤柱尺寸研究,留设煤柱护巷时的基本要求尽量减少煤柱损失煤柱宽度要符合采场顶板运动规律及支承压力分布规律煤柱宽度要有利于充分发挥先进锚杆支护技术的作用,煤柱破坏机理分析煤柱的几种破坏形式影响煤柱工作状态的因素分析锚杆加固煤柱机理,(a)煤柱顶部无软夹层(b)煤柱顶部有软夹层(c)煤柱高1/2处有软夹层,a切破坏，b纵向劈裂，c沿弱面或断层破坏，d煤柱压入底板出现底臌煤柱常见的几种破坏形式,载荷大小煤柱强度的尺寸-形状效应承载时间煤柱与围岩的相互作用,顶板支护新技术锚杆,锚杆尾部断裂的危害,等强金属锚杆,