顶板案例分析—

1、晋北公司文明矿技术管理人员培训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内 容容 提提 纲纲一、工作面压架事故概况一、工作面压架事故概况 3222工作面情况工作面情况p 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。p 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

2、，进行初次放顶鉴定。p 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一、工作面压架事故概况 7114工作面情况工作面情况p 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 。p 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

3、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。p 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一、工作面压架事故概况 7114工作面情况工作面情况一、工作面压架事故概况一、工作面压架事故概况 7114工作面情况工作面情况一、工作面压架事故概况一、工作面压架事故概况 3248工作

4、面情况工作面情况p 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 。p 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。p 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二、工作面煤系及其岩层 3222工作面情况工作面情况p 3222工作面为首采工作面，位于二采区32煤层东

5、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。p 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。p 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二、工作面煤系及其岩层 3222工作面情况工作面情况3222工作面工作面32煤柱状图煤柱状图二、工作面煤系及其岩层二、工作面煤系及其岩层

6、 7114工作面情况工作面情况p 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 。p 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。p 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二、工作面煤系及其岩层 7114工作面情况工作面情况7114工作面工作面71煤柱状图煤柱状图二、工作面煤系及其

7、岩层二、工作面煤系及其岩层 3248工作面情况工作面情况p 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 。p 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a10p 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二、工作面煤系及其岩层 3248工作面情况工作面情况3248工作面工作面32煤柱状图煤柱状图三、工作面压架原因分析三、工作面压架原因分析 7

8、114工作面情况工作面情况p 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 。p 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。p 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。p 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三、工作面压架原因分析 7114工作面情况工作面情况p 老顶初次

9、来压时支架所需工作阻力为： cos)(1lkiliilizaLhLhLP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，()。

10、zLzLzLlilih三、工作面压架原因分析三、工作面压架原因分析 7114工作面情况工作面情况p 老顶初次来压时支架所需工作阻力为： zLzL63678 . 09659. 0)2262509. 642. 125(5 . 1Pp 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52818 . 09659. 0)1862509. 642. 125(5 . 1P 周期来压步距为14m时44458 . 09659. 0)1462509. 642. 125(5 . 1P三、工作面压架原因分析三、工作面压架原因分析 7114工作面情况工作面情况4 总结： 对于老顶初次来压，所需工作阻力6376

11、KN4400KN(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，支架才可能可能勉强支撑住垮落带岩层。 zLzL三、工作面压架原因分析三、工作面压架原因分析 3222工作面情况工作面情况p 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

12、高的3倍 。p 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。p 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。p 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三、工作面压架原因分析 3222工作面情况工作面情况p 老顶初次来压时支架所需工作阻力为： zLzLp 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

13、为14m时47018 . 09848. 0)1883. 42509. 644. 225(5 . 1P47018 . 09848. 0)1883. 42509. 644. 225(5 . 1P36998 . 09848. 0)1483. 42509. 644. 225(5 . 1P三、工作面压架原因分析三、工作面压架原因分析 3222工作面情况工作面情况4 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18

14、m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，支架才能够能够支撑住垮落带岩层。 zLzL三、工作面压架原因分析三、工作面压架原因分析 3248工作面情况工作面情况p 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 。p 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。p 理论垮落带高度：3 M6.9m，假设15.

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。p 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三、工作面压架原因分析 3248工作面情况工作面情况p 老顶初次来压时支架所需工作阻力为： zLzLp 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41208 . 09848. 0)180 . 42509. 683. 225(5 . 1P41208 . 09848. 0)180 . 42509. 683. 225(5 . 1P33818 . 09848. 0)140 .

16、42509. 683. 225(5 . 1P三、工作面压架原因分析三、工作面压架原因分析 3248工作面情况工作面情况4 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。但实际上垮落但实际上垮落带老

17、顶第一分层的厚度可能还比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，可能小，之所以偶有压架现象，可能是因是因“水水”、“断层断层”、“超高开采超高开采”等原因使得岩石碎胀系数变小、等原因使得岩石碎胀系数变小、或者使得或者使得“裂隙带裂隙带”岩层转变成岩层转变成“垮落带垮落带”岩层，从而导致老顶第二岩层，从而导致老顶第二分层也压下或冲击压垮分层也压下或冲击压垮。 zLzL三、工作面压架原因分析三、工作面压架原因分析 3248工作面情况工作面情况4 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： zLzL45358 . 09848. 0)185 .

18、42509. 683. 225(5 . 1P(KN/架)4 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，垮落带老由此可推测，垮落带老顶第一分层等于或小于顶第一分层等于或小于4.0m。四、工作面压架对策研究四、工作面压架对策研究 4 工作面压架主要原因p 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；p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冲击压垮击压垮。p 超高采煤、顶板淋水、断层可能导致垮落

19、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四、工作面压架对策研究 4 工作面压架对策p 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 ；p 工作面严格控制采高，杜绝超高采煤；p 工作面需要进行支护质量与顶板动态监测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；p 顶板淋水量过大，最好能疏排干； p 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五、对支架初撑力的要求 7114工作面情况工作面情况p ZZ440

20、0/17/35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01P cos01zahLLP 3928 . 09659. 009. 642. 1255 . 101P带入数据计算得：(KN/架) 五、对支架初撑力的要求五、对支架初撑力的要求 7114工作面情况工作面情况 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) 03P )(2cos02 03lLhL

21、LPzza 3928 . 0045. 109. 429659. 009. 642. 1255 . 1203P五、对支架初撑力的要求五、对支架初撑力的要求 7114工作面情况工作面情况 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。 0P sin1cos 0fLhLPzxxaxxh14408 . 02588. 01 . 019659. 009. 642. 1255 . 10 P11

22、.5MPa五、对支架初撑力的要求五、对支架初撑力的要求 3222工作面情况工作面情况 设平衡直接顶岩梁（AB）重量所需的支架初撑力为 ，则01P 6868 . 09848. 009. 644. 2255 . 101P 设平衡直接顶岩梁所产生力矩所需的支架初撑力为 ，则6868 . 0045. 109. 429848. 009. 644. 2255 . 1203P 将下位岩层顶紧上位岩层，为此支架所需的初撑力 ，则0P 0P 18958 . 01736. 01 . 019848. 009. 644. 2255 . 10 P15.07MPa五、对支架初撑力的要求五、对支架初撑力的要求 3248工作面情况工作面情况 设平衡直接顶岩梁（AB）重量所需的支架初撑力为 ，则01P 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0P 0P 17.5MPa7968 . 09848. 009. 683. 2255 .