煤矿顶板事故防治技术课件

煤矿顶板事故防治技术

第一部分：煤矿顶板事故综述一、顶板事故在煤矿事故中的比重图1-11950~2003年煤矿各类事故原因分析第一部分：煤矿顶板事故综述一、顶板事故在煤矿事故中的比重23.59.933.552.316.139.3725.620.3961.574.12.25.2529.51.772.8812.720.161.020.82.4811.288.810102030405060123456789101112事故次数占百分比死亡人数占百分比%横坐标：事故次数及伤亡人数纵坐标：事故次数及伤亡人数百分比

事故性质1－水灾事故;2－瓦斯煤尘爆炸;3－顶板事故;4－火灾事故;5－瓦斯窒息中毒事故;6－煤尘爆炸事故;7－提升运输事故;8－其他;99－自救伤亡;10－机电;11－煤与瓦斯突出;12－爆破图1-21950~2003年煤矿各类事故发生起数及死亡人员统计分析

第一部分：煤矿顶板事故综述二、回采工作面与巷道顶板事故发展趋势分析

1954~1985年期间，顶板事故的死亡人数占总事故死亡人数的45%，其中，采煤工作面顶板事故占75%，巷道顶板事故占25%。

1986~1992年期间顶板事故死亡人数占总死亡人数的40%，其中，采煤工作面顶板事故占顶板事故总数的66%，巷道顶板事故上升到34%。第一部分：煤矿顶板事故综述三、顶板事故的特点顶板事故具有四个属性（一）突发性（二）灾难性（三）破坏性（四）继发性四、对顶板事故的认识和加强顶板管理的重要性

一、有关概念

1．伪顶、直接顶、老顶

伪顶——直接位于煤层之上，厚度不大，一般约0.2~0.4m，是极易脱落的页岩，随落煤而掉，极难支护。直接顶——位于伪顶或煤层之上，有一层或几层岩石组成，较易垮落，一般在回柱后，很快就会垮落

老顶——位于直接顶或煤层上方，厚度大，岩性较坚硬，呈周期性垮落。第一部分：煤矿顶板事故综述

2．离层系指采面顶板发生层间脱离，从而失去了层间“控制”和依存关系。离层是采面的重大隐患之一。

3．初压、周压初次来压——系指老顶第一次断裂垮落，从而导致采面来压的现象，叫做老顶初次来压。

周期来压——随老顶周而复始的垮落，而引起采面周期来压的现象，称之为周期压力。

4．初次放顶初次放顶在此是广义的概念，系指从切眼装面，到初次来压结束，这一时段，叫采面初次放顶期间。初次放顶期间是较大顶板事故多发期。务必加强“精细化”管理。

5．初撑力系指人们使用升柱工具，给支柱对顶板的主动支撑力叫初撑力，它是回采工作面顶板管理最重要的一项指标。必须达标。第一部分：煤矿顶板事故综述

6．阻力监控法系指采用科学方法，对采面支柱的初撑力、工作阻力和支护质量及顶板动态进行现场测定与监控的方法叫阻力监控法，它是单体液压支柱工作面的“支护质量与顶板动态监控”方法的简称。

7．支护系统刚度从实践上讲，系指采面支架，从支柱扎底量，到过顶材料、顶梁、支柱、柱鞋可压缩的程度，即，顶底板的移近量，称支护系统刚度。生产实践表明，其“合理刚度”应为每米采高＜100mm／m，采煤工作面的顶板将处于良好状态。第二部分：矿山压力基本知识一、开采后上覆岩层的移动特征四、采煤工作面顶板的控制

二、采煤工作面矿压显现的基本规律

三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析

一、开采后上覆岩层的移动特征1.岩层移动和破坏的影响因素2.上覆岩层移动的破坏特征（一）三带的形成冒落带裂隙带弯曲下沉带一、开采后上覆岩层的移动特征（一）三带的形成图2-1顶板岩层移动和破坏现象一、开采后上覆岩层的移动特征（一）三带的形成3.上覆岩层运动规律的研究内容

（1）冒落带的高度；（2）裂隙带的高度；（3）直接顶的发展变化规律；（4）基本顶各岩梁的发展变化规律；（5）支承压力发生、发展变化规律；（6）内外应力场的形成条件及其发展变化规律。一、开采后上覆岩层的移动特征（一）三带的形成4.上覆岩层运动规律对顶板事故的影响事故原因：采动诱发顶板运动和破坏；事故形成条件支护不及时支护决策失误：支护方式不合理（没有针对顶板运动破坏等特点），没有满足“合理位态”控制的要求，表现为支护阻力不足或可缩量不够。采场上覆岩层的竖三带（1）冒落带：指直接顶岩层。冒落后成块状，彼此间失去了力的联系，不规则地堆积在底板上。如果直接顶比较厚，冒落后由于其碎胀性，可以充满采空区，对老顶岩层会起到支撑作用，这将大大减轻老顶的来压强度。（2）裂隙带：指老顶岩梁组合。工作面推过以后，老顶岩梁组合断裂、下沉，但由于块度很大，岩层断裂后，各岩块间并没有失去力的联系，而是彼此间相互咬合，形成诸如“砌体梁、悬臂梁、压力拱、铰结岩块”等之类的结构。这些结构将上覆岩层的重量一方面传递到工作面前方煤壁，另一方面传递给工作面后方冒落矸石，而工作面支护工作空间则在这种结构的保护下，承受较小的压力。（3）弯曲下沉带：裂隙带之上至地表的岩层。采动以后，这部分岩层只发生下沉和弯曲，并没有断裂。但下沉的结果会使地表产生下沉盆地，严重时可能使地表形成局部裂缝、塌陷或台阶下沉，给地表建筑物造成破坏。采场上覆岩层的横三区(1)

煤壁支撑影响区：煤层上方的岩层在开采的影响下，在工作面前方20~30m处开始变形，其特点是水平移动剧烈，垂直运动很小，当工作面推过此区，才能引起垂直位移急剧增加。(2)

离层区：此区垂直位移急剧增加，但各层位移速度不尽相同，特点是上位岩层移动缓慢，下位岩层移动较快，因此，此区内会形成离层现象。(3) 重新压实区：工作面后方已断裂的老顶遇到矸石支撑后，下位岩层下沉速度慢，上位岩层下沉速度快，原来发生离层的地方又重新被压实，故该区叫重新压实区。

煤壁支撑影响区(a—b);B—离层区(bc);C—重新压实区(cd);I—冒落带;II—裂隙带;III—弯曲下沉带;

—支撑影响角二、采煤工作面矿压显现的基本规律

（一）直接顶的初次垮落初次放顶步距一般为6~20米。步距的大小是根据直接顶的岩石强度、厚度、节理裂隙发育程度等因素确定。初次垮落应注意：在掌握步距或冒落规律的同时，放顶时应采取必要的加固措施，以保证生产安全。二、采煤工作面矿压显现的基本规律

（二）老顶的初次来压

初次来压步距大小与老顶厚度、岩性、地质构造有关，一般为20~35米，有时可达50~70米，甚至更大。初次来压的特点：顶板急剧下沉，支架载荷明显增加，顶板出现沿煤壁的裂隙，甚至发生台阶下沉现象，煤壁严重片帮、采空区顶板大面积垮落，形成巨大的声响和风流等。

老顶断裂成岩块后的转动定义由于老顶的初次断裂失稳引起工作面顶板来压的现象。形成过程随着工作面推进还可能形成四、五……不同数量岩块的咬合平衡，直到岩块间的咬合关系不能满足平衡为止。初次来压特征老顶初次来压比较突然来压前回采工作空间上方的顶板压力比较小因而往往容易使人疏忽大意。初次来压时，老顶垮距比较大，影响的范围也比较广，工作面易出现事故。衡量指标来压强度和初次来压步距顶板坚硬、直接顶薄的工作面初次来压强度大、来压步距大。采取对策在来压期间，必须加强支架的支撑力，尤其要加强支架的稳定性。一般可以采用木垛、斜撑等特种支架加强回采工作空间的支护。（二）老顶的初次来压周期来压的主要表现形式顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱所受的载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生台阶下沉等现象。如果支柱参数选择不合适或者单体支柱稳定性较差，则可能导致局部冒顶、甚至顶板沿工作面切落等事故。由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象随着回采工作面的推进，在老顶初次来压以后，裂隙带岩层形成的结构，将始终经历“稳定-失稳-再稳定”的变化，这种变化将呈现周而复始的过程。由于结构的失稳导致了工作面顶板的来压。这种来压也将随着工作面的推进而呈周期性出现。（三）周期来压二、采煤工作面矿压显现的基本规律

（三）周期来压周期来压步距，一般比初次来压步距要小，通常为初次来压步距的1/2~1/4倍，一般为5~12米，有时可达20~30米。三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析

（一）回采工作面周围的矿压规律及特点

1.层面内图2-4采空区周围应力重新分布的概貌1–工作面前方超前支承压力；2、3、4–沿倾斜、仰斜及工作面后方残余支承压力三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析

（一）回采工作面周围的矿压规律及特点

1.层面内图2-5回采工作面周围支承压力在煤层平面内分布示意图三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析

（一）回采工作面周围的矿压规律及特点

2.顶底板方向图2-6支承压力在被开采煤层顶底板中分布示意图1–采动影响带边界；2–支承压力区；3–卸载区边界三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析

（一）回采工作面周围的矿压规律及特点

2.顶底板方向图2-7煤体与采空区交界处底板岩层中的不同矿压显现区应力增高区，不应布置巷道应力降低区，受采动影响且距离较远，不宜布置巷道影响轻微区，适合布置巷道未受采动影响区。三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析

（一）回采工作面周围的矿压规律及特点

3.工作面端头图2-8煤层凸出角处的叠合支承压力三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析

（二）巷道矿压特点分析1.受采动影响的沿走向方向的平巷

图2-9工作面下顺槽顶底板移动的全过程曲线1–移动速度曲线；2–移近量曲线Ⅰ.巷道掘进阶段每天移近量，从几毫米至几十毫米，稳定期一般小于1毫米/天Ⅱ.无采掘影响阶段每天0.2~0.5毫米/天Ⅲ.采动影响阶段采前几毫米到几十毫米，占总移近量的10~15%；采后为20~30毫米/天，少数情况下40~50毫米/天，占50~60%Ⅳ.采动影响稳定带＜1毫米/天，高达1~2毫米/天，占5~8%Ⅴ.二次采动影响带

10~30毫米/天，占20~25%。从掘进到报废整个服务期间，顶底板移近总量为：U=U0+v0t0+U1+v1t1+U2巷道掘进阶段（Ⅰ）掘进巷道仅对小范围岩体造成扰动，故一般情况下矿压显现不会很剧烈.无采掘影响阶段（Ⅱ）顶底板移近速度比掘进期间要小得多，故巷道基本上处于稳定状态。采动影响阶段（Ⅲ）采动影响是由于回采工作引起围岩应力再次重新分布而造成的。这阶段中矿压显现也最强烈。采动影响稳定阶段（Ⅳ）这是巷道围岩经受一次采动影响后重新进入相对稳定的阶段，故其围岩移动特征基本上与无采掘影响阶段类似。二次采动影响阶段（Ⅴ）二次采动影响的时间和空间规律与一次采动影响类似，但由于这种情况下巷道受到下区段工作面超前支承压力和巷道煤体一侧残余支承压力的叠加作用，二次采动影响的剧烈程度和影响范围都会比一次采动影响稍大。移近速度曲线移近量曲线巷道矿山压力显现三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析

（二）巷道矿压特点分析1.采动影响区沿倾斜方向的矿压显现分区

图2-10采区斜巷中沿倾斜不同矿压显现带卸载带：宽为1~3米支撑压力带：宽为12~25米，

k=2~3原岩应力带1—冒落带;2—裂隙带a—覆岩为软岩层;b—覆岩为中硬岩层;c—覆岩为坚硬岩层2.不同类型覆岩开采后的破坏情况3.回采工作面附近应力集中两相邻采空区周围的应力分布4.采场周围支承压力分布老顶断裂前的结构形式及其周围的应力再分布A—应力增高区;B—应力降低区;C—应力不变区

（1）工作面在正常推进期间，上覆岩层所形成的结构，由“煤壁——已冒落矸石”支撑体系来支撑，下位岩层（直接顶）由“煤壁——工作面支架——已冒落矸石”所形成的支撑体系来支撑。（2）由于上覆岩层的结构大多是半拱式的，因此煤壁一端几乎支撑着回采工作空间上方悬露岩层的大部分重量，而采空区后方只承受压实区的重量。（3）工作面前后方形成三个不同的支承压力区。即工作面前方压力增高区、工作面支护空间前后减压区及工作面后方稳压区。（4）随着工作面不断向前推进，这三个区不断向前移动，使工作面承受的压力显现出动态的过程。5.分层开采时的矿山压力显现的基本规律由于在第一分层回采时顶板岩层已经历了一次悬露、破裂、折断和垮落的过程，完整性受到了破坏；下分层工作面的老顶来压将会显著减弱或者不再显现，即通常所说的在回采顶分层时可能出现“动压”，而在回采下分层时则主要表现为“静压”。其基本表现为老顶来压步距小，强度低;支架载荷变小;顶板下沉量变大。放顶煤开采技术由于放顶煤开采的支架上方存在一层厚而破碎且随采随放的顶煤，因而与分层开采相比，其矿压显现也有一些其自身的特点支承压力冒落的松散顶煤损伤和破坏的顶煤煤层6.放顶煤工作面矿山压力显现特征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7.影响工作面矿山压力显现的基本因素四、采煤工作面顶板的控制

（一）支护对支架的要求

采掘工作面支架的“支、护、稳”与常见的顶板事故有着密切的联系。

四、采煤工作面顶板的控制

（一）支护对支架的要求

1.要考虑不同的煤层顶板条件和煤层倾角

当基本顶来压比较强烈，直接顶很完整，煤层倾角又比较小时，主要考虑“支得起”问题。对于来压不明显，直接顶比较破碎，煤层倾角又大时，主要考虑“护得好”问题。当基本顶来压强烈，直接顶比较破碎，煤层倾角又不大时，此时，要考虑“支得起、护得好”问题。当煤层倾角较大时，顶板又属覆合顶板类型，或分层开采铺有金属网时，主要考虑“稳得住”问题。当基本顶来压强烈，直接顶又比较破碎，煤层倾角又较大时，支架的“支、护、稳”都要一并考虑。四、采煤工作面顶板的控制

（一）支护对支架的要求

2.要考虑不同地点对支护的不同要求靠近煤壁附近的无支护空间要特别注意“护顶”问题。放顶线附近要特别注意“支和稳”问题。对上下出口处要尤其注意“支、护、稳”问题。四、采煤工作面顶板的控制

（一）支护对支架的要求

3.要考虑支架性能综采支架单体微增阻式支柱和单体液压支柱单体刚性支柱和急增阻式金属摩擦支柱在选择支架类型和布置时，应充分考虑煤层顶板和倾角等条件要求，性能要和条件要求相匹配，才能把顶板事故减少到最低限度。第三部分：顶板事故的致因与防治

一、采煤工作面顶板事故的防治二、巷道顶板事故的致因及防治一、采煤工作面顶板事故的防治

（一）顶板事故的分类

采场顶板事故按力源可分为压垮型漏冒型推垮型冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治

（一）顶板事故的分类

由垂直层面方向的顶板力压坏采场支架而导致的冒顶，又分为：①老顶来压时压垮型冒顶②厚层难冒顶板大面积冒顶③直接顶导致的压垮型冒顶

1.压垮型冒顶

一、采煤工作面顶板事故的防治

（一）顶板事故的分类

因破碎顶板没有得到有效的防护而冒落导致的冒顶，又分为：2.垮漏型冒顶

大面积漏垮型冒顶局部漏冒型冒顶工作面上下出口的局部冒顶放顶线及其附近的局部冒顶地质破坏带附近的局部冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治

（一）顶板事故的分类

由于平行于层面方向的顶板力推倒支架而导致的冒顶，又分为：3.推垮型冒顶

复合顶板推垮型冒顶

金属网下推垮型冒顶

大块游离顶板旋转推垮型冒顶

采空区冒矸冲入采场的推垮型冒顶

此外，还可能出现综合类型冒顶

一、采煤工作面顶板事故的防治

（一）顶板事故的分类

煤矿中习惯把采场冒顶分为两大类：

局部冒顶大型冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治

（一）顶板事故的分类

范围不大，伤亡人数不多（每次1～2人）的冒顶，可分为：1.局部冒顶

靠近煤壁附近的局部冒顶

放顶线附近的局部冒顶上下出口的局部冒顶

地质破坏带附近的局部冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治

（一）顶板事故的分类

范围较大，伤亡人数较多（每次3人以上）的冒顶，可分为：

2.大型冒顶

两端来压时的压垮型冒顶

厚层难冒落大面积冒顶直接导致的压垮型冒顶大面积漏垮型冒顶

复合顶板推垮型冒顶金属网下推垮型冒顶大块游离顶板旋转推垮型冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察①原因分析1.靠近煤壁附近的局部冒顶

节理、裂隙发育，岩石强度低

支护质量差，支撑力不足造成离层炮采时，装药量过多，放顶崩倒支架，顶板失控老顶来压时，煤壁附近直接顶破碎新暴露的顶板没有及时支护综采时，端面距过大一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察②防治措施1.靠近煤壁附近的局部冒顶

对新暴露的顶板及时支护，如图3-1、3-2所示炮采时，炮眼布署及装药量要合理煤层的节理方向与工作的推进方向垂直或斜交来压期间，若煤壁片帮，要进行超前支护，减小端面距综采时，对破碎顶板要注入粘结剂进行固化加快工作面推进速度采高大，煤体松软时，加设护帮装置一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察1.靠近煤壁附近的局部冒顶

图3-1正悬臂交错顶梁支护一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察1.靠近煤壁附近的局部冒顶

图3-2错梁直线柱支架布置1-临时柱；2-正式柱2.镶嵌型顶板局部冒顶地质及技术条件煤层编号：11#直接顶岩性：粉砂岩底板：砂页岩采高：1.8~2.2m采煤方式：炮采支护方式：金属摩擦支柱+1.0m金属梁事故发生经过靠近煤壁装煤直径2m，厚0.9m岩块掉落死亡1人顶板楔形岩块冒落地质及技术条件煤层编号：12#直接顶岩性：细砂岩底板：粉砂岩采高：1.2m采煤方式：80采煤机，截深0.6m支护方式：金属摩擦支柱+1.1m木板梁事故发生经过靠近煤壁装煤2.7m长、0.85m宽、1.04vm厚岩块掉落死亡1人①采用能及时支护悬露顶板的支架，并使端面距不大于200mm；正悬臂交错顶梁支架错梁直线柱支架布置3.单体支柱工作面冒顶事故防治②炮采时，炮眼布置及装药量应合理，尽量避免崩倒支架。③尽量使工作面与煤层的主要节理方向垂直或斜交，避免煤层片帮。④在金属网下，还可以采用长钢梁对棚迈步支架。⑤在架设支架前还必须敲帮问顶，以防止掉岩块伤人4.综采工作面的局部冒顶预防措施支架设计上采用长侧护板整体顶梁内伸缩式前梁增大支架向煤壁方向的水平推力提高支架的初撑力；工艺操作上，采煤机过后，及时伸出伸缩梁，及时擦顶带压移架，顶梁的俯视角不超过7°。当碎顶范围较大时（比如过断层破碎带等），则应对破碎直接顶注入树脂类粘结剂使其固化，以防止冒顶。一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察①原因分析2.上下出口局部冒顶

此处为应力叠加区域，顶板完整性可能遭到破坏换棚时，破碎顶板冒落移机头机尾，交换抬棚，破碎顶板冒落老顶来压时，支柱侧向力不足，推倒支架造成局部冒落老顶来压时，压坏部分支柱，导致的局部冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察②防治措施2.上下出口局部冒顶

及时架设有足够支撑力和可缩性的支柱

支护糸统必须具有一定的侧向力换棚时，要模清顶板情况，采取必要的措施

在机头机尾处各应用四对一梁三柱的钢梁抬棚支护，每对抬棚随机头机尾的推移迈步前移；在机头机尾处采用双楔铰接顶梁支护。在采场两端采用十字铰接顶梁支护系统以防漏冒。在超前工作面10m以内，巷道支架应加双中心柱，超前工作面10~20m，巷道支架应加单中心柱以预防冒顶。一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察①原因分析3.放顶线附近的局部冒顶

回柱方式不合理，先回“吃劲”柱子，引起周围破碎顶板的冒落

顶板存在由断层、裂隙、层理等切割而成的大块游离岩块时，回柱后游离岩块推倒支架，导致冒顶。如图3－4所示在金属网假顶下回柱放顶时，如果网上有大块游离岩，也会发生因游岩块旋转而推倒支架的局部冒顶

一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察3.放顶线附近的局部冒顶

图3-4顶板中游离岩块旋转推倒支架一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察③防治措施3.放顶线附近的局部冒顶

采用正确的回柱方法，防止顶板压力向局部支柱集中而造成回柱的困难若工作面使用木支柱，可直接用铰车远距离回柱加强地质工作，记载大岩块的位置与尺寸在大岩块下用木垛等加强支护

当大岩块尺寸超过一次放顶步距时，在大岩块下延长控顶距①加强地质及观察工作，记载大岩块的位置及尺寸；②在大岩块范围内用木垛等加强支护；③当大岩块沿工作面推进方向的长度超过一次放顶步距离时，在大岩块的范围内要延长控顶距；④如果工作面用的是单体金属支柱，在大岩块范围内要用木支架替换金属支架；⑤待大岩块全部都处在放顶线以外的采空区时，再用绞车回木支柱。防治措施一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察①原因分析4.地质破坏带附近的局部冒顶

工作面与断层垂直或斜交在顶板活动过程中，断层附近的破断岩块顺断面下滑，推倒工作面支架局部冒顶

4．地质破坏带附近的局部冒顶致因顶板裂隙发育、破碎；断层面间多充以粉状或泥状物；断层面都比较尖滑,使上、下盘之间的岩石无粘结力,尤其是断层面成为导水裂隙时，更是彼此分离；一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察②防治措施4.地质破坏带附近的局部冒顶

断层破坏带在工作面出现后，加强支护，背好背板在放顶线处，断层两侧架好木垛，加强支护迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或戗柱

在断层两侧加设木垛加强维护，并迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或戗柱。在煤壁的前方顶板和煤层特别破碎时，采用锚杆。用树脂注入煤岩裂隙中，进行预加固。防治措施一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察①冒顶特点5.复合顶板推垮型冒顶

顶板压力不大，支架无变形，无折损多数情况下，直接顶已沿煤壁断裂冒顶后，支柱多数沿煤层向下倾倒

多数情况下，发生在回柱放顶过程致因顶板离层顶板岩层存在六面体六面体有去路并有倾角推力大于阻力一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察冒顶机理5.复合顶板推垮型冒顶

离层图3-5下位软岩层离层断裂断裂一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察冒顶地点5.复合顶板推垮型冒顶

开切眼附近

地质破坏带附近旧巷附近掘进破坏复合顶板的地点倾角大的地段顶板岩层含水的地段局部冒顶区附近尖灭构造地段一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察防治措施5.复合顶板推垮型冒顶

掘进上下顺槽时，不破坏复合顶板应用伪倾斜工作面，以增加阻力控制采高，使软岩冒落后超过采高，增加六面体下推的阻力采用整体支架，用拉钩联接器把每排支柱连起来，与铰接顶梁十字交叉，形成整体结构，如图3-6所示。利用戗棚、戗柱加强支护系统布置树脂锚杆，将开切眼附近和控顶区内的软硬岩层锚在一起，防止冒顶

一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察5.复合顶板推垮型冒顶

图3-6拉钩式连接器1-金属支柱；2-拉钩式连接器预防措施应用伪俯斜工作面;掘进上下顺槽时不破坏复合顶板;工作面初采时不要反推;控制采高，使软岩层冒落后能超过采高;尽量避免上下顺槽与工作面斜交;应用戗柱戗棚，使它们迎着六面体可能推移的方向支设;在开切眼附近于控顶区内，系统地布置树脂锚杆;一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察①冒顶特点6.金属网下推垮型冒顶

发生在初次放顶前后及回柱时推垮前支柱受力一般不大推垮时，支柱无折损推垮速度快，人力无法抵抗煤层倾角一般在20°以上发生支护方式一般为单体金属磨擦支柱一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察冒顶机理6.金属网下推垮型冒顶

由于支护失效，首先形成网兜由于支柱初撑力小，刚度小，在碎块压力下，支架失稳。如图3-7所示。一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察6.金属网下推垮型冒顶

图3-7金属网假顶下推垮型冒顶过程一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察防治措施6.金属网下推垮型冒顶

提高初撑力及刚度，增加稳定性在二分层及以下分层开采时，用内错式布置开切眼，避免网下碎矸之上存在空隙用“整体支架”增加支架的稳定性初次放顶，要把金属网下放到底板一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察①冒顶特点7.大块游离顶板旋转推垮型冒顶

发生在回柱时或放顶后

游离岩块的重力与支反力不在同一条作用线上，重力大于支反力，且重力靠老塘侧一般将支柱推向煤壁一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察冒顶机理7.大块游离顶板旋转推垮型冒顶

顶板由断层、裂隙、层理或薄弱岩层切割成游离大岩块大岩块形成旋转力矩，将支柱推倒案例分析一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察防治措施正确判断游离岩块的范围

对游离岩块加强支护待游离岩块全部处于采空区时，再用回柱绞车7.大块游离顶板旋转推垮型冒顶

一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察顶板条件直接顶较薄，厚度小于采高2～3倍

直接之上的老顶分层厚度小于5～6米8.压垮型冒顶

致因（1）垮落带老顶岩块压坏采场支架导致冒顶；（2）由于采场支架初撑力不足，在老顶岩块未明显运动之前，直接顶与老顶已发生离层。（3）当老顶岩块向下运动时，采场支架要承受冲击载荷，支架容易被损坏，从而导致冒顶。一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察冒顶前兆煤壁片帮顶板下沉速度急剧增加支柱载荷急剧增大靠煤帮顶板掉渣靠煤帮顶板断裂摩擦柱放炮8.压垮型冒顶

一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察冒顶类型8.压垮型冒顶

图3-8压垮型冒顶类型之一、之二坚硬顶板冒顶实例地质及技术条件工作面长度：75m直接顶岩性：石英砂岩4~5m老顶：白色石英砂岩8m采煤方法：爆破支护：木支柱事故发生原因及经过支柱阻力低在煤壁大面积片帮和支架折断情况下，没有采取措施工作面推进48m时，初次来压从煤壁处切顶冒顶30m压垮型冒顶实例地质及技术条件直接顶岩性：石英砂岩3.3m采煤方法：爆破支护：金属摩擦支柱事故发生原因及经过支柱阻力低，支护质量不好控顶5排，悬顶6m回柱放顶冒顶29m回柱3人全部死亡台阶下沉引起冒顶实例地质及技术条件直接顶岩性：砂岩4m采煤方法：爆破支护：金属摩擦支柱事故发生原因及经过支柱阻力低，支架插底控顶5排台阶下沉回柱放顶冒顶12m1人死亡

漏垮型冒顶的致因及防治致因煤层倾角较大，直接顶又异常破碎；某个地点失效先发生局部漏冒，造成支架失稳，工作面顶板大面积漏垮。预防措施选用合适的支柱，使工作面支护系统有足够的支撑力与可缩量；顶板必须背严实；严禁放炮、移溜等工序弄倒支架，防止出现局部冒顶。支架损坏漏顶实例地质及技术条件煤层编号：9#直接顶岩性：金属网假顶采高：2.2m采煤方式：爆破，深1.6m支护方式：木支柱+木板梁事故发生经过靠近煤壁装煤裂网漏矸，冒顶两个柱空死亡1人一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察防治措施加强地质工作，摸清直接顶与老顶的结构和力学特性进行常规矿压观测，准确掌握来压步距，加强来压预报合理选择支护方式，合理设计工作面支护强度，特别对末排支柱要加大支护强度遇到平行于工作面的断层，要加强维护，不得正常回柱，待断层进入采空区后再回柱8.压垮型冒顶

防治措施提高支架支撑力和初撑力，保证直接顶与老顶之间不离层;支架有足够的可缩量，满足裂隙带老顶下沉的要求;

遇到平行工作面的断层时：单体支柱支护时要及时加强工作面支护（最好用木垛）;液压自移支架支护时，则应考虑使工作面与断层斜交或在采空区挑顶的措施过断层。一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察冒顶原因煤层之上是厚而坚硬的砂岩，常常大面积悬而不冒，老顶来压步距达50～70ｍ。当自身强度承受不了自重和上位岩层重量时，即弯曲应力超过了极限强度时，出现断裂及垮落。回采过程中遇到较发育的原生裂隙或断层，也会导致冒落9.大面积冒顶

致因煤层顶板是整体厚层硬岩层,不易冒落。征兆顶板断裂声响的频率和音响增大；煤帮有明显受压与片帮现象；底板出现底鼓或沿煤柱附近的底板发生裂缝；巷道（上下平巷）超前压力较明显；工作面中支柱载荷和顶板下沉速度明显增大；有时采空区顶板发生裂缝或淋水加大，向顶板中打的钻孔原先流清水后变为流白糊状的液体。一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察防治措施顶板高压注水，周期来压步距减少60～70％，如图3-9所示强制放顶循环式浅孔放顶（每1-2个循环，打一排钻孔）步距式深孔放顶（周期来压前，沿工作面向顶板打钻孔），如图3-10所示超前深孔松动爆破（在上下顺槽，向顶板打深孔），如图3-11所示

地面深孔放顶（地面打钻到放顶位置而后爆破）9.大面积冒顶

一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察9.大面积冒顶

图3-9顶板注水钻孔布置方式及其参数a-四老沟矿8205工作面顶板注水钻孔的布置方式b-云岗矿8205工作面顶板注水孔的布置方式一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察9.大面积冒顶

图3-10“步距式”深孔放顶一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察9.大面积冒顶

图3-11超前深孔松动爆破一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察防治措施预测回采工作面围岩动态（主要预测顶底板的稳定性）确定合理的支护强度（垂直分力小、倾斜向下分力大、沿层面下滑是控制的主要问题）。加强工作面支架不稳定性，防止底板滑移。10.急倾斜煤层顶板事故

一、采煤工作面顶板事故的防治

（二）各种顶板事故的原因分析及勘察防治措施当煤层倾角超过60º，底板开始向下滑动，防止底板滑移的措施有：推广急倾斜煤层工作面液压支架（支撑力大，具有防倒防滑性能及煤矸滚落保护装置）。打紧支柱，软底要下底梁，顺山棚梁要对接。适当控制采高。10.急倾斜煤层顶板事故

二、巷道顶板事故的致因及防治

（一）巷道顶板事故的分类

掘进工作面冒顶巷道交叉处冒顶支架支护巷道冒顶锚杆支护巷道冒顶二、巷道顶板事故的致因及防治

（二）掘进工作面的冒顶事故的原因及防治1.冒顶原因

2.案例分析

掘进破岩后，顶部岩石与岩体失去联系，若支护不及时，随时可能冒落；已支护的顶部岩石，若支护失败，可能造成冒落。顶部存在将与岩体失却联系的岩块，支护不及时；顶部存在与岩体完全失去联系的岩块，支护力不足或支护失效。受节理切割顶板冒落地质及技术条件煤层编号：9#直接顶岩性：坚硬顶板底板：煤，f=3支护方式：金属拱形支架事故发生经过5.0m长、3.7m宽、1.7vm厚岩块掉落死亡1人，救出4人过顶板岩性突变带地质及技术条件迎头顶板出现板棱顶板由砂页岩变成煤顶经过放炮崩板棱，空顶2.7m没有用点柱护顶顶板掉矸2m*1.6m*0.6m原因岩性突变，连续性遭到破坏炮崩板棱对顶板振动大迎头空顶面积大岩层节理裂隙及破碎带影响多发地点断层、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。进行临时支护二、巷道顶板事故的致因及防治

（二）掘进工作面的冒顶事故的原因及防治3.防治措施

根椐岩性，控制空顶距，当遇到破碎带或层理、裂隙发育时，应紧跟掘进支护；严格敲帮问顶制度，危石必须挑下，无法挑下时应采取临时支撑措施，严禁空顶作业；在破碎带掘进巷道，要缩小支护棚距，用拉条将棚子连成一体，防止推跨；对破碎带有时可超前注速凝剂，固化岩体；掘进头有空顶区和破碎带必须背严结实，必要时要挂网防止漏空；炮眼布置及装药量必须与岩石性质、支架和掘进头距离相适应，防止放炮崩倒棚子；锚杆支护注意眼深和锚杆密度，必要时锚喷网联合支护二、巷道顶板事故的致因及防治

（三）巷道交岔处顶板事故的原因与防治1.冒顶原因

2.案例分析

交岔处断面大，岩层松动范围大，巷道压力大，可发生冒顶；交岔处支护复杂，有两巷支架，有抬棚，支架稳定性要求高，强度大，支护质量不好可发生冒顶。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。二、巷道顶板事故的致因及防治

3.防治措施

开岔口应选择岩性较好的位置严格操作规程，先支抬棚，后拆除原棚注意选用抬棚材料的质量与规格，保证抬棚有足够的强度当开口处围岩夹角被压坏，应及时采取加强和稳定措施

（三）巷道交岔处顶板事故的原因与防治（三）.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⑴支架支设质量差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。(四)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巷道冒顶的原因●岩层层理影响●镶嵌性围岩结构影响●岩层节理裂隙及破碎带影响●地下水影响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第四部分：冲击地压的基本知识

一、概述二、冲击矿压的形成和机理

三、影响冲击矿压发生的因素四、具有冲击地压煤层的开采技术一、概述

（一）国内外冲击地压的发生情况

1.根据冲击地压的物理特征，按发生原因分为三类。

压力型冲击地压突发型冲击地压爆炸型冲击地压（二）冲击地压的分类一、概述

（二）冲击地压的分类2.根据冲击地压的能量特征，按冲击时释放的地震能大小分为五个等级。

微冲击

弱冲击

中等冲击强烈冲击灾害性冲击一、概述

（二）冲击地压的分类3.根据参与冲击的岩体类别分为两类。

煤层冲击（煤爆）

岩层冲击（岩爆）

一、概述

（二）冲击地压的分类4.根据冲击力源分为3级重力型

构造型

中间型一、概述

（二）冲击地压的分类5.我国对冲击地压的分类

一般冲击地压

破坏型冲击地压

冲击地压事故一、概述

（三）冲击地压的危害及研究现状主要成果：

冲击地压机理研究

煤层冲击倾向试验研究

钻屑法的研究地音煤层注水（已推广使用）煤层卸压爆破（已部分推广使用）坚硬顶板处理（注水软化等措施，有效控制了大冒顶等冲击地压现象）（四）冲击地压在我国矿区的分布二、冲击矿压的成因和机理

冲击矿压的成因和机理可用以下准则的原理模型加以说明：强度准则：式中:--分别为自重和构造应力；--分别由开采引起的附加应力和其他条件（水、温度等）引起的应力；--煤体与围岩交界处的应力；--煤体和围岩系统强度；二、冲击矿压的成因和机理

能量准则：式中:--围岩与煤中贮存的弹性能；

--消耗于克服煤体与围岩边界处和煤体破坏等阻力的能量；

--围岩系统和煤体内的能量释放速度；

--克服围岩边界阻力和煤体破坏时吸收能量的速度；

--分别为围岩系统和煤体内能量释放的有效系数；

二、冲击矿压的成因和机理

冲击倾向准则：式中:--煤体（围岩）的冲击倾向度指数，是用来描述冲击地压危险性的指标；

--试验确定的冲击倾向界限值。

三、影响冲击地压发生的因素1.开采深度

假设煤层中的形变弹性能被塑性变形所吸收，则体变弹性能全消耗于破坏煤体和使其产生运动。若不计应力集中的影响作用时，则有（一）矿山地质因素三、影响冲击地压发生的因素1.开采深度（一）矿山地质因素令则三、影响冲击地压发生的因素1.开采深度设煤在单向载荷时的抗压强度为，则用于破碎煤块的单位体积所需要的能量为：（一）矿山地质因素故三、影响冲击地压发生的因素1.开采深度

若考虑巷道周边的岩块处于双向受力状态，则所需能量要比U1大，现用一般性系数K0（K0≠1）来表示，则破坏单位体积的能量U2为：（一）矿山地质因素三、影响冲击地压发生的因素1.开采深度按能量准则：（一）矿山地质因素所以：化简得：