矿长资格培训《矿井顶板灾害防治》(DOC 55页).ppt

矿长资格培训矿井顶板灾害防治,矿井顶板灾害防治目录,第一章 矿山岩石基本性质第二章 煤层顶板第三章 采场顶板活动规律第四章 采场顶板支护及采空区处理第五章 采场顶板事故及防治第六章 巷道冒顶事故及防治,前言顶板灾害防治的重要性：2005年贵州煤矿事故统计,事故发生特点：煤矿顶板事故总的分为：采场顶板事故及巷道顶板事故1、采场绝大多数发生在使用单体支柱和木支柱工作面约占93%；由直接顶造成的事故约占93%，老顶造成的事故约占7%；局部冒顶70%，大型垮落30%；机炮道26%，放顶线15%，上下两口15%，其他44%。2、巷道掘进头占48%，交叉点43%，其他9%。掘进头和交叉点是防治重点。顶板事故原因（技术原因、管理原因）防治措施（监测、支控、管理）,复习思考题1、简述顶板灾害防治的重要性及煤矿顶板事故的特点？,第一章 矿山岩石基本性质岩石是矿物的凝聚体（由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而成）按成因：岩浆岩、沉积岩、变质岩按固体矿物颗粒间的结合特征：固结性、粘结性、散粒状按力学强度和坚实性：坚硬岩石、松软岩石煤矿中常见：砂岩、石灰岩、砂质页岩、泥质页岩、粉砂岩等,第二章 矿山岩石基本性质一、岩石的物理性质主要是岩石的容重、碎胀性、软化性1、容重单位体积（包括空隙体积）岩石的质量，tm3、gm32、碎胀性岩石破碎后的体积比破碎前体积增大的性质。常用Kp表示：,碎胀性在顶板管理中的作用：（1）利用岩石破碎后体积膨胀的性质，采动后顶板破碎体积增大充填采空区从而进一步减小顶板垮落高度，减少上部岩层的垮落的下沉；（2）利用岩石碎胀性系数可用来预测或计算采空后顶板垮落高度；从而进一步预测和计算采场顶板压力，给采场支护设计提供依据；3、水胀性岩石遇水而膨胀的性质。浸水后厚度膨胀量原始厚度4、软化性岩石侵水后其强度降低的性质。,二、岩石的变形性质 是岩石在不同类型受载下发生形状和体积变化的特性。1、弹性变形卸载后岩石的变形能完全恢复到原始状态。（a）线弹性直线关系（b）完全弹性（非线性弹性）非直线（C）滞弹性曲线关系,2、塑性变形 指岩石在外力作用下当超过其屈服极限应力时仍能发生变形，撤去外力后不能完全恢复原始状态的性质，亦称残余变形。（a）理想塑性（b）硬化现象,3、一般岩石变形性质岩石是兼有弹性和塑性的材料。岩石受力后既可能出现弹性变形，也可能出现塑性变形，且往往同时出现。p瞬时弹性变形（卸载后立即恢复）r后效弹性变形（卸载后经过一定时间才恢复）e塑性变形（永远恢复不了的变形）,、岩石的流变性质 通常把随时间因素而变化的应力应变现象称流变性质。蠕变即应力不变（恒定载荷），应变随时间增长而增大的现象。松驰应变不变，应力随时间延长而减小的现象。弹性后效卸载后，弹性变形逐渐恢复的现象。粘性流动岩石蠕变发生一段时间后卸载，部分变形永久不能恢复的现象。,三、岩石的强度 在载荷作用下岩石变形，达到一定程度就会破坏。1、抗压强度岩石试件在压缩时所能承受的最大压应力值。分单向、双向、三向抗压强度2、抗拉强度岩石试件在拉伸时所能承受的最大拉应力值。3、抗剪强度岩石抵抗剪切的极限强度。三向等压抗压强度三向不等压抗压强度双向抗压强度单向抗压强度抗剪强度抗拉强度,四、岩石的破坏类型研究表明：不论加载方式如何，岩石总是被拉坏或剪坏。拉坏（岩石断裂面明显离开，断裂面间没有错动）剪坏（岩石断裂不离开，断裂面一定发生错动）岩石被压坏的原因是因为与压应力不垂直的平面上出现剪应力，当剪应力达到极限时被剪切破坏。,五、岩体的强度1、岩体的结构,2、岩体的强度 岩体存在结构面（弱面），岩体的强度首先取决于软弱结构面强度，其次取决于岩体结构本身的强度。,复习思考题1、何为岩石的碎胀性，并说明其在顶板管理中的重要性。2、何为岩石的变形性质，岩石的变形性质有哪些？3、何为岩石的强度，主要的强度指标有哪些？4、说明岩石的强度关系。5、为什么说岩石总是被拉坏或剪坏？6、岩体的结构有哪些？7、岩体的强度和岩石的强度哪个大？,第二章 煤层顶板 位于煤层上面的岩层叫顶板，位于煤层下面的岩石叫底板。,一、顶板1、伪顶紧贴煤层，随采随落，厚度一般0.3m0.5m。2、直接顶位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上，由一层或几层岩层组成，一般能随回柱放顶及时垮落。3、老顶位于直接顶之上（有时直接位于煤层之上）厚而坚硬的岩层。能维持很大的悬露面积而不随直接顶垮落。,二、底板1、直接底位于煤层之下、厚度较小（约0.2m0.4m），常由泥岩、页岩、粘土岩组成。2、老底位于直接底或煤层（无直接底时）之下，一般由砂岩或石灰岩等坚固的岩层组成。,复习思考题1、何为煤层的顶板和底板，怎样分类？2、伪顶、直接顶、老顶的主要特点是什么？,第三章 采场顶板活动规律一、采空区上方的“三带”采空区上方的岩层，按由下向上的顺序逐步冒落，根据破坏特征及结构特点分为三个带：冒落带、裂隙带、弯曲下沉带,1、冒落带 岩层破碎冒落，下部块度较小，而且呈杂乱无章堆积，上部块度大，呈规则的排列。由于岩石的碎胀性，每冒落一些岩层，采空区自由空间的高度就减小一些。冒落带岩层厚度（冒落带高度）是冒落后能把采空区空间填满的厚度。MHKH HM（K1）M采高（m）H冒落带高度（m）K顶板岩石碎胀系数 一般K=1.151.5，因此 H=（28）M,2、裂隙带 岩层中出现许多垂直或斜交于层面的裂隙，以及顺层的离层裂隙，但不冒落。3、弯曲下沉带 岩层整体弯曲，可能有少许裂隙，影响范围可波及到地表。,二、采动后顶板活动的一般规律1、直接顶的初次垮落 回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大，当达到其极限跨距时开始垮落（一般620m）。直接顶的第一次大面积垮落称直接顶的初次垮落。直接顶初次垮落时的跨距称初次垮落步距。,2、老顶的初次来压 直接顶垮落后，工作面继续向前推进，老顶呈现梁的状态，老顶的跨度愈来愈大，老顶逐渐弯曲下沉，达到极限跨度时就会断裂（此时的跨距称老顶的初次断裂步距），随着工作面推进将失稳，从而造成工作面顶板急剧下沉，工作面支架普遍增大，称老顶的初次来压（工作面回采以来的第一次大规模来压）。由开切眼到初次来压时工作面推进的距离称为老顶的初次来压步距。（一般2035m）。,3、老顶的周期来压 老顶初次来压后，老顶的结构将发生变化，将经历“稳定失稳再稳定”的周期性过程，老顶岩梁将周期性失稳下沉，导致工作面周期性来压，称为老顶的周期来压（老顶的周期性来压现象）。老顶岩梁周期断裂的距离，称为老顶的周期来压步距。（一般为初次来压步距的1214）*注意直接顶的初次垮落与老顶的初次来压的区别。,复习思考题1、采空区上方岩层分哪三个带，各自的特征是什么？2、何为直接顶的初次垮落、老顶的初期来压、老顶的周期来压？3、为什么说预防老顶的初期来压、老顶的周期来压是顶板防治的重点？,第四章 采场顶板支护及采空区处理一、顶板支护1、单体支架 材料：木、摩擦金属支柱、单体液压支柱、金属绞接顶梁（1）基本支架带帽点柱（用于直接顶比较完整时）有矩形排列和三角形排列,棚子支护（一梁二柱）,悬臂支护（一梁一柱）A、按悬臂方向 正悬臂 倒悬臂B、按支柱、顶梁布置 齐梁齐柱、错梁齐柱、错梁错柱,（2）特殊支架丛柱（图a）排柱（密集支柱）（图b）木垛（图c）戗柱（斜撑）（图d）,（3）端头支架,1、端头四对八梁,2 抬棚长梁;4 输送机,（3）端头支架,2、端头十字绞接顶梁,（3）端头支架,3、双钩双楔梁,4 输送机;6 木垛;7 双钩双楔梁;8 绞车,（3）端头支架,4、抬棚长梁，十字绞接顶梁,1基本支架;2 抬棚长梁;3 转载机;4 输送机;5 十字绞接顶梁;,2、悬移组合支架,2、液压支架（1）基本支架支架类型支撑式、掩护式、支撑掩护式,移架方式,液压支架单架依次顺序式移架,支架沿采煤机牵引方向依次顺序逐架前移，移动步距等于截深，支架移成一条直线。操作简单，易保证移架质量，能适应不稳定顶板，移架速度慢，用的较多。,移架方式,2、液压支架分组交错式移架,将相邻的23支架分为一组，组内的支架间隔交错前移，相邻组间沿采煤机牵引方向顺序前移，组间的一部分支架可以平行前移。,移架快，移架质量不易保证，要求顶板较稳定,组 组 组 组,移架方式,3、液压支架成组整体顺序式移架,支架分组，每组23架。组内联动，整体移架，组间顺序前移。移架快，质量不易保证，要求顶底板条件好。,工序配合方式：及时支护、超前支护滞后支护,（2）端头液压支架,1，2掩护梁，3机头，5千斤顶，6机尾,复习思考题1、单体支架的布置有哪些形式？2、悬臂式支护单体支架的布置形式有哪几种？3、工作面特殊支架有哪几种？4、熟悉炮采、机采面端头支架“四组八梁”布置。5、综采面液压支架有哪几种？移架方式有哪几种，工序配合方式有哪几种？,第五章 采场顶板事故及防治一、顶板事故类型总的分为两大类：局部冒顶和大型冒顶按力学原因分为：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。推垮型冒顶：由平行于层面方向的顶板力推倒采场支架而导致的冒顶。漏冒型冒顶：是因已破碎顶板没有得到有效防护受重力作用冒落而导致的冒顶。,二、漏冒型冒顶的防治靠近煤壁的局部冒顶上下两口的局部冒顶 包括工作面的机头机尾附近以及工作顶相连的一段巷道。满足三个条件：A）支柱有足够的支撑力和可缩量；B)系统必须始终不出现可供局部冒落的“空挡”；C)支护系统必须有一定的侧向抗力。放顶线附近的局部冒顶 主要发生在使用单体的工作面。地质破坏带附近的局部冒顶,三、推垮型冒顶的防治1、复合顶板推垮型冒顶2、大块游离岩块推垮型冒顶3、金属网下推垮型冒顶4、采空区矸石冲入采煤工作面的推垮型冒顶5、冲击推垮型冒顶,四、压垮型冒顶的防治1、基本顶来压时的压垮型冒顶2、厚层难冒顶板大面积冒顶3、直接顶导致的压垮型冒顶,五、对采场支架的要求采场支架对顶板应能支得起压垮型采场支架对顶板应能稳得住推垮型采场支架对顶板应能护得好漏冒型（1）要有足够的初撑力，保证下位岩层与上位岩层不离层；（2）要有足够的工作阻力，能支撑住工作空间及采空区上方垮落岩层的重量；（3）要有足够的可缩量，能够适应裂隙带老顶的下沉；（4）要保证支护密度，防止破碎顶板漏冒（有时需增加顶梁、背板）,六、顶板状态参数与采场支护参数1、顶板状态参数顶底板移近量、端面冒高、顶板台阶下沉量、顶板中的断层、采空区悬顶、顶板来压等2、采场支护参数支护强度（支架的初撑力、工作阻力、支护系统刚度）、支护密度对综采而言还有支架与输送机的夹角、支架横向歪斜角、支架端面距、支架顶梁俯仰角、相邻支架顶梁的错距以及支架间距等*必须进行支护质量与顶板动态监测,复习思考题1、采场顶板事故按力学原因如何分类，各自的特点是什么？2、解释复合顶板的概念，说明复合顶板推垮型冒顶的特点、机理及防治措施？3、根据预防冒顶事故类型的不同说明对采场支架的基本要求是什么（从支架的初撑力、工作阻力、可缩量进行分析）4、局部冒顶主要发生在哪些地点，如何防治？5、简述厚层难冒顶板大面积冒顶的防治措施？,第六章 巷道冒顶事故及防治巷道支护简介1、金属支架梯形棚（矿用支护型钢，矿用工字钢）U型可缩支架2、锚杆支护3、预应力锚索支护4、联合支护（如钢带锚杆）,一、掘进工作面冒顶的原因及防治二、巷道交叉处冒顶的原因及防治三、掘进巷道过断层等构造变化带时的安全措施四、在松软膨胀岩体或破碎煤体中掘进巷道的防范原则五、厚煤层分层中下分层顺槽掘进时的防范措施六、急倾斜煤层巷道掘进时的防范措施,复习思考题1、试述掘进工作面冒顶事故的防治措施;2、试分析巷道交叉口出现冒顶事故的原因及防治措施。,