矿压及顶板班长培训.ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1 1* * 授课老师：张小平单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式2 2* * 第四章 矿压及顶板控制 第一节 矿山压力基础知识 一、矿山压力的概念 矿山压力正是由于地下采掘活动的影响而引起的岩层作用在井巷、硐室和采掘工作面周围煤岩体中以及支护物上的各种力的总称，简称矿压，也称地压 在矿山压力作用下，会引起许多外在的力学现象，如顶板下沉、底板鼓起、巷道变形、岩体破坏甚至大面积冒落、煤壁片帮或突然抛出、支架变形或损坏、以及大量岩层移动、地表塌陷等这些在矿山压力作用下，围岩或各种人工支护物呈现的各种力学现象，统称为矿山压力显现，简称矿压显现单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式3 3* * 所谓工作面顶板控制，曾称顶板管理，是指采煤工作面工作空间支护和采空区处理工作的总称二、矿山压力分布规律 采掘空间原被采物承受的载荷转移到周围支撑体上而形成的压力称为支撑压力 工作面附近的煤体、煤柱、充填物或冒落的矸石上产生了应力集中现象，这种集中应力就是支撑压力 支承压力的显现用支承压力分布范围、峰值大小及应力集中系数表示支承压力分布范围是指支承压力连续分布的长度；支承压力的峰值是指支承压力显现区内应力的最大值；应力集中系数是支承压力峰值与原岩应力的比值。

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式4 4* *（一）采煤工作面周围支承压力分布1.采煤工作面前后方支承压力 工作面前方是指工作面靠煤壁一方，也就是工作面推进的一方工作面的后方是指工作面靠采空区一方 采煤工作面前后方支承压力分布形态，可分为应力降低区（小于原岩应力的减压区）、应力增高区（大于原岩应力的增压区）和应力不变区（等于原岩应力的稳压区）对分布特点的解释是： 因为直接顶的垮落已经使它失去了完整性，采煤工作空间上方裂隙带及其上覆岩层的大部分重量，几乎都由采煤工作面前方煤壁支撑着，就象是一个悬臂梁的支点所以工作面前方支承压力远比工作面后方支承压力大单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式5 5* * 因为工作面的采煤活动打破了原来煤体中的应力平衡，引起了工作面周围应力的重新分配工作面前后方支承压力带也随着工作面向前移动 工作面的开采活动引起应力重新分配的结果就是，断裂带内形成了以煤壁及采空区垮落带为前后支承点的拱式平衡结构，采煤工作空间处于减压区范围内2.工作面两侧的支承压力分布 工作面两侧是指工作面采空区的上下侧由于工作面采煤和区段平巷掘进也将产生支承压力区，它的分布特征和工作面前后方的支承压力基本相同。

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式6 6* * 工作面周围支承压力的大小，受很多因素的影响，如工作面的开采深度、煤的软硬和顶板岩层性质等一般的规律是：开采的深度越大，上覆岩层的重量就越大，支承压力的范围就越广，应力集中系数越大顶板越硬，支承压力的分布范围越大，但应力集中系数较小煤层越坚硬，支承压力分布范围越小，应力集中系数越大工作面支承压力的表现是，导致顶板预先下沉、煤壁破碎片帮、煤和瓦斯突出以及产生冲击地压等采取加快工作面推进速度、缩短顶板悬露时间、减小工作面控顶距等措施来降低支承压力的集中程度单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式7 7* *（二）采空区上覆岩层移动情况 一般从工作面到地表把上覆岩层根据移动的特征，分为垮落带、断裂带及弯曲带1.垮落带 垮落带是指由采矿引起的上覆岩层破坏并向采空区垮落的岩层带，曾称冒落带垮落带的高度一般为采高的24倍2.断裂带 断裂带是指垮落带上方的岩层产生断裂或裂缝，但仍保持其原有层状的岩层带，曾称裂隙带3.弯曲带 弯曲带是指断裂带上方的岩层产生弯曲下沉的岩层带断裂带上方一直到地表的岩层都为弯曲带，这部分岩层不产生断裂或只产生极小裂缝。

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式8 8* * 4.节理和裂隙 5.煤层倾角（二）生产技术因素 1.开采深度 2.工作面推进速度 3.上部煤层中遗留煤柱 4.采高与控顶距 在一定地质条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的最重要的因素之一 采高越大的工作面矿压显现越严重单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式9 9* *第二节 采煤工作面顶板控制一、顶板分类 按照岩层稳定性不同，将直接顶分为四类；按来压强度不同，将老顶分为四级一）直接顶的分类 将直接顶分为四类：不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板二）老顶的分级 老顶的来压强度主要决定于直接顶厚度与采高的比值N以及老顶来压步距L0，将老顶分为四级：不明显、明显、强烈、极强烈单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1010* *二、采煤工作面顶板控制方法 所谓工作面顶板控制就是采煤工作面工作空间支护和采空区处理工作的总称，曾称顶板管理对采煤工作面进行支护的根本作用是，保证工作面正常和安全地进行生产活动工作面支护包含“支”和“护”两个方面，“支”就是要求支柱或支架有一定的承载能力，能与工作面顶板压力相对平衡，并能防止来压时顶板沿煤壁切断。

护”则要求支架的架设能适应顶板破坏的特征，防止小岩块掉落，保证安全生产单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1111* *（一）工作面支架分类及布置方式 按支架的组合形式，采煤工作面支架分为单体支架和液压支架两大类 采用单体支架时工作面支架布置方式有戴帽点柱支护、棚子支护及悬臂支护等几种1.戴帽点柱 戴帽点柱支护的柱帽与顶板接触面积较小，适用于直接顶完整稳定的条件2.棚子支护 棚子支护是指工作面采用一梁两柱或一梁三柱组成的框式支架支护工作面的方式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1212* * 根据直接顶的裂隙方向不同，有走向棚子和倾向棚子棚子支护主要用于直接顶不稳定，较破碎或者直接顶为中等稳定程度的工作面3.悬臂支架 悬臂支架是用一梁一柱组成，支柱可用摩擦支柱或单体液压支柱，梁用铰接顶梁4.液压支架 液压支架可分为支撑式、掩护式、支撑掩护式三种单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1313* *（二）采空区处理 采空区处理的方法有全部垮落法、充填法、缓慢下沉法及煤柱支撑法四种1.垮落法 使采空区悬露顶板垮落后充填采空区的采空区处理方法叫垮落法 垮落法处理采空区的方法适用于顶板较易垮落的工作面，直接顶厚度大于采高的24倍时效果最好。

2.充填法 用充填材料充填采空区的采空区处理方法叫充填法开采厚煤层或在建筑物下、铁路下、水体下的“三下采煤”时，为了控制地表沉陷，一般采用充填法处理采空区分为全部充填法和局部充填法两种在采空区通过垒矸石带的方法叫局部充填法单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1414* *3.缓慢下沉法 在采空区后方利用顶板下沉和底板隆起的特性任其自然合拢的采空区控制方法叫缓慢下沉法这种方法适用于顶板岩韧性较大的薄煤层工作面4.煤柱支撑法 在采空区中留适当宽度煤柱以支撑顶板的岩层处理采空区的方法叫煤柱支撑法 煤柱支撑法适用于顶板岩石特别坚硬，人工强制放顶也很难垮落的顶板条件但存在煤炭损失大，工作面采出率低，开切眼掘进工程量大，工作面搬家频繁等缺点单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1515* * 三、全部垮落法控制顶板时顶板垮落规律及安全措施（一）采煤工作面直接顶初次垮落及安全措施 随着工作面煤壁向前推进，采空区的直接顶悬露面积不断扩大，所承受的矿山压力逐渐增大，当这一压力超过了直接顶所能承受的强度时，直接顶将发生下沉、离层直至垮落，称为直接顶的初次垮落 从开切眼煤壁到直接顶初次垮落时切顶线的距离，叫做直接顶初次垮落距。

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1616* *直接顶初次垮落一般要采取的安全措施有： 严格执行工作面作业规程的要求，必须在区（队）长、技术人员和矿安监员的现场监督指导下进行初次放顶 加强工作面的支护，增设抬棚戗柱，增强支柱的稳定性 炮采工作面应严格控制炮眼装药量，防止因装药量大造成引发顶板事故 挂梁后要及时打好贴帮柱支护煤帮顶板，减少空顶时间单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1717* *（二）采煤工作面老顶初次来压及安全措施 老顶在采空区中第一次垮落称为老顶的初次垮落 这种由于工作面老顶初次破断在采煤工作面引起的矿压显现，称为老顶的初次来压老顶初次来压时，采煤工作面煤壁距开切眼的距离，称为老顶的初次来压步距 老顶初次来压过程大体经过以下三个阶段： 第一阶段为稳定阶段 第二阶段为老顶的活动阶段 第三阶段为老顶的来压阶段单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1818* *老顶初次来压的特点有： 由于老顶的剧烈活动，使工作面顶板下沉量和下沉速度急剧增加 老顶的活动和顶板下沉的急剧增加，使支架受力猛增，顶板破碎 因老顶悬露跨度增大，煤壁内的压力过于集中，会使煤壁片帮破坏范围扩大。

老顶由于折断而垮落时，在采空区深处先发出沉闷的雷鸣声，而后发生剧裂的响动 回采工作面初次来压时应采取以下安全措施： 要掌握初次来压步距，及时采取预防措施单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1919* * 在确定了初次来压步距后，工作面初次来压前应加强支护，检查工作面支护质量 采取小进度多循环作业方式，加快工作面推进速度 采空区内支柱要回收干净，使直接顶充分冒落以缓和老顶冒落时对工作面的冲击 落煤后要及时架设支架，并保证足够的支架数量和支设质量 对大面积悬露的坚硬顶板，要提前采取人工强制放顶措施三）采煤工作面老顶的周期来压及安全措施 悬臂梁将始终经历稳定失稳稳定的变化过程，这种变化将周而复始单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式2020* * 由于老顶周期破断在采煤工作面引起的矿压显现称为周期来压两次周期来压的间隔时间称为来压周期两次周期来压期间工作面推进的距离称为周期来压步距 周期来压的矿压显现是：顶板下沉速度急剧增长，顶板下沉量增大，并出现台阶下沉 使用单体支架的工作面一般应采取以下措施： 要掌握周期来压步距 工作面周期来压时要加强支护强度和密度 为了减少工作面支柱的载荷，周期来压时可适当减少控顶距离。

周期来压步距与地质因素有关单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式2121* *（四）坚硬顶板控制安全技术 坚硬顶板一般是指直接顶板岩层比较完整、坚硬或没有直接顶，煤层上直接覆盖厚度较大而坚硬的砂岩、砾岩及石灰岩等 坚硬顶板工作面容易发生压垮型冒顶事故，所谓压垮型冒顶是指由垂直于岩层层面的顶板压力破坏工作面支架导致的冒顶事故压垮型冒顶是主要顶板灾害之一，顶板大面积来压与冒落，是开采坚硬难冒顶板煤层的主要特点 长壁工作面坚硬顶板来压时的规律是：初次来压和周期来压步距大，坚硬顶板采煤工作面初次来压步距一般大于30m，整体厚砂岩或砂岩、砾岩组合顶板要大于50m，甚至大于100m单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式2222* * 坚硬顶板工作面为防治顶板大面积来压和冒落，采取的主要安全技术措施是强制爆破顶板和注水软化顶板等1.提前强制爆落采空区顶板 平行工作面长钻孔强制爆破放顶放炮有两种方式：一种是长钻孔位于采空区上方时爆破另一种是预裂或预爆破 钻孔垂直工作面的强制放顶 地面深孔爆破放顶2.预注高压不处理坚硬顶板3.合理选择支架4.明确规定允许悬顶面积5.预测预报单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式2323* *四、单体支柱支护工作面时的顶板控制 单体支柱采煤工作面支护，主要是指采煤工作面采用木支架、摩擦式金属支柱、单体液压支柱支护。

一）支柱类型与结构性能1.木支架 木支架是由木材顶柱和顶梁组成2.摩擦式金属支柱 摩擦式金属支柱是指利用摩擦力产生支撑力的可缩性支柱摩擦式金属支柱有微增阻式和急增阻式两大类。