【正文】 礦山壓力與頂板管理 山東煤礦安全技術(shù)培訓(xùn)中心 電話： 0632——4072240 老頂 基本頂 直接頂 偽頂 煤層 頂板 采礦開挖空洞 頂板巖石下沉變形、破壞，產(chǎn)生事故 第一節(jié) 礦山壓力基礎(chǔ)知識 一、工作面的頂板與底板 直接底 老底 煤層頂、底板巖石的性質(zhì)、強度及含水性對采煤工作有直接影響，它是確定巷道支護方式、選擇采空區(qū)處理方法的重要依據(jù)。 1）頂板： 根據(jù)巖性、厚度及采煤過程中垮落的難易程度，頂板可分為三種類型。 （ 1）偽頂： 直接位于煤層之上，多為幾厘米至十幾厘米厚的炭質(zhì)泥巖，富含植物化石，在采煤過程中，常常隨采隨落，不易維護 .一般小于 ? （ 2）直接頂： 覆蓋在偽頂之上的巖層，常為數(shù)米厚的粉砂巖、頁巖、泥巖等，比偽頂穩(wěn)定，在采煤過程中，經(jīng)常在采過一段時間后自行垮落，少數(shù)砂巖層需要進行人工放頂。 ? （ 3）老頂 ： 位于直接頂之上的巖層，一般為厚層的粗砂巖、礫巖或石灰?guī)r，采空后，較長時間內(nèi)不易垮落，僅發(fā)生緩慢變形。 2）底板 ： 分為直接底和老底兩種類型 （ 1）直接底： 直接位于煤層之下的巖層，厚數(shù)十厘米，多為富含植物根化石的泥巖和泥質(zhì)頁巖。由于這種巖石遇水后膨脹，容易引起底鼓現(xiàn)象，可造成運輸線路或巷道支架的破壞。 （ 2）老底： 位于直接底之下，常為厚層狀砂礫巖或石灰?guī)r。 煤層頂、底板的發(fā)育程度受當(dāng)時沉積作用和后期構(gòu)造運動的影響，因此不同地區(qū)的煤層頂?shù)装逍再|(zhì)及發(fā)育程度不同，有的煤層頂?shù)装灏l(fā)育完好，幾種類型的頂?shù)装宥加?，有的煤層缺少某種類型的頂板或底板。 二、 礦山壓力的基本概念 由于采掘活動的影響，而在采掘空間周圍 巖體上及支護物上所產(chǎn)生的力稱為礦山壓力。 水平原巖應(yīng)力 鉛垂原巖應(yīng)力 采礦開挖引起 的應(yīng)力集中 由于礦山壓力的作用將引其圍巖及支 護物的位移、變形、破壞等一系列的力學(xué)現(xiàn)象稱為礦壓顯現(xiàn)。 3. 礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)的關(guān)系 （ 1）礦壓是礦壓顯現(xiàn)的原因，礦壓顯 現(xiàn)是礦壓作用的結(jié)果。 （ 2）礦壓存在是絕對的、不可控制的， 礦壓顯現(xiàn)是相對的、有條件的、可以控 制的。 （ 3）礦壓顯現(xiàn)與礦壓大小并不成比例 三、礦山壓力的分布規(guī)律 采煤工作面前后支撐壓力分布 a b c c 四、 影響礦山壓力顯現(xiàn)的基本因素 5） 斷層與褶曲 6）擠壓與破碎帶 2）開采深度 1）巖石力學(xué)性質(zhì) 2）開采程序 3）支護方法 4）頂板控制方法 5）工作面推進速度 6）采高與控頂距 7）上部煤層殘留煤柱 1）巷道位置 五、頂板事故的產(chǎn)生 原巖應(yīng)力重新分布 掘進過程支護不及時 支架強度不足 頂板事故 支架不適應(yīng)圍巖的變形與破壞類型 變形的時間效應(yīng) 空洞圍巖破壞 特殊地質(zhì)條件 采礦巖石開挖 開挖空洞周邊應(yīng)力集中 六、礦山壓力控制 利用礦山壓力活動規(guī)律 采用合理的開挖順序和過程 避免頂板事故，保證采礦作業(yè)安全 人工控制與支護 （ 七 ） 巷道礦山壓力顯現(xiàn)的基本規(guī)律 巷道掘進階段（ Ⅰ ） 掘進巷道僅對小范圍巖體造成擾動，故一般情況下礦壓顯現(xiàn)不會很劇烈 . 無采掘影響階段（ Ⅱ ） 頂?shù)装逡平俣缺染蜻M期間要小得多，故巷道基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)。 采動影響階段（ Ⅲ ） 采動影響是由于回采工作引起圍巖應(yīng)力再次重新分布而造成的。這階段中礦壓顯現(xiàn)也最強烈。 采動影響穩(wěn)定階段（ Ⅳ ） 這是巷道圍巖經(jīng)受一次采動影響后重新進入相對穩(wěn)定的階段，故其圍巖移動特征基本上與無采掘影響階段類似。 二次采動影響階段（ Ⅴ ） 二次采動影響的時間和空間規(guī)律與一次采動影響類似，但由于這種情況下巷道受到下區(qū)段工作面超前支承壓力和巷道煤體一側(cè)殘余支承壓力的疊加作用，二次采動影響的劇烈程度和影響范圍都會比一次采動影響稍大。 移近量曲線 移近量曲線 第二節(jié) 采煤工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及頂板控制 一 、采煤工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 主要包括三項內(nèi)容 （一） 全部垮落法控制頂板時礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 1）工作面直接頂?shù)某醮慰迓洹? 2）工作面老頂?shù)某醮蝸韷骸? 3）工作面老頂?shù)闹芷趤韷骸? （二） 分層開采時的礦山壓力顯現(xiàn)的基本規(guī)律 （三） 放頂煤工作面礦山壓力顯現(xiàn)特征 二、全部垮落法控制頂板 （一）直接頂?shù)某醮慰迓渑c初次放頂?shù)陌踩胧? 1）工作面直接頂?shù)某醮慰迓? 工作面自開切眼向前推進一段距離后（ 825米） 假如沒有支護，直接頂懸露達到一定距離，在其重 力的作用下，就要開始跨落，稱為工作面直接頂?shù)? 初次垮落 這時直接頂?shù)目缇喾Q為初次垮落步距。見圖 工作面直接頂?shù)某醮慰迓? 《 規(guī)程 》 規(guī)定： 采煤工作面必須按作業(yè)規(guī)程的規(guī)定及時支護，嚴禁空頂作業(yè)。直接頂不能任其自然垮落。當(dāng)工作面推進距離達到初次垮落距時，要進行初次放頂。采煤工作面初次放頂時必須制定安全措施，采煤區(qū)（隊）長要親臨現(xiàn)場進行指揮。 《 規(guī)程 》 規(guī)定：采煤工作面必須按作業(yè)規(guī)程的規(guī)定及時支護，嚴禁空頂作業(yè)。直接頂不能任其自然垮落。當(dāng)工作面推進距離達到初次垮落距時，要進行初次放頂。采煤工作面初次放頂時必須制定安全措施，采煤區(qū)（隊）長要親臨現(xiàn)場進行指揮。 (二） 直接頂 初次放頂?shù)陌踩胧? 對于單體支柱支護工作面，制定初次放頂安全措施時，應(yīng)該遵循以下原則 （ 1）適當(dāng)加大控頂距，防止直接頂回轉(zhuǎn)推垮工作面支架； （ 2）使用切頂支柱，密集放頂； （ 3）加強支柱的穩(wěn)定性。盡量加打木垛，在不能打木垛的密集支護區(qū)，加打斜撐。 1）工作面老頂?shù)某醮蝸韷? 隨著工作面推進還可能形成四、五 …… 不同數(shù)量巖塊的咬合平衡，直到巖塊間的咬合關(guān)系不能滿足平衡關(guān)系為止。此時，老頂?shù)氖Х€(wěn)將對工作面帶來嚴重的礦山壓力顯現(xiàn)，甚至危及生產(chǎn)和人身安全， 形成老頂?shù)某醮蝸韷?。見圖 12 (三 )工作面老頂?shù)某醮蝸韷杭皝韷簳r的安全措施 圖 12 老頂斷裂成巖塊 后的轉(zhuǎn)動 ? 初次來壓特征 ：老頂初次來壓比較突然 。來壓前回采工作空間上方的頂板壓力比較小 。 因而往往容易使人疏忽大意 。 初次來壓時 ， 老頂垮距比較大 ， 影響的范圍也比較廣 ， 工作面易出現(xiàn)事故 。 初次來壓是工作面礦山壓力顯現(xiàn)的重要現(xiàn)象，衡量其指標(biāo)是來壓強度和初次來壓步距，頂板堅硬、直接頂薄的工作面初次來壓強度大、來壓步距大 。 ? 老頂初次來壓對工作面的影響較大 ， 因此必須掌握初次來壓步距的大小 ， 以便及時采取對策 。 在來壓期間 ， 必須加強支架的支撐力 ， 尤其要加強支架的穩(wěn)定性 。 一般可以采用木垛 、 斜撐等特種支架加強回采工作空間的支護 。 ? 老頂來壓前 ， 回采工作面的頂板壓力并不大 。 但煤壁內(nèi)的支承壓力卻達到了這種情況下的最大值 。 所以 ， 煤幫的變形與塌落 （ 片幫 ） ， 常常是預(yù)示工作面頂板來壓的一個重要標(biāo)志 。 ? 2） .初次來壓及來壓時的安全措施 ? （ 1）加強來壓的預(yù)測預(yù)報，掌握老頂初次來壓步距； ? （ 2）適當(dāng)縮小控頂距； ? （ 3）提高支護質(zhì)量，增加初撐力和增加和支架穩(wěn)定性；