坚硬顶板的一般特点与控制措施

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/b719110203.html,

坚硬顶板的一般特点与控制措施

作者：赵德见

来源：《中国科技博览》2014年第12期

摘要：矿山坚硬顶板回采工作面和普通回采工作面的矿山压力显现有着明显的不同，坚硬顶板回采工作面其矿山压力显现较为剧烈，由于顶板坚硬难于垮落造成顶板悬空面积增大、初次垮落步距加大、顶板大面积在无预兆下发生大面积冲击垮落，不仅使大量的金属支柱遭受损坏，而且还危及工作面工人的人身安全，如果控制不好，后果危害极大。本文通过对坚硬顶板的特点提出了常用的控制方法，为同类其它矿井提供了一定的指导意思。

关键词：坚硬顶板；初次来压；顶板控制；显现特征；

【分类号】：TD327.2

一引言

煤矿坚硬顶板回采工作面和普通回采工作面的主要区别是矿山压力显现的不同，坚硬顶板回采工作面其矿山压力显现较为剧烈[1]。首先，坚硬顶板在煤层回采后顶板可以形成大面积

悬露而不垮落，其次初次垮落步距一般大于30～40m，因而对工作面的回采安全形成极大的威胁。同时，顶板大面积的垮落，经常给回采工作面乃至矿井造成严重的破坏，甚至发生矿震。

坚硬顶板是指煤层顶板岩石强度和弹性模数高、节理裂隙不发育、厚度大、整体性强、自承能力强的顶板。煤层开采后顶板大面积悬露而不垮落，工作面初次及周期来压步距大，顶板来压时压力大。坚硬顶板采场与普通采场矿山压力显现的主要差别是周期性来压强烈，因此，掌握坚硬顶板采场矿山压力基本规律，有针对性的采取措施有效控制，是采场安全生产、消除重大顶板事故的关键。

二我国工作面的顶板分类

随着煤矿生产技术的不断发展，回采工作面机械化程度的提高，80年代初，为了改善顶

板管理，我国颁布了新的《缓斜和倾斜煤层回采工作面顶板分类》方案。该方案首先明确了伪顶、直接顶、基本顶的基本概念，然后按稳定性将直接顶分为四类，按来压强度将基本顶分为四级，最后由两者类级别的不同组合，将采场顶板分为11类，其中属于坚硬顶板的有Ⅲ1、

Ⅲ2、Ⅲ3、Ⅲ4、VI4五类。我国现行的这种顶板分类对Ⅲ级来压强烈顶板有了较细的划分，

但Ⅳ级顶板太笼统，而且控制方法也未加区别，针对性不强。在Ⅲ级顶板中，Ⅲ1、Ⅲ2类可

以用全部垮落法，Ⅲ3、Ⅲ4类必须强制放顶，显然不够确切，因为l、2类顶板只表明了它的直接顶稳定性差，并不表明岩层的厚度大小，从0.3～5的N值变化范围很大，其中25～50m 来压步距的顶板必有来压强烈，甚至极强烈的。例如大同矿区某些顶板有1.0左右的直接顶，

采煤工作面坚硬顶板控制技术

坚硬顶板控制技术 普通综采工作面强制放顶技术 一、工作面概况和煤层顶板情况 1、工作面概况 2、煤层顶板及水文情况 3、工作面参数 二、顶板处理方法 我们把回采中的顶部处理分为两个部分，第一部分当工作面推进到20米左右直接顶不塌落或塌落高度达不到要求时进行初次放顶。初次放顶后随着工作面的推进，顶板可能出现下列三种情况：第一种情况为随采随自，这是最理想的；第二种情况为部分地段顶板不塌落或塌落高度不够，可采取局部人工强制放顶；第三种情况是直接顶的厚度小于4米，需对老顶进行放顶处理。 （一）、初次放顶 1、钻机的选择： 钻机的类型： 全液压钻机：石家庄煤机厂制造的TXU-75型、西安煤科院制造的MK系列、石家庄万达制造的ZYJ269／168架柱式液压回转钻机等。 风动钻机：宣华制造的QZJ-100b

岩石电钻：烙阳和石家庄中煤生产的2KW、3KW、6KW等。 特别坚硬的顶板（如砾岩）用风动钻机，一般性的顶板f值小于12的用全液压钻机，比较方便用石家庄万达制造的ZYJ269／168架柱式液压回转钻机。 全液压钻机和风动钻机一般都是打深孔的，打浅孔可用岩石电钻，一般不超过8m。 2、爆破器材的选择： 根据矿瓦斯情况而定： 《煤矿安全规程》第七章第三节第三百一十九条规定，井下爆破作业，必须使用煤矿许用炸药。煤矿许用炸药的选用应遵守下列规定： (1)、低瓦斯矿井的岩石掘进工作面必须使用安全等级不低于一级的煤矿许用炸药。 (2)、低瓦斯矿井的煤层采掘工作面、半煤岩掘进工作面必须使用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药。 (3)、高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药。有煤(岩)与瓦斯突出危险的工作面，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。 (4)、在采掘工作面中，不得使用导爆管或普通导爆索。 顶板是否有淋水，有则应选择抗水炸药。 炸药的爆炸性能主要有2个指标：

浅议坚硬顶板的管理

浅议坚硬顶板的管理 【摘要】坚硬难冒落顶板管理起来比较困难。本文以某矿在工程实践中的经验为例，对坚硬顶板的管理进行了探讨，对于坚硬顶板的管理具有一定的参考意义。 【关键词】顶板管理；坚硬顶板；人工强制放顶 0 前言 煤矿属于高危行业，在回采工作面推进过程中，经常有突然涌水、火灾、瓦斯、煤尘爆炸和大面积冒顶等灾害的侵扰。其中，顶板事故则是影响工作面生产的一大隐患。在我国煤矿回采工作面的各类事故中，顶板事故约占全部事故的50%以上；而顶板事故中发生在坚硬、难放顶板的顶板事故又占全部顶板事故的40%以上；而且最坚硬、难放顶板冒落时，经常发生压垮、推垮工作面的重大生产事故，故坚硬、难放顶板管理历来作为回采工作面顶板管理重点。某煤矿在坚硬、难放顶板的管理方面，摸索出一条可行的途径，取得了较好的效果，实现了安全放顶，现仅以该煤矿59#煤层为例进行分析。 1 工作面概况 该矿59#煤层厚1.3～1.8m，平均1.45m，煤层顶板直接顶为厚17～27m的灰白色粗砂岩，f=6～8，抗压强度为240～340kg/cm2，块状结构，整体性好，初次来压步距大，周期来压明显。经过顶板分类测定为二级老顶（老顶来压明显）直接顶来压为三类（稳定顶板）。底板灰色粉砂岩，中硬，厚4.3m，底板平整。 2 直接顶能够充分垮落的顶板的管理 此类顶板在开采过程中顶板自行垮落，并垮落得较充分；此类工作面可不进行人工放顶，要注意在初放期间的垮、漏顶事故。对此类顶板采取以下措施： （1）提高支柱的初撑力，泵站压力必须达到18MPa以上，顶梁必须铰接。 （2）从泵站到注液枪的液压系统要合理，液压系统保证不漏液。 （3）工作面初次放顶采用配备加强柱放顶，在工作面软帮最后两排柱间加打戗柱，同时配合木垛放顶。戗柱倾向间距：0.8～1.6m木垛间（中—中）8～10m。 3 工作面顶板强制放顶 由于采煤工作面整体坚硬，厚顶板难以自行垮落（砂岩、砾岩的其分层厚度通常大于5m）时，它们要悬露几万甚至十几万平方米。这样大面积的顶板在极短时间内冒落下来时，不仅由于重量的作用会产生严重的冲击破坏力，而且更严

顶板知识

顶板知识 一、煤层的顶底板 煤层的顶底板是指煤系中位于煤层上下一定距离的岩层，按照沉积顺序，在下常情况下，位于煤层之下，先于煤层生成的岩层是底板；位于煤层之上，在煤层形成之后的岩层叫顶板。由于沉积物质和沉积环境的差异，顶底板岩层性和厚度各不相同，在开采过程中破碎，冒落的情况也就不同，了解这些岩层的岩性特征、厚度、层理及节理发育程度，强度及含水性等，对确定顶板管理和巷道支护方式均有重要意义。 根据顶底板岩层相对煤层的位置和垮落性能，强度等特征的不同，从上至下顶板划分为基本顶（老顶）、直接顶、伪顶三个部分；底板分为伪底、直接底及老底三个部分。不过，对于某个特定的煤层来说，其顶底板的这六个组成部分不一定发育俱全。可能缺失某一个或几个组成部分的岩层。 （一）煤层的顶板 1、伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.3m～0.5m,多由页岩，炭质页岩等组成。 2、直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般在1m～2m,多由泥岩、而岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成 3、基本顶：又叫老顶，是位于直按顶之上或直接位于煤层这上（此时无直接顶和伪顶）的厚而坚硬的岩层。常在采空区上方悬露一段时间，直到达到相当面积之后才能垮落一次，通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石的组成。 （二）煤层底板 1、伪底：直接位于煤层之下的薄层软弱岩层，多为炭质页岩或泥岩，厚度一般为0.2m～0.3m. 2、直接底：直接位于煤层之下硬度较低的岩层，厚度一般由几十厘米到1米左右，通常由泥岩、页岩或粘土岩。若直接底为粘土岩，则遇水后易膨胀，可能造成巷道底鼓与支架插底现象，轻者影响巷道运输与工作面支护，重者可使巷道遭爱严重破坏。 3、老底：指位于直接底之下，比较坚硬的岩层，多为砂层，石灰岩等。 二、采煤工作面顶板分类 根据工作面顶板冒落的难易程度，将顶板分为五类。 1、易冒落的松软顶板 该类顶板的特点是煤层顶板是易垮落的松软岩层，回柱后顶板能立即冒落，且能填满采空区。这类顶板由于冒落比较充分，使位于裂隙带的老顶岩层，在回采过程中，很容易取得平衡，因而老顶的开裂，弯曲下沉，对工作面几乎没有什么影响，工作面来压比较缓和，无明显的周期压力，靠采空区一侧的顶板下沉量较稳定，顶板容易管理。 2、中等冒落性的顶板 该类顶板的特点是直接顶，厚度一般小于煤层平等的6～8倍，其上部为比较坚硬的老顶，虽然回柱后直接顶随之垮落，但因厚度不大，不能填满采空区，老顶则置于悬露状态，当工作面推进一段距离后老顶才开始垮落，此时因采空区落差较大，致使工作面呈现周期来压状态，严重时可使采场切顶垮面。对于这类顶板应注意老顶的活动规律。 3、难冒落的坚硬顶板 这类顶板的特点是老顶直接赋于煤层之上，或有一伪顶，无直接顶，由于老顶垮时采空区的落差太大，使工作面呈现明显的周期来压，工作面平时的下沉量及下沉速度较小，而当周期来压时下沉速度急剧增加，工作面顶板情况迅速恶化，应当注意及时采取措施。 4、极难冒落的坚硬顶板 这类顶板的特点是煤层板为极其坚硬的整体性厚岩层，在采空区能悬露上万平方米而不垮落，当垮落时则能形成暴风，致使工作面造成垮面和严重破坏。

坚硬顶板的一般特点与控制措施

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/b719110203.html, 坚硬顶板的一般特点与控制措施 作者：赵德见 来源：《中国科技博览》2014年第12期 摘要：矿山坚硬顶板回采工作面和普通回采工作面的矿山压力显现有着明显的不同，坚硬顶板回采工作面其矿山压力显现较为剧烈，由于顶板坚硬难于垮落造成顶板悬空面积增大、初次垮落步距加大、顶板大面积在无预兆下发生大面积冲击垮落，不仅使大量的金属支柱遭受损坏，而且还危及工作面工人的人身安全，如果控制不好，后果危害极大。本文通过对坚硬顶板的特点提出了常用的控制方法，为同类其它矿井提供了一定的指导意思。 关键词：坚硬顶板；初次来压；顶板控制；显现特征； 【分类号】：TD327.2 一引言 煤矿坚硬顶板回采工作面和普通回采工作面的主要区别是矿山压力显现的不同，坚硬顶板回采工作面其矿山压力显现较为剧烈[1]。首先，坚硬顶板在煤层回采后顶板可以形成大面积 悬露而不垮落，其次初次垮落步距一般大于30～40m，因而对工作面的回采安全形成极大的威胁。同时，顶板大面积的垮落，经常给回采工作面乃至矿井造成严重的破坏，甚至发生矿震。 坚硬顶板是指煤层顶板岩石强度和弹性模数高、节理裂隙不发育、厚度大、整体性强、自承能力强的顶板。煤层开采后顶板大面积悬露而不垮落，工作面初次及周期来压步距大，顶板来压时压力大。坚硬顶板采场与普通采场矿山压力显现的主要差别是周期性来压强烈，因此，掌握坚硬顶板采场矿山压力基本规律，有针对性的采取措施有效控制，是采场安全生产、消除重大顶板事故的关键。 二我国工作面的顶板分类 随着煤矿生产技术的不断发展，回采工作面机械化程度的提高，80年代初，为了改善顶 板管理，我国颁布了新的《缓斜和倾斜煤层回采工作面顶板分类》方案。该方案首先明确了伪顶、直接顶、基本顶的基本概念，然后按稳定性将直接顶分为四类，按来压强度将基本顶分为四级，最后由两者类级别的不同组合，将采场顶板分为11类，其中属于坚硬顶板的有Ⅲ1、 Ⅲ2、Ⅲ3、Ⅲ4、VI4五类。我国现行的这种顶板分类对Ⅲ级来压强烈顶板有了较细的划分， 但Ⅳ级顶板太笼统，而且控制方法也未加区别，针对性不强。在Ⅲ级顶板中，Ⅲ1、Ⅲ2类可 以用全部垮落法，Ⅲ3、Ⅲ4类必须强制放顶，显然不够确切，因为l、2类顶板只表明了它的直接顶稳定性差，并不表明岩层的厚度大小，从0.3～5的N值变化范围很大，其中25～50m 来压步距的顶板必有来压强烈，甚至极强烈的。例如大同矿区某些顶板有1.0左右的直接顶，

坚硬顶板水力压裂切顶卸压技术研究及应用

坚硬顶板水力压裂切顶卸压技术研究及 应用 摘要：我国国土辽阔，有着丰富的能源储量，但能源分布呈现的整体趋势为 多煤贫油少气，其中化石能源（煤炭资源）在我国能源主体中占据极其重要的地位。我国煤炭资源虽然储量丰富，但整体赋存条件复杂，约有四成的煤层存在坚 硬顶板问题。坚硬顶板是指巷道顶板由坚硬岩性岩层组成，在矿井正常开采过程中，由于坚硬顶板的存在，使得巷道变形严重，同时对留煤柱开采的矿山，由于 坚硬顶板的存在，造成留设煤柱宽度大幅度增加，严重浪费煤炭资源。目前我国 最常用的治理方法为切顶卸压，切顶的方法可分为爆破切顶、聚能切顶和水力压 裂切顶三种。此前众多的学者对爆破切顶及聚能切顶作过研究，对水力压裂切顶 方案研究较少，因此本文对水力压裂进行研究。 关键词：坚硬顶板；水力压裂；卸压技术；应用； 引言 随着矿井的开采年限不断增加，覆存较为简单的煤层逐步减小，煤矿资源开 采的重点逐步向着覆存条件较为复杂的煤层转化。坚硬顶板是矿井开采目前面临 的重要难题，我国约一半左右的煤层存在坚硬顶板问题，由于顶板岩性较为坚硬，使得采空区顶板极难垮落，并形成大面积的悬顶，大面积的悬顶一旦发生垮落极 易造成层工作面冲击地压，同时为了保证巷道的稳定性，在留煤柱开采的巷道， 大面积的悬顶使得煤柱留设宽度大幅增加，造成严重的资源浪费，在无煤柱开采 的矿井，大面积的悬顶同样需要投入较大的资金来维护巷道的稳定性，所以对坚 硬顶板的治理成为了一个热门的课题。 1水力压裂切顶机理 水力压裂切顶卸压是指通过布置钻孔垂深为煤层到老顶岩层的距离、一定间 距的钻孔切槽，在采空区侧上覆岩层预制切缝，钻孔注入高压水，采取“定点分

坚硬顶板覆岩运动规律与控制技术研究

坚硬顶板覆岩运动规律与控制技术研究 1. 宁阳县能源发展服务中心山东泰安271400 摘要 本文在对坚硬顶板预裂爆破研究的基础上，得到了厚煤层厚硬顶板顶板深孔预裂爆破的损伤演化规律及单孔平均损伤破坏程度特征，提出了坚硬顶板条件下的顶板控制技术，针对不同层位的坚硬顶板分别制定了爆破方案，确定了爆破工艺参数。 关键词：坚硬顶板；数值模拟；预裂爆破；顶板控制 ABSTRACT Based on hard roof based on the study of the pre-splitting blasting, the thick hard thick coal seam roof roof damage evolution law of deep hole pre-splitting blasting and characteristics of average single-hole damage degree, put forward under the condition of hard roof roof control technology, in view of the different horizon of hard roof, respectively, the blasting scheme, blasting parameters were determined. Keywords: hard roof ; numerical simulation; pre-splitting blasting; Roof control 1 绪论 夏阔坦煤矿顶板多为砂岩，顶板强度大，易形成大面积悬顶。正确的掌握坚硬顶板条件下覆岩运动规律与顶板控制技术，对于防止坚硬顶板大面积悬露和突然垮落导致的灾害事故，具有重要的理论价值和现实意义。

煤矿坚硬顶板临空巷道切顶卸压施工安全技术措施

坚硬顶板工作面临空巷道切顶卸压施工安全技术措施 一、工程概况 （一）项目背景 在工作面回采过程中，临空侧巷道往往受到工作面回采产生的侧向支承压力影响，出现巷道围岩严重变形现象。同时，由于顶板坚硬且完整性好，随工作面推进顶板难以及时垮落，在采空区上方形成大面积悬顶，大面积悬顶及其突然破断产生冲击载荷及顶板大面积来压，对工作面和巷道产生严重威胁。尤其是对于大采高工作面，煤层顶板倘若发生大面积的断裂现象时，不仅会对回采巷道产生冲击破坏，还会导致保护煤柱发生失稳以及煤柱内巷道发生大变形。为了能够更好实现井下安全生产，进一步保证煤矿安全生产及井下的工作人员安全，这就要求尽可能有效的掌握煤矿井下坚硬顶板相关的弱化处理方面技术，全面理解好采场顶板弱化前后矿压显现规律；对巷道更为合理有效的支护，这些对煤矿正常安全高效性的工作生产具有非常重要的实践性的意义。 （二）施工地点及涉及到的工作面 为保证矿井正常接替，我公司15208工作面的回采和15210工作面的掘进存在同时作业的情况。其中15210运输顺槽作为回采工作面临空侧掘进巷道，受到15208回采产生的超前和侧向支撑压力、本巷道掘进超前动压叠加影响，且坚硬顶板难以及时垮落，导致区段煤柱

采空区侧将出现大面积悬顶，使得区段煤柱和掘进巷道上方产生应力集中，导致掘进巷道围岩变形量大，支护困难。 因此，本次施工地点选择在15208运输顺槽和15210运输顺槽。 （三）工作面概况 1、工作面位置 15210工作面位于二采区南部，其东部为15208工作面，西部为实体煤，南部为井田边界，北部为东翼回风大巷。对应地表位于高岭以东，王家庄村以南，首阳山以西，首阳煤业以北。盖山厚度195-300m，平均埋藏深度260.5m。15210运输顺槽为15210工作面的回采巷道，设计长度1890m，已掘进1193米，剩余697米。 15208工作面位于二采区南部，其东部为15206工作面采空区，西部为15210工作面，南部为井田边界，北部为东翼回风大巷。对应地表位于首羊山以西，王家庄村以南，高岭以东，西沙院以北。盖山厚度 123—292米，平均厚度207.5米。15208运输顺槽为15208工作面的回采巷道，顺槽长度1720m，已回采952米（其中74米跳采段为实体煤），剩余768米。（工作面布置见附图1）

煤矿顶板大面积来压控制

煤矿顶板大面积来压控制 一、顶板大面积来压现象及特征 顶板大面积来压主要是由于坚硬顶板被采空的面积超过一定的极限值，引起大面积冒落而造成的剧烈动压现象。顶板大面积来压时，一次冒落的面积少则几千平方米，多则可达几万甚至十几万平方米。 二、顶板大面积来压的成因和机理 顶板大面积来压是由坚硬岩层大面积冒落而形成的。如砂岩和砾岩层等，其单向抗压强度可达8.0~16.0kN∕cm2,甚至达ZO.OkN/cn?。这些岩层一般为厚层整体结构，岩体中的层理、节理和裂隙都不发育。这些坚硬岩层有的直接覆于煤层上面，有的在煤层之间有一薄层强度较小的岩层。 由于直接覆于煤层之上的顶板岩层坚硬，在回来工作面初采时，顶板初次垮落步距可达50~70m,甚至达IOom 以上。为了避免初次来压形成的危害，常常用刀往法进行开采，即当回采工作面推进一定距离，在采空区留一段煤柱支撑顶板。这样，看起来对一个采场似乎是安全的，但随着采空面积的增加，上覆岩层的压力将主要由留下的煤拄承担。结果常由于煤柱本身的力学性质发生变化（蠕变），丧失了对顶板的支承能力。由实践中得知，当煤校文撑面积与采空面积之比低于30%时，这种现象尤为严重，易于形成大面积来压现象。 从能量积聚的条件来看，坚硬顶板在破断前弯曲下沉，使前方的煤岩体积聚大量的弯曲弹性能。在破断过程中，若条件充分，必将突然释放，发生煤的弹射或突出和破坏巷道等冲击矿压现象。 图10-4坚硬顶板前后活动机理图 三、顶板大面积来压的防治措施 （一）顶板大面积来压的预兆及测定 W ∙H ⅛⅝=-K 居 赵 定 W ③ 小 (b)

1.预兆 大面积来压的预兆主要表现为，顶板断裂声响的频率和音响增大；煤帮有明显受压和片帮现象；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，这是断裂块岩互相间摩擦形成的岩粉与水的混合物。 2.测定与预报 大面积来压的测定原理与冲击矿压相同，可用微震仪、地音仪和超声波地层应力仪等进行量测岩层断裂时的脉冲信号。根据上述顶板大面积来压的机理，厚坚硬岩层的破坏过程，长的在来压前数十天即出现声响和其他异常现象，短的在来压前几天，甚至几个小时也出现预兆。因此，根据仪器量测的结果和结合历次来压预兆的特征，可以对大面积来压进行较准确的预报，避免造成灾害。 （二）顶板大面积来压的防治措施 顶板大面积来压主要的危险是由顶板冒落而形成的冲击荷载和暴风。防止和减弱其危害的基本原理是，改变岩体的物理力学性能，以减小顶板悬露和冒落面积，以及减小顶板下落高度，以降低空气排放速度。具体的办法可有以下几种。 1.顶板高压注水 顶板注水可以起软化顶板，增多和扩展裂隙，以及润滑弱面等作用。其主要机理是，注水后能溶解顶板岩石中的胶结物和部分矿物；减小层间粘结力；高压水可以形成水楔，扩大和增加岩石中的裂隙弱面。故注水后岩石的强度将显著降低。如四老沟矿二号层粘土胶结的砂岩的注水试验，浸水6~9d后的岩石抗压强度软化系数为0.39~0.49,平均为0.43。若浸入2~8%的盐酸溶液，效果更佳。浸水时间越长，软化系数也越低。 2.强制放顶 用爆破的方法人为地将顶板切断，并使顶板冒落形成歼石垫层。切断顶板可以控制冒落面积，减弱顶板压力和冒落时产生的冲击载荷；形成垫层可以缓和冒落时产生的暴风。为了形成垫层，放顶的高度可按形成垫层的厚度进行计算。根据实践经验，采空区中砰石充满程度达到来空和放顶高度之和的2/3,就可以避免过大的冲击载荷和防止形成暴风。据此，放顶高度可按下式计算。

坚硬顶板处理方法探讨

坚硬顶板处理方法探讨 坚硬顶板处理方法探讨 【摘要】坚硬顶板难以自然垮落，如果不采取适当措施促使其垮落，那么其初次垮落步距会很大，一旦垮落，那么冒落面积很大，形成巨大的风暴，对工作面威胁极大，因此需要采取适当措施措施其垮落。常见的处理方法有超前深孔预爆破松动煤体或预裂顶板、高压预注水弱化顶板和深孔爆破法强制放顶。 【关键词】坚硬顶板显现特征；处理方法 1 坚硬难垮顶板工作面的矿压显现特征 1.1 大面积垮落特征 坚硬难垮落顶板在煤层采出后，当悬露面积较大时，才突然垮落。20 世纪80 年代前，我国的大同、北京、乌鲁木齐、枣庄等矿区大都采用刀柱采煤法管理顶板。每回采一定距离后，在采空区内留设一定面积的煤柱支承顶板。这种方法可根本保证工作面回采期间顶板不垮落。但是，随着开采面积的不断扩大，所留煤柱应力逐渐增大，终被压酥破坏。当采空面积到达一定范围时，常常发生大面积垮落，造成剧烈的动力现象。 1.2 坚硬难垮落顶板工作面的初次来压特征 工作面从切眼开始推进回采，当悬露较大面积后才突然破断垮落，工作面出现强烈的来压显现。坚硬难垮落顶板工作面初次来压的另个特点是一次断裂、垮落的岩层厚度大；冒断厚度可达10～25m，甚至更大。垮落岩石的块度大，有的块度可达十几立方米，甚至几十立方米。坚硬难垮落顶板工作面初次来压的第三个特点是来压强度大，动载系数高；大面积的悬顶一次性断裂垮落时，产生瞬时冲击载荷，常损坏工作面的支护设备，甚至造成人员伤亡等恶性事故。 1.3 坚硬难垮落顶板的周期来压特征 坚硬难垮落顶板工作面初次来压后，随着工作面的推进，支架前方常形成较长的顶板悬臂，有时可达20～30 m，最大到达55m。由于坚硬难垮落顶板的岩石破断角较小，直接顶垮落后形成的矸石垫层很薄，有时甚至根本没有垫层，致使未垮落悬顶与垮落的矸石堆没有任何力学联系，形成悬臂梁结构。当悬臂到达一定极限长度时，才会断裂和垮落，使工作面造成强烈的周期来压显现。坚硬难垮落顶板工作面的周期来压特点是：来压步距大、动载系数高；来压时常对支护设备造成动载破坏，甚至危及人身平安。 2 坚硬难垮顶板的处理方法 2.1 超前深孔预爆破松动煤体或预裂顶板 其顶板或煤体是在采煤工作面前方按相应间距向坚硬顶板或煤体内打钻孔实现预爆破松动，使坚硬岩层或煤体在某区域内破坏形成裂缝，实现降低顶板来压强度的目的。其钻孔布置与注水孔类似。爆后要利用孔口不变形的特点，把静压水接到孔口，减少粉尘。超前松动方法适应性强，使用的专用设备数量较少，对于减缓大面积来压非常有效。其缺点是大量炸药爆炸污染井下空气；松动爆破不易均匀，特别是松动顶板；在煤质松软和直接顶破碎时不适合使用；在高瓦斯矿井和煤层中应用，要有绝对平安的措施。 2.2 高压预注水弱化顶板

高瓦斯矿井坚硬顶板控制及瓦期防治措施

高瓦斯矿井坚硬顶板控制及瓦期防治措施 前言 随着矿业的不断发展和技术的不断进步，深部煤矿采掘难度越来越大。在采掘过程中，高瓦斯矿井通常是存在的，而采煤过程中采空区 的坍塌、裂隙等形变现象也势必会影响井下安全。在这种复杂的采煤 环境下，如何保证矿井的安全性和经济性，是我们需要思考的问题。 本文主要探讨高瓦斯矿井坚硬顶板控制及瓦期防治措施，希望通过 本文的阐述，能够为矿井工作者提供一些有用的参考和帮助。 矿井坚硬顶板控制 矿井坚硬顶板控制，是指对处于坚硬顶板下的煤岩层、煤矸石层进 行控制，以减小其对矿井节能和采煤的影响。对于高瓦斯矿井而言， 坚硬顶板的控制尤为重要。 坚硬顶板的特点 高瓦斯矿井的坚硬顶板通常由岩层或煤矸石层组成，具有以下的特点： 1.坚韧性好。坚硬顶板通常由硬质岩层或煤矸石层组成，其 力学性质较为坚固，不易破裂。 2.稳定性强。坚硬顶板通常没有明显的裂隙，稳定性较高。 3.可预测性高。坚硬顶板的位置和固有特性常常可事先预测。

坚硬顶板控制的策略 基于坚硬顶板的特点，对于高瓦斯矿井而言，其坚硬顶板控制策略 主要包括以下几个方面： 1.合理的采煤工艺。采用适当的采煤工艺，如液压放顶法等， 可以减小对坚硬顶板的破坏。 2.确定合理的区域。通过对坚硬顶板的预测和评估，确定采 掘煤层的合理区域，以减小坚硬顶板的破坏。 3.采取支护措施。对于存在较大变形量和裂隙的坚硬顶板， 可以采取钢拱架等支护措施，以保证其稳定性和额外强度。 坚硬顶板控制的效果 采用坚硬顶板控制的策略，可以减小对顶板的破坏和稳定性破坏， 并可以增加矿井的经济效益。具体效果包括： 1.减少安全事故。坚硬顶板破坏时容易造成事故，采用上述 控制措施，可以减少矿井安全事故发生的可能性。 2.提高采煤效率。通过合理的采煤工艺和区域规划，可以减 小采煤过程中的煤层垮落，从而提高采煤效率。 3.延长矿井使用寿命。减少顶板破坏，延长矿井的使用寿命。

顶板控制要点

煤矿顶板管理规定 一、一般规定： （一）井巷工程施工前，必须编制《掘进作业规程》，并组织会审。在编制作业规程时，应根据地质条件选择合理的支护形式。巷道掘进时必须按作业规程进行施工，地质条件发生变化时要停止掘进，待重新确定支护形式后再进行施工。 （二）巷道贯通前必须制定贯通专项措施，综合机械化掘进巷道在相距50m前、其他巷道在相距20m前，必须停止一个工作面作业，并且实行单头作业，保持停掘工作面支护完好和通风正常。贯通时，必须由专人现场统一指挥。贯通后必须停止采区内一切工作，立即调整通风系统，风流稳定后，方可恢复工作。 （三）严格按正规循环作业，禁止超循环作业。 （四）煤矿企业要把好支护材料质量关，所用产品必须取得产品质量合格证，其中纳入安全标志管理的产品，必须取得煤矿矿用产品安全标志，严禁使用不符合质量标准及规格要求的支护材料，确保巷道支护质量。 （五）掘进前应查明工作面的地质构造、应力情况、顶板岩性、煤层特征、上下层对照关系及四周开采情况，水、火、瓦斯、煤尘情况。 （六）掘进工作面严禁空顶作业。临时和永久支护距掘进工作面的距离，必须根据地质、水文地质条件和施工工艺

在作业规程中明确，并制定防止冒顶、片帮的安全措施。 （七）在松软的煤（岩）层、流砂性地层或者破碎带中掘进巷道时，必须采取超前支护或者其他措施。 （八）掘进巷道遇断层、褶皱、陷落柱等特殊地质构造时，必须编写专项安全技术措施，由煤矿企业总工程师（技术负责人）审批。 （九）巷道开口、分岔、拐弯段、三角区及贯通时必须采取措施加强支护，并避开构造及应力集中区。 （十）井巷揭煤前，应当探明煤层厚度、地质构造、瓦斯地质、水文地质及顶底板等地质条件，编制揭煤安全措施。 （十一）新掘巷道及硐室，应优先选择锚网喷支护，当存在有围岩破碎、过断层、陷落柱等地质构造带等锚网喷支护不能发挥正常支护效用的地段，可采用其他支护形式。 （十二）矿井主要井巷工程开工前，所编制的支护设计必须由煤矿企业总工程师（技术负责人）组织论证并审批。 （十三）所有支护支架要接顶严实。架棚巷道的支架与顶帮之间的空隙必须塞紧背实；砌碹巷道的碹体与顶帮之间必须用不燃物充填密实。 （十四）严禁采用木棚或木支柱支护，严禁使用其他国家明令禁止的支护方式。 二、锚喷支护 （一）岩石巷道或半煤岩巷道优先采用综掘或光面爆破，爆破后的巷道要成形规整，轮廓尺寸基本符合设计要求。一次支护采用锚网索喷支护，后期视顶板情况进行二次支护

回采工作面坚硬顶板初次垮落冲击风暴的防治

回采工作面坚硬顶板初次垮落冲击风暴的防治 摘要: 本文研究了回采工作面坚硬顶板初次垮落冲击风暴的防治。首先，介绍了回采工作面坚硬顶板初次垮落冲击风暴的基本情况，包括固结性、形式及范围等。然后，介绍了初次垮落冲击风暴对井巷安全生产的危害，并提出了解决问题的主要方法和技术措施，如改变回采工作面布局、采用结构力学计算、采用特征变化定位初次垮落以及现场实测技术等。最后，本文给出了初次垮落冲击风暴的防治的实践建议，为其他矿山安全生产提供参考。 关键词：回采工作面；坚硬顶板；初次垮落；冲击风暴；防治 正文: 回采工作面的坚硬顶板是矿山安全生产的重要部分，当其结构性发生变化时，尤其是初次垮落时会引发冲击风暴，严重影响井巷安全生产。因此，有必要研究回采工作面坚硬顶板初次垮落冲击风暴的防治。 首先，本文介绍了回采工作面坚硬顶板初次垮落冲击风暴的基本情况。坚硬顶板的固结性是影响垮落的重要因素，一般情况下，当坚硬层厚度超过8m或压力强度超过8MPa时，垮落将 发生。另外，坚硬顶板初次垮落形式有垮裂和抛弃，其变形范围一般为1~2米，随着坚硬顶板厚度和变形范围的增加，冲击风暴力量也随之增加。 其次，本文介绍了初次垮落冲击风暴对井巷安全生产的危害，

以及解决问题的主要方法和技术措施。首先，应根据矿山的实际情况，采取适当的布局方式，减小回采工作面的坚硬顶板变形范围。其次，应采用结构力学理论计算，分析坚硬顶板的变形、变形机制及其影响，以指导防治工作。此外，还应采用特征变化定位等技术措施，实时监测坚硬顶板的变形情况，及时实施初次垮落的预防措施。最后，现场实测技术往往是必要的，以保证工作的准确性。 最后，本文给出了初次垮落冲击风暴的防治的实践建议，可供矿山安全生产改善工作参考。首先，应采用科学的回采工作面布局，及时实施有效的技术措施，以减小坚硬顶板变形范围；其次，应对结构力学计算和现场实测采取有效的控制，确保数据的准确性；最后，需要采用有效的技术措施，及时检测坚硬顶板的变形，并及时采取相应的应急处置措施，以保证回采工作面的安全生产。为了有效防治回采工作面坚硬顶板初次垮落冲击风暴，还应开展定期的监测，包括外部资料监测、地质结构特征监测和重力位移监测等。外部资料监测包括掘进参数监测、表面破碎块监测和表面蠕变监测等；地质结构特征监测包括断层及裂缝监测、强度变化监测、微重力变化监测等；重力位移监测包括视线断层监测、形变监测和水平位移监测等。除此之外，还应建立坚硬顶板位移告警系统，以便及时发现坚硬顶板变形超出范围，及时采取应急措施，防止发生事故。 此外，可以采用预制式采掘方法，以有效减小坚硬顶板的变形范围。以技术措施为基础，可以采用自动控制系统、智能监控系统和远程监测系统等，以保证回采工作面安全生产。此外，还应注意避免在雨季和国庆前后采矿，以减轻坚硬顶板的变形

高瓦斯矿井坚硬顶板控制及瓦期防治措施

高瓦斯矿井坚硬顶板控制及瓦期防治措施双鸭山矿业集团有限公司东保卫矿是高瓦斯矿井，该矿一采区左部41层顶板坚硬，周期来压明显，采面初次放顶及周期来压期间顶板管理相当困难，伴有采空区大量的瓦斯涌出，增加了采面安全管理的难度。针对这种情况，我们进行了专项研究，摸索出一套行之有效的办法，保证了采面的安全生产。 1采区概况 东保卫矿一采区位于井田东翼，以—200m水平为界上下山布置，上至煤层露头，下至—370m水平。东西走向长度1200m，共有36、41两个主采煤层，煤层厚度1.7～1.9m，煤层倾角7°～31°，平均20°。煤层发育稳定，地质构造中度复杂，顶板均为灰色细砂岩，底板均为灰色中砂岩。 一采区左部瓦斯含量较高，绝对瓦斯涌出量为4.8m3/min，工作面瓦斯量的大小与采空区活动有关。41层直接顶为III类稳定顶板，老顶为III级顶板，老顶来压强烈，周期来压严重。老顶初次来压及

周期来压期间采空区瓦斯大量涌出，初次放顶时最高瓦斯涌出浓度达10%，周期来压时最高瓦斯涌出浓度达9%。 2初次来压及周期来压期间瓦斯涌出机理及规律 在老顶岩层尚未断裂时，整个已采区由四周的煤柱支撑，顶板下沉量不大，随着工作而向前推进，顶板悬露面积逐渐加大，顶板压力增加，四周煤体逐渐被压酥、压裂，煤体里释放出大量的瓦斯。由于风流是沿工作面弧形流动的，靠工作面一侧风流速度大，到工作面四、五排支柱时风流速度逐渐减小，到采空区时风流速度极小，采空区内无风或微风，冲淡不了瓦斯，采空区上部和里部就成为瓦斯聚集的仓库。 老顶的压力通过直接顶作用于支架上，支架的支撑力通过直接顶对老顶进行控制。当老顶将要断裂、垮落前，采空区上方老顶弯曲下沉，煤壁内的支承压力达到最大，此强大的支承压力使直接顶及煤壁被剪切破坏。老顶悬露面积达到极限时，老顶断裂、垮落。垮落的直接顶及老顶挤占了采空区内瓦斯的存在空间，大量的瓦斯被挤出采空区，进入上隅角，导致初次来压期间采空区瓦斯大量涌出。

坚硬顶板条件冲击地压发生机理及控制对策

坚硬顶板条件冲击地压发生机理及控制对策当前,在存在“冲击倾向性”的煤岩中掘进维护巷道和推进回采工作面,导致煤岩在矿山压力作用下剧烈的震动性破坏,引发“冲击地压”、“煤与瓦斯突出”等重大事故灾害,严重地威胁着我国煤矿安全生产。因此,在深入的研究相关事故发生的原因以及事故实现的条件的基础上,深化事故控制理论的研究及实现从根本上排除相关事故威胁的目标,是当前我国实现煤矿安全生产的大事。论文采用案例分析、理论模型、数值模拟、工程实例验证等方法系统揭示了坚硬顶板条件下冲击地压灾害发生机理,提出了冲击地压控制方法,具体取得如下创新性研究成果。(1)论文明确了在重力场影响下,煤岩中压缩弹性能与受采动影响范围内覆岩的弯曲弹性能构成了冲击地压主要动力源。 并明确指出覆岩弯曲弹性能最大值产生在最大弯矩的部位,由此不难得出回采工作面冲击地压是两部分压缩弹性能叠加作用的结果。在采场支承压力分布的高应力区(即外应力场)特别是应力高度集中的部位,开掘和维护巷道是回采巷道发生冲击地压的根源。在存在“内应力场”的条件下,实现在采场上覆岩层(即裂断拱内岩层)运动进入基本稳定状态的内应力场中开掘和维护巷道以及推进回采工作面可以可靠地避免冲击地压的发生。(2)论文深化了“冲击地压”动力源应力基础的研究,指出了成煤经构造运动推动形成的构造应力场的应力分布特征,并揭示了在原始构造应力场垂直地表方向的构造应力可以超过重力的条件,从而纠正了构造应力场中水平应力恒大于垂直应力的传统认识。 论文正确指出,残余构造应力场的高应力部位储存着高强度的压缩弹性能,在该部位开掘回采巷道和推进回采工作面都有诱发该部位高强度压缩弹性能释放,导致强烈冲击地压发生的危险。(3)采用跳采方法形成的孤岛工作面处于煤壁压缩弹性能和顶板弯曲弹性能叠加作用下,其发生冲击地压的可能性取决于采动条件,当孤岛工作面相邻工作面长度足够长(大于老顶初次断裂步距),其老顶可以充分运动塌垮时,孤岛工作面没有冲击危险;相反,当孤岛工作面相邻工作面长度小于老顶初次断裂步距时,孤岛工作面有不可避免的冲击危险。基于该认识提出了跳采工作面冲击地压控制方法。(4)阐明了无煤柱开采的技术体系构成,指明了无煤柱开采发展的方向,及突破的重点,描述了切顶成巷结构力学模型,分析了无煤柱切顶成巷技术的功能。

煤矿顶板灾害的防治措施

煤矿顶板灾害防治 1．回采工作面顶板事故分为哪几类？各有什么特点？ （1）局部冒顶事故 特点：这类顶板事故的特点是范围（一般约2-3m ）和冒顶高度较小，每次事故伤亡的人数不多（1-2个），对生产的影响不是特别严重，因而容易被忽视。局部冒顶事故的另一重要特点是事故总是在有人工作的部位发生，加之预兆又不十分明显，因此极易造成人身伤亡。 （2）大冒顶事故 特点：事故的特点是垮落面积大，来势凶猛，时间持久，常导致重大人身伤亡和设备、器材遭受大量损坏，往往造成生产中断。 2．影响回采工作面顶板事故的因素有哪些？ （1）自然因素（2）开采技术 3．影响巷道顶板事故的因素有哪些？ （1）自然因素：①岩石性质及其构造特征；②开采深度；(3)煤层倾角；(4)地质构造因素；(5)水的影响；(6)时间因素的影响（2）开采技术因素：①巷道与开采工作的关系，(2)巷道的保护方法，(3)巷道本身采用的支架类型和支护方式。 4．回采工作面和巷道的支护原理分别是什么？ （1）.回采工作面支护原理 根据矿山压力的理论，整个回采工作面上覆岩层中，裂隙带老顶岩层能够形成一种“大结构”。裂隙带岩梁“大结构”承担了其上覆绝大部分岩体重量，工作面支架在其掩护之下，因此支架受力要远小于覆盖层重量。裂隙带岩梁“大结构”是由“煤壁-回采工作面支架-采空区已冒落的矸石”支撑体系所支撑。工作面支架的工作阻力应保证裂隙带岩梁“大结构”的稳定。 (2).巷道支护原理 在开掘巷道以后形成的“支架一围岩”力学平衡系统中，围岩通常承受着大部分的岩层压力，而支架却只承担其中一小部分。而且，在支架和围岩分担岩层压力的过程中，巷道支架所承担的载荷是多变的，其分担岩层压力的比重视围岩本身承担了多少载荷而定。围岩分担的比重愈多，支架分担的比重将愈少。合理的支护方式应在保证安全的前提下充分利用围岩的自承力，使支架与围岩在相互约束的状态下共同承载，使得围岩在承受一定支架阻力的条件下有限制地（而不是自由地）向巷道空间内变形（受控变形）。在此过程中，支架和围岩双方的受力和产生的变形大小都和任一方的特性有关，并随任一方特性的变化而变化。 5.回采工作面单体支护密度如何确定？采煤、控顶之间的时、控关系组织怎样确定？ 在确定了必要的支护强度PT 后，支护密度n 即可由下式求出，即： 采煤、控顶之间的时、控关系组织： 1 ）对于周期来压不明显的采场，特别是直接顶本身岩性强度不高，顶板稳定性差的情T T R P n （ 6-2-1 ）

顶板控制及检测复习重点(中国矿业大学采矿工程辅修)

顶板控制及检测复习重点（中国矿业大学采矿工程辅修） 第一章 1概念 顶板:煤层上方的岩层 老顶:厚度大于1.5~2.0m ，较坚硬的分层，岩性多为砂岩、砂砾岩、石灰岩等。 直接顶：直接在煤层上面，厚度小于1.5~2.0m ，较软弱、下面又无老顶的分层，岩性多为页岩、砂页岩等。 底板：直接在煤层下面的岩层。 垮落带岩层(直接顶和老顶)：不支撑就会垮落的那部分岩层； 裂隙带岩层(主要是老顶)：在其断裂、旋转、下沉及触矸过程中，岩块间能够互相挤紧，从而形成能够承受载荷的平衡结构，并把自身及附加岩层的重量加到采空空间周围的煤体及冒矸之上。 2简答 直接顶、老顶与垮落带、裂隙带的关系 1) 当直接顶厚度大于或等于2~3倍采高时，垮落带岩层为2~3倍采高的直接顶，其上的直接顶为不垮落的直接顶。H’=M Kz−1 h’—充填满采空区所需直接顶厚度； M—采高； Kz—岩层的碎胀系数。 2）当直接顶厚度不足2~3倍采高时，其上老顶有三种情况： 老顶分层厚度大于5~6m 时为厚层难冒顶板，需悬露几千、几万、甚至几十万平方米才垮落。 老顶分层厚度小于5~6m ，在其断裂、旋转、下沉及触矸过程中，岩块间能够互相挤紧，从而形成能够承受载荷、并把自身及上位岩层的重量加到采空空间周围的煤体及垮落矸石之上的平衡结构者为裂隙带老顶。 老顶分层厚度小于5~6m ，在其断裂、旋转、下沉及触矸过程中，断块间会失去水平力的联系，从而不能形成平衡结构者为垮落带老顶。 3）当直接顶厚度小于2~3倍采高，而上面老顶分层厚度又小于5~6m 时，判断老顶分层带别的方法： 老顶分层厚度大于其下自由空间高度2m 时，该老顶分层已进入裂隙带。 判断进入裂隙带老顶分层的公式。2)1()1(101+⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡-+--≥∑-i z i i K h K H M H 3计算 例题、作业题 1、 某工作面，煤层厚度为1.5m ，倾角20°，顶板分层自下而上为：页岩0.5m ，砂页岩0.5m ，页岩1.0m ，砂页岩1.0m ，页岩1.5m ，砂页岩1.5m ，粗砂岩2.0，细砂岩3.0，再上为中砂岩。请确定垮落带岩层的厚度（其中Kl =1.33，Kz =1.5）。 解：直接顶：0.5+.5+1+1+1.5+1.5=6 老顶：2+3=5 M=1.5直接顶厚度大于或等于2~3