礦山壓力與頂板災害

礦山壓力與頂板災害華北科技學院安全工程學院副院長王玉懷教授?主要內(nèi)容一、頂板活動及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律二、頂板事故類型及控制原則?概述科學管理頂板：“合理頂板控制設計”和“支護質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測”。管好頂板、最大限度地消除冒頂事故，必須：合理頂板控制設計；支護質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測（礦壓觀測）。支護質(zhì)量監(jiān)測：支護參數(shù)是否符合合理頂板控制設計的要求。頂板動態(tài)監(jiān)測：保證頂板處于良好狀態(tài)，保證采場正常而安全的生產(chǎn)。?頂板活動及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律(一)、采場頂板活動一般規(guī)律(二)、巷道周圍礦壓顯現(xiàn)規(guī)律(三)、采場周圍應力分布規(guī)律?(一)、采場頂板活動的一般規(guī)律1、頂板：煤層上方的巖層。?2.頂板運動方式采煤后，頂板巖層按“分層”由下而上依次逐個下沉、斷裂、冒落。“分層”可能是：--同一巖性的整體巖層--同一巖性中較厚巖層中的一部分巖層--由下硬上軟不同巖性巖層組成的巖層，此時軟巖層為硬巖層的附加巖層。?3.分層的硬(強度大)與軟(強度小)分層的硬與軟，不僅與巖性和強度有關，而且與分層的厚度有關。分層厚度小的巖層，分層強度較小。分層厚度大的巖層，分層強度較大。?4.老頂與直接頂頂板：煤層上方的巖層。老頂(牢頂)：厚度大于1.5~2.0m，較堅硬的分層，巖性多為砂巖、砂礫巖、石灰?guī)r等。直接頂：直接在煤層上面，厚度小于1.5~2.0m，較軟弱、下面又無老頂?shù)姆謱?，巖性多為頁巖、砂頁巖等。底板：直接在煤層下面的巖層。?5.垮落帶與裂隙帶工作面工作空間與采空區(qū)；采空區(qū)處理方法：全部垮落法與充填法?垮落帶巖層(直接頂和老頂)：不支撐就會垮落的那部分巖層；裂隙帶巖層(主要是老頂)：在其斷裂、旋轉(zhuǎn)、下沉及觸矸過程中，巖塊間能夠互相擠緊，從而形成能夠承受載荷的平衡結(jié)構，并把自身及附加巖層的重量加到采空空間周圍的煤體及冒矸之上。?6.采動后頂板活動的一般規(guī)律(1)直接頂?shù)某醮慰迓洹迓浜穸仍?.0m以上，垮落長度達工作面長度的一半以上?？迓洳骄嘁话銥?~20m。?(2)老頂初次來壓—工作面回采以來的第一次老頂大規(guī)模來壓。初次來壓步距一般20~35m。①如果直接頂厚度大于或等于2~4倍的采高，則能填滿采空區(qū)，采面無老頂活動威脅。但老頂還是要彎曲、下沉和斷裂的。?②如果直接頂厚度小于2~4倍的采高，開始時老頂呈雙固支梁狀態(tài)，它把自身及上部巖層的重量都加到了工作面周圍的煤體上，工作面無老頂壓力感覺。③當老頂巖梁達到極限跨距時，彎曲、下沉、斷裂。工作面頂板下沉加快、煤壁片幫、支架受力增加，甚至出現(xiàn)頂板臺階等老頂來壓現(xiàn)象。?(3)老頂周期來壓—老頂初次來壓后，周期性的斷裂、下沉，工作面內(nèi)周期性出現(xiàn)頂板下沉加快、煤壁片幫、支架受力增加，以及出現(xiàn)頂板臺階等老頂來壓現(xiàn)象。周期來壓步距一般為初次來壓步距的1/2~1/4。(4)老頂來壓的兩個問題①當初撐力較低時，老頂往往斷裂在煤壁之內(nèi)。②老頂，可能是垮落帶巖層—懸臂梁，裂隙帶巖層—砌體梁結(jié)構。?老頂往往斷裂在煤壁之內(nèi)。剪切力為零點在煤壁內(nèi)，對應彎矩最大點。?①老頂在采空區(qū)受剪力時；②老頂上位巖層對老頂施加力時；老頂?shù)臄嗔研再|(zhì)不變，而且位置更深入煤體內(nèi)。?(二)、采區(qū)平巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律礦山壓力顯現(xiàn)就是由于礦山壓力作用，使圍巖煤體和各種人工支承物產(chǎn)生種種力學現(xiàn)象。本區(qū)段工作面采完后留下供下區(qū)段工作面復用的下部運輸順槽，從巷道開始掘進到開采工作完全結(jié)束巷道被廢棄的全過程中，礦壓顯現(xiàn)要經(jīng)歷五個階段，或分為5個不同的礦壓顯現(xiàn)帶五個階段：巷道掘進階段(Ⅰ)、無采掘影響階段(Ⅱ)、采動影響階段(Ⅲ)、采動影響穩(wěn)定階段(Ⅳ)、二次采動影響階段(Ⅴ)。

?工作面下部順槽頂?shù)装逡平康娜^程曲線1——移動速度曲線；2——移近量曲線

?巷道掘進階段(Ⅰ)在煤層或巖體內(nèi)開掘巷道，破壞了原始應力平衡狀態(tài)，就會引起圍巖應力重新分布，表現(xiàn)為巷道一旦掘出，其圍巖立即產(chǎn)生移動和變形。隨著巷道掘出時間的延長，圍巖應力分布較快趨向平衡，移動速度也由劇烈、衰減而趨向穩(wěn)定。隨巷道圍巖性質(zhì)，采深，掘巷方法等不同，掘進階段礦壓顯現(xiàn)由劇烈轉(zhuǎn)向穩(wěn)定所經(jīng)時間差別較大，短者只有幾天，而長者可達1~2月，相應地掘進階段引起的頂?shù)装逡平坎顒e也較大。?無采掘影響階段(Ⅱ)這個階段的圍巖移動主要是由于流變所引起，即變形量是時間的函數(shù)。由于隨時間增長變形的增量極為微小，這個階段的頂?shù)装逡平俣缺染蛳锲陂g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)因巖層運動規(guī)模大，這階段中礦壓顯現(xiàn)最強烈。超前影響距離由10~20m至40~50m不等，峰值區(qū)位于工作面后方5~20m范圍內(nèi)。該處頂?shù)装逡平俣群艽?，巷道斷面急劇縮小，支架變形折損常很嚴重，是巷道維護最困難的地段。工作面后方40~60m處，采空區(qū)上方巖層運動即逐漸趨于穩(wěn)定，采動影響明顯變小，從而進入采動影響衰減區(qū)。?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)定階段，故其圍巖移動基本特征上與無采動影響階段類似，這個階段中的圍巖平均移動速度一般還比無采動影響階段稍大一些。進入采動影響穩(wěn)定階段的距離，少者從工作面后方50~60m處開始，但多數(shù)情況是在100~120m以外。?二次采動影響階段(Ⅴ)處于采動影響穩(wěn)定階段的巷道，在下區(qū)段回采時，由于開采面積進一步擴大，重新引起頂板巖層失穩(wěn)和運動，將再次受到采動影響。二次采動影響的時間和空間規(guī)律與一次采動影響類似，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。

?(三)、采場周圍應力分布規(guī)律工作面前方形成的移動超前支承壓力。其余三邊形成殘余支承壓力。

1—工作面前方超前支承壓力；2、3、4—沿傾斜、仰斜及工作面后方殘余支承壓力

?1.采場周圍應力分布一般規(guī)律對于移動性支承壓力，其峰值大小可能比原巖應力γH增高1~3倍，即應力集中系數(shù)K=2~4，對于固定性支承壓力一般K=2~3。在離工作面一定距離的后方采空區(qū)內(nèi)，也可能出現(xiàn)峰值較?。ǎ耍剑眫1.3）的支承壓力，稱為采空區(qū)支承壓力。上區(qū)段采空區(qū)的殘余支承壓力與下區(qū)段工作面的超前支承壓力疊加，形成峰值很高的疊合支承壓力。

疊合支承壓力的峰值可能比原巖應力增高4~6倍（即Ｋ＝5~7），有時甚至更高。?煤層凸出角處的疊合支承壓力

?2.支承壓力的影響范圍超前支承壓力峰值位置深入煤體內(nèi)的距離約為2~10，其影響范圍視具體情況不同，可達工作面前方20~30至90~100。

?留區(qū)段煤柱時回采空間垂直應力等值線分布?1—采動影響帶邊界；2—支承壓力區(qū)；3—卸載區(qū)邊界

?3.煤柱及停采線下方底板巖體內(nèi)的礦壓顯現(xiàn)煤柱下方底板垂直應力等值線分布。煤柱載荷均布，應力集中系數(shù)為3。?煤體與采空區(qū)交界處底板垂直應力等值線分布γ－上覆巖層容重；H－埋藏深度：φ－底板巖石應力升高區(qū)的擴展影響角；Z－被跨巷道與上部回采煤層間的法線距；X-被跨巷道與上部回采煤柱邊緣的水平距?主要內(nèi)容一、頂板活動及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律二、頂板事故類型及控制原則?(一)、頂板事故類型按冒頂?shù)牧υ催M行分類壓垮型：由垂直于層面方向的頂板力壓壞采場支架而導致冒頂。漏冒型：因已破碎的頂板沒有得到有效防護受重力作用冒落而導致的冒頂。推垮型：由平行于層面方向的頂板力推倒采場支架而導致的冒頂。綜合型：兩種或三種綜合出現(xiàn)。?1、壓垮型冒頂老頂來壓時的壓垮型冒頂（1）垮落帶老頂巖塊壓壞采場支架。（2）垮落帶老頂巖塊沖擊壓壞采場支架。（3）裂隙帶老頂巖塊壓壞采場支架。難冒頂板的壓垮型冒頂直接頂?shù)膲嚎逍兔绊?2）漏冒型冒頂(1)靠煤壁附近的局部冒頂。(2)單體支柱工作面兩端的局部冒頂，包括機頭、機尾處的局部冒頂，工作面與巷道交接處的局部冒頂。(3)放頂線附近的局部冒頂。（1）金屬網(wǎng)下的推垮型冒頂。（2）采空區(qū)冒矸沖入采場的推垮型冒頂。3）推垮型冒頂?4）其他類型的冒頂（1）厚層難冒頂板導致的大面積冒頂。（2）斷層帶附近的冒頂。（3）直接頂中出現(xiàn)游離巖塊導致的冒頂，包括復合頂板推垮型冒頂、旋轉(zhuǎn)推垮型冒頂、游離巖塊的壓垮型冒頂?shù)取?(二)、對采場支架的基本要求1）根據(jù)上述分析，采場冒頂又壓、漏、推事故。2）則要求支架又支、護、穩(wěn)來治理冒頂。壓垮型推垮型漏垮型支護穩(wěn)?(三)、頂板控制原則采場控頂設計的目標：一、能最大限度地消除壓、漏、推冒頂隱患，防止發(fā)生各種類型的冒頂事故；二、所需費用最少。?控頂原則之一—預防壓垮型冒頂采場支架或支柱的工作阻力應能支撐住工作空間及采空區(qū)上方垮落帶巖層的重量（支）。采場支架或支柱的初撐力應能保持直接頂與老頂或下位2~3m巖層與上位巖層之間不離層（切）。采場支架或支柱的可縮量應能適應裂隙帶巖層的下沉（讓）。對厚層難冒頂板，應松動碎裂2~3倍采高頂板巖層，或在工作面前方有鉆眼爆破，高壓注水松動碎裂頂板，或在采空區(qū)挑頂（挑）。?控頂原則之二—預防漏冒型冒頂綜采時，如果直接頂比較軟弱，液壓支架應在掩護式或支撐掩護式中選用，且端面距不宜超過340mm。單體支柱工作面，如果直接頂比較軟弱，支柱必須帶頂梁，頂梁上還須背板，甚至背嚴。柱距小于0.7m，同時端面距小于200mm。綜采支架的初撐力應保證端面冒高不超過300mm；單體支柱的初撐力應保證端面冒高不超過200mm。工作面推進過程中，若遇較大斷層帶，應考慮采用固結(jié)法處理碎頂。?控頂原則之三—預防推垮型冒頂支架能夠保證煤層上方2~3m巖層與上位巖層不離層，并能沿切頂線主動切斷下位2~3m巖層。單體支柱工作面，金屬網(wǎng)下采煤時，初撐力應保證網(wǎng)兜高度不超過150mm。復合頂板下，初撐力應能把下位軟巖層頂緊到上位硬巖層，并使其間的摩擦力足以防推。摩擦支柱面，采用“整體支架”防推。?(四)、預防冒頂事故的控頂設計—特點1.要求支架（支柱）有一定（較高）的初撐力來防壓、防漏、防推。--工作阻力是壓出來的，而初撐力是主動支撐頂板的2.均按最不利的條件，確定支護參數(shù)。--因為對于頂板事故是不允許有半點差錯的。?踏實，奮斗，堅持，專業(yè)，努力成就未來。11月-2411月-24Monday,November11,2024弄虛作假要不得，踏實肯干第一名。19:54:4119:54:4119:5411/11/20247:54:41PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。11月-2419:54:4119:54Nov-2411-Nov-24重于泰山，輕于鴻毛。19:54:4119:54:4119:54Monday,November11,2024不可麻痹大意，要防微杜漸。11月-2411月-2419:54:4119:54:41November11,2024加強自身建設，增強個人的休養(yǎng)。2024年11月11日7:54下午11月-2411月-24追求卓越，讓自己更好，向上而生。11十一月20247:54:41下午19:54:4111月-24嚴格把控質(zhì)量關，讓生產(chǎn)更加有保障。十一月247:54下午11月-2419:54November11,2024重規(guī)矩，嚴要求，少危險。2024/11/1119:54:4119:54:4111