顶板事故-预防PPT课件.ppt

相互探讨，共同提高1 120212021主要内容1、顶板事故的危害性2、基本概念3、矿山压力显现规律及影响因素4、顶板事故的致因及防治5、讨论分析2 220212021第一节第一节 顶板事故的危害性顶板事故的危害性一、事故案例及统计数据一、事故案例及统计数据1、影片12、湖南省2010年4月11月事故统计 2010 2010年年4 4月月1111月湖南省煤矿共发生伤亡事故月湖南省煤矿共发生伤亡事故9393次，死亡人数次，死亡人数156156人，其中：发生顶板事故人，其中：发生顶板事故4141次，占总事故数的次，占总事故数的44.1%44.1%；发生顶板事故总共死；发生顶板事故总共死亡人数亡人数5151人，占人，占32.6%32.6%。二、原因初步分析（大家讲）二、原因初步分析（大家讲）3 320212021 三、顶板管理的基本问题三、顶板管理的基本问题:一是合理支护；二是有效管理（支护）。合理支护 适应的支护类型、支护密度 掌握支护对象的特性及运动规律顶（底）板岩石特性及分类、矿山压力规律。有效管理（支护）制定有效的管理制度和科学和监控手段及应对措施合格的工程质量、有效的支护效果。4 420212021第二节第二节 顶板管理基本知识顶板管理基本知识1、基本概念矿山压力 初次来压、周期来压、采场压力 顶板岩石特性：力学性质表现（压剪弯拉）、非均质体（各向异性）。2、采煤工作面围岩移动特征3、采煤工作面顶板分类 直接顶分类、老顶分类。4、顶板事故的产生与控制5 520212021第二节第二节 基本概念基本概念一、矿山压力基本概念（一、矿山压力基本概念（一、矿山压力基本概念（一、矿山压力基本概念（影片影片影片影片1 1 1 1）（一）矿山压力（一）矿山压力（一）矿山压力（一）矿山压力 矿矿矿矿山山山山压压压压力力力力就就就就是是是是由由由由于于于于井井井井下下下下采采采采掘掘掘掘工工工工作作作作破破破破坏坏坏坏了了了了岩岩岩岩体体体体中中中中原原原原岩岩岩岩应应应应力力力力平平平平衡衡衡衡状状状状态态态态，引引引引起起起起应应应应力力力力重重重重新新新新分分分分布布布布，我我我我们们们们把把把把存存存存在在在在于于于于采采采采掘掘掘掘空空空空间间间间周周周周围围围围岩岩岩岩体体体体内内内内和和和和作作作作用用用用在在在在支护物上的力称为矿山压力。支护物上的力称为矿山压力。支护物上的力称为矿山压力。支护物上的力称为矿山压力。（二）矿山压力来源（二）矿山压力来源（二）矿山压力来源（二）矿山压力来源 1 1 1 1、自重应力、自重应力、自重应力、自重应力 2 2 2 2、构造应力、构造应力、构造应力、构造应力 3 3 3 3、膨胀应力、膨胀应力、膨胀应力、膨胀应力6 620212021（三）矿山压力显现（三）矿山压力显现（影片影片3 3）在在矿矿山山压压力力作作用用下下，围围岩岩和和支支架架所所表表现现出出来来的的力力学学宏宏观观现现象象，如如围围岩岩变变形形，离离层层，破破坏坏和和冒冒落落，支支架架受受力力变变化化和和折折损损，煤煤（岩岩）突突出出，充充填填物物产产生生压压缩缩和和地地面面塌塌陷陷等，称为矿山压力显现，简称矿压显现。等，称为矿山压力显现，简称矿压显现。采采煤煤工工作作面面矿矿压压显显现现的的主主要要形形式式：工工作作面面顶顶板板下下沉沉、支支架架变变形形与与折折损损、顶顶板板破破碎碎或或大大面面积积冒冒落落、煤煤壁壁片片帮帮、支支柱柱插插入入底底板板、底板膨胀鼓起等。底板膨胀鼓起等。7 720212021二、二、采煤工作面围岩移动特征采煤工作面围岩移动特征采煤工作面上方的岩层采煤工作面上方的岩层采煤工作面上方的岩层采煤工作面上方的岩层顶板（顶板（顶板（顶板（影片影片影片影片5 5 7.2213.037.2213.03 ）下方的岩层下方的岩层下方的岩层下方的岩层底板底板底板底板顶板分类：顶板分类：顶板分类：顶板分类：伪顶：伪顶：伪顶：伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，允许悬位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，允许悬位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，允许悬位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，允许悬露的面积很小露的面积很小露的面积很小露的面积很小(一般不超过一般不超过一般不超过一般不超过10m10m2 2),),允许悬露的时间很短允许悬露的时间很短允许悬露的时间很短允许悬露的时间很短(一般不超过一般不超过一般不超过一般不超过20min),20min),厚度一般厚度一般厚度一般厚度一般0.30.30.5m0.5m以下；以下；以下；以下；直接顶：直接顶：直接顶：直接顶：位于伪顶或直接位于煤层之上，具有一定稳位于伪顶或直接位于煤层之上，具有一定稳位于伪顶或直接位于煤层之上，具有一定稳位于伪顶或直接位于煤层之上，具有一定稳 定性，可悬露一定的面积和时间来支设支架，但随移架定性，可悬露一定的面积和时间来支设支架，但随移架定性，可悬露一定的面积和时间来支设支架，但随移架定性，可悬露一定的面积和时间来支设支架，但随移架或回柱放顶后能自行垮落的岩层；或回柱放顶后能自行垮落的岩层；或回柱放顶后能自行垮落的岩层；或回柱放顶后能自行垮落的岩层；基本顶：基本顶：基本顶：基本顶：位于直接顶或煤层之上，厚而坚硬难垮落的岩位于直接顶或煤层之上，厚而坚硬难垮落的岩位于直接顶或煤层之上，厚而坚硬难垮落的岩位于直接顶或煤层之上，厚而坚硬难垮落的岩层，俗称老顶。层，俗称老顶。层，俗称老顶。层，俗称老顶。8 8202120211、基本顶；、基本顶；2、直接顶；、直接顶；3、伪顶；、伪顶；4、煤层；、煤层；5、底板岩层、底板岩层煤煤层层顶顶底底板板岩岩层层9 920212021（一）（一）（一）（一）直接顶初次垮落直接顶初次垮落直接顶初次垮落直接顶初次垮落采采采采煤煤煤煤工工工工作作作作面面面面自自自自切切切切眼眼眼眼推推推推进进进进一一一一段段段段距距距距离离离离后后后后，直直直直接接接接顶顶顶顶悬悬悬悬露露露露达达达达到到到到一一一一定定定定跨跨跨跨度度度度，就就就就要要要要对对对对采采采采空空空空区区区区顶顶顶顶板板板板进进进进行行行行初初初初次次次次放放放放顶顶顶顶，使使使使直接顶垮落下来，这一过程称作直接顶的初次垮落。直接顶垮落下来，这一过程称作直接顶的初次垮落。直接顶垮落下来，这一过程称作直接顶的初次垮落。直接顶垮落下来，这一过程称作直接顶的初次垮落。碎胀系数碎胀系数碎胀系数碎胀系数:K:K:K:Kp p p p=V/V=V/V=V/V=V/V直接顶岩层总厚度直接顶岩层总厚度直接顶岩层总厚度直接顶岩层总厚度 ，则它冒落后堆积高度为，则它冒落后堆积高度为，则它冒落后堆积高度为，则它冒落后堆积高度为，其与基本顶间可能留下的空隙：，其与基本顶间可能留下的空隙：，其与基本顶间可能留下的空隙：，其与基本顶间可能留下的空隙：101020212021（二）基本顶的初次垮落 1 1、基本顶初次垮落前岩层结构、基本顶初次垮落前岩层结构、基本顶初次垮落前岩层结构、基本顶初次垮落前岩层结构 若若若若0000，随直接顶初次垮落，基本顶在一定范围内，随直接顶初次垮落，基本顶在一定范围内，随直接顶初次垮落，基本顶在一定范围内，随直接顶初次垮落，基本顶在一定范围内呈现悬露状态，可视为呈现悬露状态，可视为呈现悬露状态，可视为呈现悬露状态，可视为“板板板板”；由于基本顶在采煤；由于基本顶在采煤；由于基本顶在采煤；由于基本顶在采煤工作面方向上的长度远大于推进方向长度，可将其工作面方向上的长度远大于推进方向长度，可将其工作面方向上的长度远大于推进方向长度，可将其工作面方向上的长度远大于推进方向长度，可将其视为一端由采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承视为一端由采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承视为一端由采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承视为一端由采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承的两端支撑的梁结构。的两端支撑的梁结构。的两端支撑的梁结构。的两端支撑的梁结构。2 2、基本顶初次垮落与初次来压、基本顶初次垮落与初次来压、基本顶初次垮落与初次来压、基本顶初次垮落与初次来压 随采煤面继续推进，基本顶悬露跨度逐渐增大，产随采煤面继续推进，基本顶悬露跨度逐渐增大，产随采煤面继续推进，基本顶悬露跨度逐渐增大，产随采煤面继续推进，基本顶悬露跨度逐渐增大，产生弯曲，达到一定跨度时，发生垮落。基本顶第一生弯曲，达到一定跨度时，发生垮落。基本顶第一生弯曲，达到一定跨度时，发生垮落。基本顶第一生弯曲，达到一定跨度时，发生垮落。基本顶第一次垮落称为基本顶初次垮落。次垮落称为基本顶初次垮落。次垮落称为基本顶初次垮落。次垮落称为基本顶初次垮落。1111202120213、基本顶初次垮落步距确定基本顶初次垮落步距确定基本顶初次垮落时，其最大悬露跨度基本顶初次垮落时，其最大悬露跨度基本顶初次垮落时，其最大悬露跨度基本顶初次垮落时，其最大悬露跨度L L初初初初称为基本顶称为基本顶称为基本顶称为基本顶初次垮落步距。初次垮落步距。初次垮落步距。初次垮落步距。（1 1）一般情况下，视基本顶为两端固定梁）一般情况下，视基本顶为两端固定梁）一般情况下，视基本顶为两端固定梁）一般情况下，视基本顶为两端固定梁视基本顶为梁时的受力分析图视基本顶为梁时的受力分析图121220212021极限垮距（只考虑按弯距计算）极限垮距（只考虑按弯距计算）极限垮距（只考虑按弯距计算）极限垮距（只考虑按弯距计算）L L初：初：初：初：（2）浅部煤层情况下，浅部煤层情况下，近似视基本顶为简支近似视基本顶为简支梁梁v极限垮距极限垮距L初初：131320212021基本顶断裂后的平衡拱结构基本顶断裂后的平衡拱结构基本顶断裂后的平衡拱结构基本顶断裂后的平衡拱结构基本顶岩梁达到基本顶岩梁达到基本顶岩梁达到基本顶岩梁达到极限跨距断裂后，极限跨距断裂后，极限跨距断裂后，极限跨距断裂后，并不一定立即垮并不一定立即垮并不一定立即垮并不一定立即垮落，断裂岩块间落，断裂岩块间落，断裂岩块间落，断裂岩块间由于回旋形成挤由于回旋形成挤由于回旋形成挤由于回旋形成挤压，能形成平衡压，能形成平衡压，能形成平衡压，能形成平衡拱式的结构。拱式的结构。拱式的结构。拱式的结构。基本顶断裂后形成的平衡拱基本顶断裂后形成的平衡拱141420212021（三）基本顶的周期来压（三）基本顶的周期来压（三）基本顶的周期来压（三）基本顶的周期来压 1 1 1 1、基本顶来压前的状态、基本顶来压前的状态、基本顶来压前的状态、基本顶来压前的状态 基基基基本本本本顶顶顶顶初初初初次次次次垮垮垮垮落落落落后后后后，随随随随着着着着采采采采煤煤煤煤工工工工作作作作面面面面继继继继续续续续推推推推进进进进，工工工工作作作作面面面面上上上上方方方方的的的的基基基基本本本本顶顶顶顶岩岩岩岩层层层层由由由由两两两两端端端端固固固固定定定定梁梁梁梁状状状状态态态态转转转转变变变变为为为为悬悬悬悬臂臂臂臂梁梁梁梁状状状状态态态态。如如如如图图图图所所所所示：示：示：示：151520212021当当当当采采采采煤煤煤煤工工工工作作作作面面面面继继继继续续续续推推推推进进进进，基基基基本本本本顶顶顶顶悬悬悬悬挂挂挂挂臂臂臂臂跨跨跨跨度度度度达达达达到到到到极极极极限限限限跨跨跨跨度度度度时时时时，基基基基本本本本顶顶顶顶在在在在其其其其自自自自重重重重及及及及上上上上覆覆覆覆岩岩岩岩层层层层载载载载荷荷荷荷的的的的作作作作用用用用下下下下，将将将将沿沿沿沿采采采采煤煤煤煤工工工工作作作作面面面面煤煤煤煤壁壁壁壁甚甚甚甚至至至至煤煤煤煤壁壁壁壁之之之之内内内内发发发发生生生生折折折折断断断断和和和和垮落。垮落。垮落。垮落。随随随随着着着着采采采采煤煤煤煤工工工工作作作作面面面面的的的的推推推推进进进进，基基基基本本本本顶顶顶顶这这这这种种种种“稳稳稳稳定定定定失失失失稳稳稳稳再再再再稳稳稳稳定定定定”现现现现象象象象，将将将将周周周周而而而而复复复复始始始始地地地地出出出出现现现现，使使使使采采采采煤煤煤煤工工工工作作作作面面面面矿矿矿矿山山山山压压压压力力力力周周周周期期期期性性性性明明明明显显显显增增增增大大大大。这这这这种种种种基基基基本本本本顶顶顶顶的的的的周周周周期期期期性性性性破破破破断断断断失失失失稳稳稳稳对对对对工工工工作作作作面面面面产产产产生生生生的的的的周周周周期期期期性性性性的的的的来来来来压压压压显显显显现现现现，称称称称为为为为基本顶的周期来压。基本顶的周期来压。基本顶的周期来压。基本顶的周期来压。2 2、基本顶周期来压及矿压显现特征、基本顶周期来压及矿压显现特征、基本顶周期来压及矿压显现特征、基本顶周期来压及矿压显现特征161620212021基本顶周期来压及矿压显现特征基本顶周期来压及矿压显现特征基本顶周期来压及矿压显现特征基本顶周期来压及矿压显现特征1、直接顶；、直接顶；2、支架；、支架；3、已断裂基本顶；、已断裂基本顶；4、冒落矸石、冒落矸石1717202120213 3、周期来压步距的确定、周期来压步距的确定、周期来压步距的确定、周期来压步距的确定基本顶两次周期来压间隔时间称为来压周期。基本顶两次周期来压间隔时间称为来压周期。在来压周期内采煤工作面推进的距离称为周期来压在来压周期内采煤工作面推进的距离称为周期来压步距，用步距，用L周周表示。表示。比较上式，知比较上式，知L周周（0.50.25）L初初。181820212021（四）工作面上覆岩层移动规律（四）工作面上覆岩层移动规律（四）工作面上覆岩层移动规律（四）工作面上覆岩层移动规律根据岩层移动特征，可将煤层的上覆岩层分为冒落根据岩层移动特征，可将煤层的上覆岩层分为冒落根据岩层移动特征，可将煤层的上覆岩层分为冒落根据岩层移动特征，可将煤层的上覆岩层分为冒落带带带带()、裂缝带、裂缝带、裂缝带、裂缝带()、弯曲下沉带、弯曲下沉带、弯曲下沉带、弯曲下沉带()。如图所示：。如图所示：。如图所示：。如图所示：191920212021三、三、采煤工作面顶板分类采煤工作面顶板分类科学的分类可为顶板控制、支架选型、合理确定科学的分类可为顶板控制、支架选型、合理确定科学的分类可为顶板控制、支架选型、合理确定科学的分类可为顶板控制、支架选型、合理确定支护参数以及为采空区处理方法提供依据。支护参数以及为采空区处理方法提供依据。支护参数以及为采空区处理方法提供依据。支护参数以及为采空区处理方法提供依据。（一）直接顶分类（一）直接顶分类（一）直接顶分类（一）直接顶分类 强度指数强度指数强度指数强度指数 D D10R10Rc cC C1 1C C2 2式中式中式中式中 R Rc c岩石单向抗压强度，岩石单向抗压强度，岩石单向抗压强度，岩石单向抗压强度，MPaMPa；C C1 1节理裂隙影响系数；节理裂隙影响系数；节理裂隙影响系数；节理裂隙影响系数；C C2 2分层厚度影响系数。分层厚度影响系数。分层厚度影响系数。分层厚度影响系数。202020212021 类别类别类别类别 指标指标指标指标 不稳定不稳定不稳定不稳定顶板顶板顶板顶板 中等中等中等中等稳定稳定稳定稳定顶板顶板顶板顶板稳定顶板稳定顶板稳定顶板稳定顶板坚硬顶板坚硬顶板坚硬顶板坚硬顶板主要主要主要主要指标指标指标指标强度指数强度指数强度指数强度指数 D D D D303030303131313170707070 71717171100100100100100100100100 无直接顶。岩无直接顶。岩无直接顶。岩无直接顶。岩层厚度在层厚度在层厚度在层厚度在2 2 2 25m5m5m5m以上，以上，以上，以上，6060606080MPa80MPa80MPa80MPa，I I I I和和和和h h h h大于大于大于大于1m1m1m1m的整的整的整的整体岩层，即体岩层，即体岩层，即体岩层，即基本顶。基本顶。基本顶。基本顶。参考参考参考参考指标指标指标指标 直接顶初次直接顶初次直接顶初次直接顶初次垮落步距垮落步距垮落步距垮落步距 L/mL/mL/mL/m8 8 8 89 9 9 912121212121212122828282828282828直接顶分类表212120212021（二）基本顶分级（二）基本顶分级 基本顶来压强度主要决定于直接顶厚度基本顶来压强度主要决定于直接顶厚度基本顶来压强度主要决定于直接顶厚度基本顶来压强度主要决定于直接顶厚度hhhh与采高与采高与采高与采高m m m m的比值的比值的比值的比值N N N N及及及及基本顶初次来压步距基本顶初次来压步距基本顶初次来压步距基本顶初次来压步距L L L L。根据。根据。根据。根据N N N N和和和和L L L L两个指标，将基本顶分为四级。两个指标，将基本顶分为四级。两个指标，将基本顶分为四级。两个指标，将基本顶分为四级。分级分级 基本顶基本顶来压显现来压显现不明显不明显 明显明显 强烈强烈 非常非常 强烈强烈指标指标h/h/m mN3N35 50.3N 30.3N 35 5，L L252550500.3N 30.350L50N 0.3N 0.3，L L25255050N0.3 N0.3 L50L50222220212021老顶直接顶煤层顶板采矿开挖空洞顶板岩石下沉变形、破坏，产生事故四、顶板事故的产生与控制232320212021采煤作业时的顶板管理方式刀柱法充填法缓慢下沉法全部垮落法242420212021矿山压力的基本概念水平原岩应力铅垂原岩应力采矿开挖引起的应力集中252520212021矿山压力显现262620212021顶板事故的产生顶板事故的产生原岩应力重新分布掘进过程支护不及时支架强度不足顶板事故顶板事故支架不适应围岩的变形与破坏类型变形的时间效应空洞围岩破坏特殊地质条件采矿岩石开挖开挖空洞周边应力集中272720212021矿山压力控制利用矿山压力活动规律采用合理的开挖顺序和过程避免顶板事故，保证采矿作业安全人工控制与支护282820212021第三节 矿山压力显现规律及影响因素一、采煤工作面支承压力显现规律一、采煤工作面支承压力显现规律二、支承压力在底板中的传递二、支承压力在底板中的传递三、三、矿山压力显现的基本规律矿山压力显现的基本规律四、四、影响矿山压力显现的基本因素影响矿山压力显现的基本因素292920212021第三节 矿山压力显现规律及影响因素一、采煤工作面支承压力显现规律一、采煤工作面支承压力显现规律 支承压力显现特征可用支承压力地、峰值的位支承压力显现特征可用支承压力地、峰值的位支承压力显现特征可用支承压力地、峰值的位支承压力显现特征可用支承压力地、峰值的位置及应力集中系数表示。置及应力集中系数表示。置及应力集中系数表示。置及应力集中系数表示。（一）采煤工作面前后方支承压力分布（一）采煤工作面前后方支承压力分布（一）采煤工作面前后方支承压力分布（一）采煤工作面前后方支承压力分布 采煤工作面前后方支承压力分布与采空区处理采煤工作面前后方支承压力分布与采空区处理采煤工作面前后方支承压力分布与采空区处理采煤工作面前后方支承压力分布与采空区处理方法有关，对于采用全部垮落法管理顶板的采方法有关，对于采用全部垮落法管理顶板的采方法有关，对于采用全部垮落法管理顶板的采方法有关，对于采用全部垮落法管理顶板的采煤工作面，其前后方支承压力分布如下图所示：煤工作面，其前后方支承压力分布如下图所示：煤工作面，其前后方支承压力分布如下图所示：煤工作面，其前后方支承压力分布如下图所示：303020212021采煤工作面前后方支承压力分布采煤工作面前后方支承压力分布采煤工作面前后方支承压力分布采煤工作面前后方支承压力分布a：应力增高区；：应力增高区；b：应力降低区；：应力降低区；c：应力稳定区：应力稳定区313120212021采煤工作面前后方支承压力分布的特点采煤工作面前后方支承压力分布的特点1 1、采煤工作面前方煤壁一端支承着工作面上方、采煤工作面前方煤壁一端支承着工作面上方、采煤工作面前方煤壁一端支承着工作面上方、采煤工作面前方煤壁一端支承着工作面上方裂隙带及其上覆岩层的大部分重量，即工作面裂隙带及其上覆岩层的大部分重量，即工作面裂隙带及其上覆岩层的大部分重量，即工作面裂隙带及其上覆岩层的大部分重量，即工作面前方支承压力远比工作面后方大。前方支承压力远比工作面后方大。前方支承压力远比工作面后方大。前方支承压力远比工作面后方大。2 2、由于采煤工作面的推进，煤壁和采空区冒落、由于采煤工作面的推进，煤壁和采空区冒落、由于采煤工作面的推进，煤壁和采空区冒落、由于采煤工作面的推进，煤壁和采空区冒落带是向前移动的，因此工作面前后方支承压力带是向前移动的，因此工作面前后方支承压力带是向前移动的，因此工作面前后方支承压力带是向前移动的，因此工作面前后方支承压力是移动支承压力。是移动支承压力。是移动支承压力。是移动支承压力。3 3、由于裂缝带形成了以煤壁和采空区冒落带为、由于裂缝带形成了以煤壁和采空区冒落带为、由于裂缝带形成了以煤壁和采空区冒落带为、由于裂缝带形成了以煤壁和采空区冒落带为前后支承点的半拱式平衡，所以采煤工作面处前后支承点的半拱式平衡，所以采煤工作面处前后支承点的半拱式平衡，所以采煤工作面处前后支承点的半拱式平衡，所以采煤工作面处于减压力范围。于减压力范围。于减压力范围。于减压力范围。323220212021（二）采煤工作面两侧支承压力分布（二）采煤工作面两侧支承压力分布采煤工作面两侧的支承压力是指工作面两侧煤柱或采煤工作面两侧的支承压力是指工作面两侧煤柱或采煤工作面两侧的支承压力是指工作面两侧煤柱或采煤工作面两侧的支承压力是指工作面两侧煤柱或煤体上的支承压力。煤体上的支承压力。煤体上的支承压力。煤体上的支承压力。卸载带；支承压力带；原岩应力带；采后应力稳定带；lmax峰值位置3333202120211 1、采煤工作面两侧的支承压力剧烈影响区并不、采煤工作面两侧的支承压力剧烈影响区并不、采煤工作面两侧的支承压力剧烈影响区并不、采煤工作面两侧的支承压力剧烈影响区并不在煤体的边缘，而是位于煤体边缘有一定距在煤体的边缘，而是位于煤体边缘有一定距在煤体的边缘，而是位于煤体边缘有一定距在煤体的边缘，而是位于煤体边缘有一定距离的地带。离的地带。离的地带。离的地带。2 2、采煤工作面两侧煤体边缘处于应力降低区，、采煤工作面两侧煤体边缘处于应力降低区，、采煤工作面两侧煤体边缘处于应力降低区，、采煤工作面两侧煤体边缘处于应力降低区，支承压力低于原岩应力。支承压力低于原岩应力。支承压力低于原岩应力。支承压力低于原岩应力。3 3、采煤工作面两侧支承压力从形成到向煤体深、采煤工作面两侧支承压力从形成到向煤体深、采煤工作面两侧支承压力从形成到向煤体深、采煤工作面两侧支承压力从形成到向煤体深部转移要经过一段时间过程，所以要使沿空部转移要经过一段时间过程，所以要使沿空部转移要经过一段时间过程，所以要使沿空部转移要经过一段时间过程，所以要使沿空掘巷保持稳定，必须从时间上避开未稳定的掘巷保持稳定，必须从时间上避开未稳定的掘巷保持稳定，必须从时间上避开未稳定的掘巷保持稳定，必须从时间上避开未稳定的支承压力作用期。支承压力作用期。支承压力作用期。支承压力作用期。采煤工作面两侧支承压力分布规律采煤工作面两侧支承压力分布规律采煤工作面两侧支承压力分布规律采煤工作面两侧支承压力分布规律343420212021二、支承压力在底板中的传递二、支承压力在底板中的传递二、支承压力在底板中的传递二、支承压力在底板中的传递采煤工作面采动后，在工作面四周形成的支承压力采煤工作面采动后，在工作面四周形成的支承压力采煤工作面采动后，在工作面四周形成的支承压力采煤工作面采动后，在工作面四周形成的支承压力将向煤层底板进行传递，尤其采煤工作面两侧支承将向煤层底板进行传递，尤其采煤工作面两侧支承将向煤层底板进行传递，尤其采煤工作面两侧支承将向煤层底板进行传递，尤其采煤工作面两侧支承压力的传递，对下部煤层开采巷道布置产生重要影压力的传递，对下部煤层开采巷道布置产生重要影压力的传递，对下部煤层开采巷道布置产生重要影压力的传递，对下部煤层开采巷道布置产生重要影响。响。响。响。底板岩层内压应力的大小与煤柱上方的支承压力成底板岩层内压应力的大小与煤柱上方的支承压力成底板岩层内压应力的大小与煤柱上方的支承压力成底板岩层内压应力的大小与煤柱上方的支承压力成正比正比正比正比。353520212021底板岩层中的应力分布底板岩层中的应力分布1、2支承压力曲线；支承压力曲线；3原岩应力曲线；原岩应力曲线；4、5应力增高区边界线；应力增高区边界线；6应力降低区边界线应力降低区边界线363620212021煤层底板巷道位置选择煤层底板巷道位置选择（1 1）巷道与煤层底板的垂直距离不小于一定数值）巷道与煤层底板的垂直距离不小于一定数值）巷道与煤层底板的垂直距离不小于一定数值）巷道与煤层底板的垂直距离不小于一定数值h h。HH与围岩性质的关系见下表。与围岩性质的关系见下表。与围岩性质的关系见下表。与围岩性质的关系见下表。巷道类型巷道类型巷道类型巷道类型岩石种类和特性岩石种类和特性岩石种类和特性岩石种类和特性合理垂距合理垂距合理垂距合理垂距/m/m/m/m围岩稳定围岩稳定围岩稳定围岩稳定巷道巷道巷道巷道砂岩、石灰岩、其他坚硬岩石砂岩、石灰岩、其他坚硬岩石砂岩、石灰岩、其他坚硬岩石砂岩、石灰岩、其他坚硬岩石6 6 6 6围岩中等稳定围岩中等稳定围岩中等稳定围岩中等稳定的巷道的巷道的巷道的巷道粉砂岩、砂页岩、中硬铝土页岩等粉砂岩、砂页岩、中硬铝土页岩等粉砂岩、砂页岩、中硬铝土页岩等粉砂岩、砂页岩、中硬铝土页岩等10101010围岩较松软的围岩较松软的围岩较松软的围岩较松软的巷道巷道巷道巷道塑性较大的泥质页岩、页岩、塑性较大的泥质页岩、页岩、塑性较大的泥质页岩、页岩、塑性较大的泥质页岩、页岩、煤质页岩等煤质页岩等煤质页岩等煤质页岩等1515151520202020373720212021煤层底板巷道位置选择煤层底板巷道位置选择（2 2）巷道布置在煤柱向底板传递力的影响角以外。若）巷道布置在煤柱向底板传递力的影响角以外。若）巷道布置在煤柱向底板传递力的影响角以外。若）巷道布置在煤柱向底板传递力的影响角以外。若巷道布置在煤柱影响角以内，即使巷道位于较稳定巷道布置在煤柱影响角以内，即使巷道位于较稳定巷道布置在煤柱影响角以内，即使巷道位于较稳定巷道布置在煤柱影响角以内，即使巷道位于较稳定的岩层内，也要受到应力升高的影响。的岩层内，也要受到应力升高的影响。的岩层内，也要受到应力升高的影响。的岩层内，也要受到应力升高的影响。为使巷道布置在煤柱影响角以外，巷道离煤柱边界为使巷道布置在煤柱影响角以外，巷道离煤柱边界为使巷道布置在煤柱影响角以外，巷道离煤柱边界为使巷道布置在煤柱影响角以外，巷道离煤柱边界的水平距离的水平距离的水平距离的水平距离S S为：为：为：为：煤层倾角；煤层倾角；煤层倾角；煤层倾角；的余角；的余角；的余角；的余角；煤柱影响角，一般在煤柱影响角，一般在煤柱影响角，一般在煤柱影响角，一般在2525252555555555间。通常支承压间。通常支承压间。通常支承压间。通常支承压力越大和煤柱尺寸越小，其值越大。力越大和煤柱尺寸越小，其值越大。力越大和煤柱尺寸越小，其值越大。力越大和煤柱尺寸越小，其值越大。383820212021巷道位置选择示意图巷道位置选择示意图393920212021煤层底板巷道位置选择煤层底板巷道位置选择巷道至煤壁边缘水平巷道至煤壁边缘水平巷道至煤壁边缘水平巷道至煤壁边缘水平距离的计算图距离的计算图距离的计算图距离的计算图404020212021三、三、矿山压力显现的基本规律矿山压力显现的基本规律（一（一（一（一)工作面矿压显现的基本规律工作面矿压显现的基本规律工作面矿压显现的基本规律工作面矿压显现的基本规律 图3-3-1 老顶断裂成岩块后的转动随着工作面推进还可能形成四、五不同数量岩块的咬合平衡，直到岩块间的咬合关系不能满足平衡关系为止。此时，老顶的失稳将对工作面带来严重的矿山压力显现，甚至危及生产和人身安全，形成老顶的初次来压。414120212021初初次次来来压压特特征征：老老顶顶初初次次来来压压比比较较突突然然。来来压压前前回回采采工工作作空空间间上上方方的的顶顶板板压压力力比比较较小小。因因而而往往往往容容易易使使人人疏疏忽忽大大意意。初初次次来来压压时时，老老顶顶垮垮距距比比较较大大，影影响的范围也比较广，工作面易出现事故。响的范围也比较广，工作面易出现事故。老老顶顶初初次次来来压压对对工工作作面面的的影影响响较较大大，因因此此必必须须掌掌握握初初次次来来压压步步距距的的大大小小，以以便便及及时时采采取取对对策策。在在来来压压期期间间，必必须须加加强强支支架架的的支支撑撑力力，尤尤其其要要加加强强支支架架的的稳稳定定性性。一一般般可可以以采采用用木木垛垛、斜斜撑撑等等特特种种支支架架加加强强回采工作空间的支护回采工作空间的支护。初次来压是工作面矿山压力显现的重要现象，衡量其 指标是来压强度和初次来压步距，顶板坚硬、直接顶薄的工作面初次来压强度大、来压步距大。424220212021 老顶来压前，回采工作面的顶板压力并不大。但煤壁内的支承压力却达到了这种情况下的最大值。所以，煤帮的变形与塌落（片帮），常常是预示工作面顶板来压的一个重要标志。随着回采工作面的推进，在老顶初次来压以后，裂隙带岩层形成的结构，将始终经历“稳定-失稳-再稳定”的变化，这种变化将呈现周而复始的过程。由于结构的失稳导致了工作面顶板的来压。这种来压也将随着工作面的推进而呈周期性出现。因此，由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱所受的载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生台阶下沉等现象。如果支柱参数选择不合适或者单体支柱稳定性较差，则可能导致局部冒顶、甚至顶板沿工作面切落等事故。434320212021（二）分层开采时的矿山压力显现的基本规律（二）分层开采时的矿山压力显现的基本规律（二）分层开采时的矿山压力显现的基本规律（二）分层开采时的矿山压力显现的基本规律由于在第一分层回采时顶板岩层已经历了一次由于在第一分层回采时顶板岩层已经历了一次悬露、破裂、折断和垮落的过程，完整性受到悬露、破裂、折断和垮落的过程，完整性受到了破坏；因此，了破坏；因此，下分层工作面的老顶来压将会下分层工作面的老顶来压将会显著减弱或者不再显现显著减弱或者不再显现，即通常所说的在回采，即通常所说的在回采顶分层时可能出现顶分层时可能出现“动压动压”，而在回采下分层时，而在回采下分层时则主要表现为则主要表现为“静压静压”。其基本表现为老顶来压。其基本表现为老顶来压步距小，强度低步距小，强度低;支架载荷变小支架载荷变小;顶板下沉量顶板下沉量变大。变大。444420212021图图3-3-2 3-3-2 放顶煤开采技术放顶煤开采技术由由于于放放顶顶煤煤开开采采的的支支架架上上方方存存在在一一层层厚厚而而破破碎碎且且随随采采随随放放的的顶顶煤煤，因因而而与与分分层层开开采采相相比比，其其矿矿压压显显现现也也有有一一些些其自身的特点其自身的特点（三）放顶煤工作面矿山压力显现特征（三）放顶煤工作面矿山压力显现特征支承压力冒落的松散顶煤损伤和破坏的顶煤煤层454520212021放放顶顶煤煤开开采采时时，一一一一次次次次性性性性采采采采出出出出厚厚厚厚度度度度增增增增大大大大，直直直直接接接接顶顶顶顶的的的的垮垮垮垮落落落落高高高高度度度度成成成成倍倍倍倍增增增增加加加加，并并且且与与煤煤层层的的采采出出厚厚度度显显著著相相关关。综综放放开开采采时时，采采场场上上方方仍仍可可形形成成稳稳定定的的砌砌体体梁梁式式老老顶顶结结构构，但但其其形形成成的的位位置置相相对对远远离离采采场场，其稳定性也发生了相应的变化。其稳定性也发生了相应的变化。顶顶顶顶煤煤煤煤运运运运移移移移规规规规律律律律及及及及对对对对矿矿矿矿压压压压显显显显现现现现有有有有显显显显著著著著影影影影响响响响。支支架架上上方方的的顶顶煤煤经经过过了了支支承承压压力力作作用用发发生生了了破破碎碎，刚刚度度降降低低，但但破破碎碎程程度度与与顶顶煤煤强强度度、裂裂隙隙分分布布和和支支承承压压力力分分布布情情况况等等有有关关，坚坚硬硬顶顶煤煤的的运运移移始始动动点点距距煤煤壁壁距距离离较较小小，累累计计位位移移量量较较小小，顶顶煤煤的的破破碎碎效效果果较较差差，传传递递上上覆覆岩岩层层作作用用的的能能力力较较强强，则则表表现现出的矿压显现明显。出的矿压显现明显。464620212021支支支支承承承承压压压压力力力力分分分分布布布布区区区区前前前前移移移移。放放顶顶煤煤开开采采时时，工工作作面面前前方方的的支支承承压压力力区区距距煤煤壁壁距距离离较较大大，发发生生前前移移。对对软软煤煤而而言言，支支承承压压力力峰峰值值点点距距煤煤壁壁距距离离较较硬硬煤煤的的大，峰值小，分布平坦。大，峰值小，分布平坦。支支支支架架架架工工工工作作作作阻阻阻阻力力力力变变变变化化化化不不不不大大大大。放放顶顶煤煤工工作作面面的的支支架架阻阻力力不不大大于于单单一一煤煤层层或或分分层层开开采采的的顶顶分分层层开开采采的的工工作作面面的的。来来压压的的动动载载系系数数也也没没有有明明显显变变化化，支支架架以以初初撑撑和和一一次次增增阻阻工工作作状状态态为为主主。前前柱柱工工作作阻阻力力普普遍遍大大于于后后柱柱的的，一一般般为为10 10-15%15%，对对于于软软顶顶煤煤而而言言，顶顶煤煤的的破破碎碎和和放放出出较较充充分分，支支架架顶顶梁梁后后部部上上方方的的顶顶煤煤较较少少，不不利利于于传传递递上上覆覆岩岩层层的的作作用用，因因此此相相对对硬硬顶顶煤煤而而言言，支支架架前前柱柱的的工工作作阻阻力力大大于于后柱的工作阻力这一特点表现的更明显。后柱的工作阻力这一特点表现的更明显。474720212021（四）巷道矿山压力显现的基本规律 巷道掘进阶段（）掘进巷道仅对小范围岩体造成扰动，故一般情况下矿压显现不会很剧烈.无采掘影响阶段（）顶底板移近速度比掘进期间要小得多，故巷道基本上处于稳定状态。采动影响阶段（）采动影响是由于回采工作引起围岩应力再次重新分布而造成的。这阶段中矿压显现也最强烈。采动影响稳定阶段（）这是巷道围岩经受一次采动影响后重新进入相对稳定的阶段，故其围岩移动特征基本上与无采掘影响阶段类似。二次采动影响阶段（）二次采动影响的时间和空间规律与一次采动影响类似，但由于这种情况下巷道受到下区段工作面超前支承压力和巷道煤体一侧残余支承压力的叠加作用，二次采动影响的剧烈程度和影响范围都会比一次采动影响稍大。移近速度曲线移近量曲线484820212021四、影响矿山压力显现的基本因素（影片影片2）（一）地质因素断层与褶曲挤压与破碎带节理、裂隙煤层倾角开采深度上部煤层残留煤柱工作面推进速度采高与控顶距（二）人为因素494920212021第四节 顶板事故的致因及防治（技术）一、采场顶板事故的致因及防治二、巷道冒顶事故的致因及防治505020212021第四节 顶板事故的致因及防治（技术）一、采场顶板事故的致因及防治（一）顶板事故分类 按冒顶范围可将顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两类。局部冒顶是指范围不大，有时仅在35支架范围内，伤亡人数不多(12人)的冒顶，常发生在靠近煤壁附近、采场两端以及放顶线附近。实际煤矿生产中，局部冒顶事故的次数远多于大型冒顶事故，约占采场冒顶事故的70%，总的危害比较大。大型冒顶是指范围较大，伤亡人数较多（每次死亡3人以上）的冒顶。这类事故的特点是面积大，来势凶猛，后果严重，不仅严重影响生产，往往会导致重大人身伤亡。事故原因是直接顶和老顶大面积运动造成。515120212021 由直接顶运动所造成的垮面事故由直接顶运动所造成的垮面事故，就其作用力，就其作用力的始动方向又可分为两大类：的始动方向又可分为两大类：()推垮