顶板案例分析―01

晋北公司文明矿技术管理人员培训案例分析—皖北煤电集团某矿压架事故内容提纲工作面压架事故概况工作面煤系及其岩层工作面压架原因分析工作面压架对策研究对支架初撑力的要求一、工作面压架事故概况—3222工作面情况3222工作面为首采工作面，位于二采区32煤层东部。工作面长度150m，倾斜长度750m；煤层厚度2.2－3.0m，平均厚度2.53m，平均倾角10°左右。工作面装备ZZ4400/17/35型支撑掩护式液压支架，于2001年11月13日开始回采，11月18日早班，工作面平均推进28.5m，老顶由30架向机尾间断性垮落，支架大部分安全阀开启，压力显现明显，老塘冒落充分。11月22日工作面平均推进41.5m，进行初次放顶鉴定。2002年1月7日，对突水后的3222工作面进行查看，发现基本压死共77架，柱窝开焊共5架，加长杆断共3架。机尾处水量约250m3左右；机头处水量约120m3左右；机巷安全出口处，出口朝外10m范围内水量约40m3左右。一、工作面压架事故概况—7114工作面情况7114工作面位于井田东翼一水平一采区，工作面沿倾向布置，平均倾向长1280m，面长175m，工作面煤厚1.1～3.0m，平均2.0m，煤层平均倾角15°左右。工作面装备ZZ4400/17/35型支撑掩护式液压支架，于2004年6月25日开始试刀，7月22日老塘直接顶全部冒落完毕。7月29日早班，机巷推进38m，风巷推进51m，老顶来压显现明显，支架安全阀大部分开启，工作阻力最大达35MPa，煤壁片帮严重，当日13点左右，老顶垮落，压死支架10余架。统计发现后立柱被压死的有21架，四立柱全被压死的有64架，开焊的有36架，穿顶的有2架，穿底的有12架。2005年1月15日，工作面周期来压时，导致3～16架被压死，工作面大部分淋水，出水量150m3左右。一、工作面压架事故概况—7114工作面情况2004年7月29日仅后立柱压死20、21、27、28、29、30、31、33、34、36、77、80、81、82、83、93、99共计17架支架压死四立柱全压死无开焊无穿顶无支架损伤穿底无一、工作面压架事故概况—7114工作面情况2004年7月30日仅后立柱压死15、18、19、23、24、25、26、35、37、38、44、45、49、59、60、62、64、65、66、68、69、74、85、89共计24架支架压死四立柱全压死20、21、27、28、29、30、31、32、33、34、36、68、69、70、71、72、73、77、78、80、81、83、97、98、99、100、101共计27架开焊37、78、98、99、100、1026架穿顶100架后立柱穿顶1架支架损伤穿底无一、工作面压架事故概况—3248工作面情况3248工作面位于井田西翼一水平四采区，工作面走向长度为1128m，工作面面长185m，煤层平均厚度2.3m。工作面于2005年1月13日开始试刀，8月1日当工作面机巷推进421m，风巷推进400m，受断层和周期来压影响，107、111、114、115、117、118等6架前或后立柱被压死，此处机道有滴水现象。8月22日早班，工作面推进有15m时，机尾7架被压死。3248工作面压架事故不太严重，偶有发生，可能是由于受工作面淋水与断层的影响。二、工作面煤系及其岩层—3222工作面情况3222工作面为首采工作面，位于二采区32煤层东部。工作面长度150m，倾斜长度750m；煤层厚度2.2－3.0m，平均厚度2.53m，平均倾角10°左右。煤厚：钻孔资料取为2.86m，直接顶为泥岩，厚度为2.44m；老顶为细砂岩，厚度为3.67m。再上顶板为泥岩，厚度为0.91m，煤线0.25m，泥岩5.64m。煤层倾角a＝10°（钻孔资料为15°），采高取为2.5m。老顶初次来压步距按资料分析取为35～36m；老顶周期来压步距因无资料暂按7114工作面的18m、14m两种情况考虑。二、工作面煤系及其岩层—3222工作面情况3222工作面32煤柱状图二、工作面煤系及其岩层—7114工作面情况7114工作面位于井田东翼一水平一采区，工作面沿倾向布置，平均倾向长1280m，面长175m，工作面煤厚1.1～3.0m，平均2.0m，煤层平均倾角15°左右。煤厚：钻孔资料为2.62m，根据现场实测，采高取为2.5m，直接顶：细粉砂岩1.42m，老顶：细砂岩4.0m；再上为粗粉砂岩7.15m，煤层倾角a＝15°。老顶初次来压步距取44m（以风巷推进距为准），老顶周期来压步距取18m（第二次周期来压）、14m（第一次周期来压）。二、工作面煤系及其岩层—7114工作面情况7114工作面71煤柱状图二、工作面煤系及其岩层—3248工作面情况3248工作面位于井田西翼一水平四采区，工作面走向长度为1128m，工作面面长185m，煤层平均厚度2.3m。煤厚：钻孔资料取为2.25m～2.29m，直接顶为泥岩，厚度为0.37m，再上直接顶为粉砂岩，厚度为2.46m，共2.83m，老顶为细砂岩，厚度为15.07m，煤层倾角为a＝10°老顶初次来压步距与周期来压步距均参考3222工作面，分别取为36m、18m与14m。二、工作面煤系及其岩层—3248工作面情况3248工作面32煤柱状图三、工作面压架原因分析—7114工作面情况根据所提供的资料分析，老顶或老顶第一分层均在垮落带，而且顶板岩层中含水，故可取垮落带岩层的碎胀系数为1.33，即垮落带岩层为采高的3倍。7114工作面采高M＝2.5m，直接顶为细粉砂岩，hz=1.42m，老顶为细砂岩，hl=4.0m，再上为7.15m的粗粉砂岩。理论垮落带高度：3M＝7.5m，假设7.15m的粗粉砂岩第一分层垮落2.0m，则实际垮落带高度：1.42＋4.0＋2.0＝7.42≈7.5(理论垮落带高度)，说明假设成立。注：支架工作阻力中的80%用于直接支撑顶板。三、工作面压架原因分析—7114工作面情况老顶初次来压时支架所需工作阻力为：cos)(1lkiliilizaLhLhLP式中La—每架支架所控制的工作面长度，一般为1.5m/架;γ—垮落带直接顶岩层平均容重，kN/m3;h—垮落带直接顶厚度，m;—直接顶岩梁长度，＝Ld+Lh+Lzx(Ld为端面距；Lh为支架顶梁和前梁长度之和；Lzx为直接顶在支架后的极限悬顶长度，页岩约为1.0m，砂页岩约为2.0m);则＝0.34m＋3.75m＋2.0m＝6.09m。—垮落带中第i层老顶及其附加岩层的平均容重，kN/m3;—垮落带中第i层老顶及其附加岩层的厚度，m;Llki—垮落带中第i层老顶的岩块长度，m(取初次来压步距的一半，22m)α—煤层倾角，(°)。zLzLzLlilih三、工作面压架原因分析—7114工作面情况老顶初次来压时支架所需工作阻力为：zLzL63678.09659.0)2262509.642.125(5.1P老顶周期来压时支架所需工作阻力为：周期来压步距为18m时52818.09659.0)1862509.642.125(5.1P周期来压步距为14m时44458.09659.0)1462509.642.125(5.1P三、工作面压架原因分析—7114工作面情况总结：对于老顶初次来压，所需工作阻力6376KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当老顶初次来压时，支架工作阻力严重不足；当老顶周期来压步距为18m时，所需工作阻力5281KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当周期来压步距为18m时，支架工作阻力很不足；当老顶周期来压步距为14m时，所需工作阻力4445KN≈4400KN(支架额定工作阻力)，说明只有当周期来压步距为14m时，支架才可能勉强支撑住垮落带岩层。zLzL三、工作面压架原因分析—3222工作面情况根据所提供的资料分析，老顶或老顶第一分层均在垮落带，而且顶板岩层中含水，故可取垮落带岩层的碎胀系数为1.33，即垮落带岩层为采高的3倍。3222工作面采高M＝2.5m，直接顶为泥岩，hz=2.44m，老顶为细砂岩，hl=3.67m，再上顶板为0.91m的泥岩、0.25m的煤线、5.64m的泥岩，煤层倾角为10°。理论垮落带高度：3M＝7.5m，实际垮落带高度：2.44＋3.67＋0.91＋0.25＝7.27≈7.5(理论垮落带高度)，说明5.64m泥岩的下位岩层全部进入垮落带。注：支架工作阻力中的80%用于直接支撑顶板。三、工作面压架原因分析—3222工作面情况老顶初次来压时支架所需工作阻力为：zLzL老顶周期来压时支架所需工作阻力为：周期来压步距为18m时周期来压步距为14m时47018.09848.0)1883.42509.644.225(5.1P47018.09848.0)1883.42509.644.225(5.1P36998.09848.0)1483.42509.644.225(5.1P三、工作面压架原因分析—3222工作面情况总结：对于老顶初次来压，所需工作阻力4701KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当老顶初次来压时，支架工作阻力不足；当老顶周期来压步距为18m时，所需工作阻力4701KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当周期来压步距为18m时，支架工作阻力不足；当老顶周期来压步距为14m时，所需工作阻力3699KN4400KN(支架额定工作阻力)，说明只有当周期来压步距为14m时，支架才能够支撑住垮落带岩层。zLzL三、工作面压架原因分析—3248工作面情况根据所提供的资料分析，老顶或老顶第一分层均在垮落带，而且顶板岩层中含水，故可取垮落带岩层的碎胀系数为1.33，即垮落带岩层为采高的3倍。3248工作面采高M＝2.3m，直接顶为0.37m的泥岩与2.46m的粉砂岩，hz=2.83m，老顶为细砂岩，hl=15.07m，煤层倾角为10°。理论垮落带高度：3M＝6.9m，假设15.07m的细砂岩第一分层垮落4.0m，则实际垮落带高度：2.83＋4.0＝6.83≈6.9(理论垮落带高度)，说明假设成立。注：支架工作阻力中的80%用于直接支撑顶板。三、工作面压架原因分析—3248工作面情况老顶初次来压时支架所需工作阻力为：zLzL老顶周期来压时支架所需工作阻力为：周期来压步距为18m时周期来压步距为14m时41208.09848.0)180.42509.683.225(5.1P41208.09848.0)180.42509.683.225(5.1P33818.09848.0)140.42509.683.225(5.1P三、工作面压架原因分析—3248工作面情况总结：对于老顶初次来压，所需工作阻力4120KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当老顶初次来压时，支架工作阻力足够；当老顶周期来压步距为18m时，所需工作阻力4120KN4400KN(支架额定工作阻力)，可见，当周期来压步距为18m时，支架工作阻力足够；当老顶周期来压步距为14m时，所需工作阻力3381KN4400KN(支架额定工作阻力)，说明当周期来压步距14m时，支架工作阻力足够。不论老顶初次还是周期来压，支架工作阻力均够用。但实际上垮落带老顶第一分层的厚度可能还比4m小，之所以偶有压架现象，可能是因“水”、“断层”、“超高开采”等原因使得岩石碎胀系数变小、或者使得“裂隙带”岩层转变成“垮落带”岩层，从而导致老顶第二分层也压下或冲击压垮。zLzL三、工作面压架原因分析—3248工作面情况假设老顶第一分层厚度为4.5m，而周期来压步距为18m时，则支架所需工作阻力P为：zLzL45358.09848.0)185.42509.683.225(5.1