顶板灾害防治

第第三三个个专专题题华华北北科科技技学学院院刘刘过过兵兵顶顶板板灾灾害害防防治治及及勘勘察察概概述述第一节、矿山压力显现规律及影响因素第二节、采场顶板事故防治及预防勘察第三节、巷道顶板事故防治及勘察第四节、冲击地压事故防治及勘察概概述述一一、、研研究究顶顶板板事事故故及及防防治治勘勘察察的的重重要要性性在在我我国国统统配配煤煤矿矿（（国国有有重重点点煤煤矿矿））中中，，顶顶板板事事故故伤伤亡亡人人数数占占煤煤炭炭行行业业总总伤伤亡亡人人数数的的比比重重较较大大。。而而顶顶板板事事故故又又分分为为采采场场（（工工作作面面））顶顶板板事事故故和和巷巷道道顶顶板板事事故故。。请请看看下下面面几几组组数数据据。。11、、11995544年年--------11998855年年期期间间顶顶板板事事故故占占总总死死亡亡人人数数的的4455%%。。其其中中：：采采场场（（工工作作面面））顶顶板板事事故故占占33//44巷巷道道顶顶板板事事故故占占11//44而而在在采采场场顶顶板板事事故故中中：：①①按按支支护护类类型型分分：：磨磨擦擦支支柱柱、、木木支支柱柱占占9933%%、、其其它它支支柱柱占占77%%②②按按顶顶板板类类型型分分：：直直接接顶顶板板事事故故占占9933%%、、老老顶顶事事故故占占77%%③③按按冒冒顶顶类类型型分分：：局局部部冒冒顶顶占占7700%%、、大大型型冒冒顶顶占占3300%%④④按按地地点点分分：：机机道道炮炮道道占占2266%%、、放放顶顶线线占占1155%%、、上上下下出出口口占占1155%%、、其其他他地地点点占占4444%%2、1986年----1992年顶板事故死亡人数占总死亡人数的40%，有所下降，但比例也发生变化。其中：采场顶板事故占2/3巷道顶板事故占1/3●变化原因分析：①整体事故比例下降是由于支护设备发展科学研究成果的应用，管理的加强所致。②采场顶板事故3/4→2/3主要是支护形式发展单体液压支柱，液压支架的应用，回采工艺发展。③巷道顶板事故上升：A：巷道断面扩大B：巷道总数加大、使用时间长C：支护技术有待进一步完善40%或许45%的大比例很值得去研究去监察，进一步降低。且事故类型很多，随机性多样性，要求加大勘察力度。二二、、顶顶板板事事故故发发生生原原因因分分析析11、、自自然然因因素素22、、技技术术因因素素33、、人人为为因因素素44、、勘勘察察的的目目的的三三、、介介绍绍几几本本参参考考书书11、、中中国国采采场场围围岩岩控控制制陈陈炎炎光光、、钱钱鸣鸣高高主主编编22、、中中国国巷巷道道围围岩岩控控制制陈陈炎炎光光、、陆陆士士良良主主编编33、、顶顶板板灾灾害害防防治治岑岑传传鸿鸿编编以以上上皆皆为为中中国国矿矿大大出出版版社社出出版版第一节、矿山压力显现规律及影响因素一、采场矿山压力显现规律11、、初初次次放放顶顶--------当当工工作作面面自自开开切切眼眼推推进进一一段段距距离离后后，，工工作作面面开开始始第第一一次次大大面面积积的的放放顶顶，，叫叫做做初初次次放放顶顶。。初初次次放放顶顶工工作作面面需需要要采采取取相相应应的的安安全全防防范范措措施施，，制制定定监监测测制制度度等等以以策策安安全全。。煤煤矿矿顶顶板板事事故故在在初初次次放放顶顶时时发发生生者者也也不不在在少少数数，，应应特特别别引引起起注注意意，，也也是是勘勘察察的的主主要要内内容容之之一一，，后后面面见见案案例例分分析析。。22、、直直接接顶顶初初次次垮垮落落--------初初次次放放顶顶后后，，直直接接顶顶首首次次大大面面积积的的垮垮落落称称为为初初次次垮垮落落，，即即直直接接顶顶冒冒高高超超过过11～～11..55ＭＭ占占全全工工作作面面的的11//22以以上上为为准准。。如如图图11所所示示。。岩石强度分层厚度节理裂隙直接顶初次垮落步距----直接顶初次垮落后，从切顶线到开切眼煤壁的距离叫直接顶初次垮落步距。它是一个很重要的指标，对顶板分类和研究矿压理论很重要。直接顶初次垮落步距：5--25M不等，见表1。33、、老老顶顶初初次次来来压压当当老老顶顶悬悬露露达达到到极极限限时时，，老老顶顶第第一一次次断断裂裂，，同同时时发发生生破破断断岩岩块块的的回回转转失失稳稳。。从从而而导导致致工工作作面面顶顶板板急急剧剧下下沉沉，，此此时时工工作作面面支支架架显显现现压压力力普普遍遍增增大大现现象象，，即即称称为为老老顶顶初初次次来来压压。。直直接接顶顶垮垮落落后后，，与与老老顶顶之之间间有有一一个个空空隙隙空空间间。。如如图图22、、图图33。。若△=0，即直接顶冒落后充满采空区;则∑h=m/（kp-1）其中：m----煤厚;∑h----直接顶总厚度;kp----岩石碎胀系数（初始值1.25--1.5,）;一般(2--4）倍（通常用N表示）采高的直接顶冒落后即可。填满采空区，周期来压则不明显。老顶初次来压前的结构及周围应力分布情况.如图4所示。图4老顶断裂前的结构形式及其周围的应力再分布A----应力增高区B----应力降低区C---应力不变区老老顶顶初初次次垮垮落落时时，，工工作作面面煤煤壁壁距距开开切切眼眼煤煤壁壁的的距距离离叫叫做做老老顶顶初初次次垮垮落落步步距距。。老老顶顶初初次次垮垮落落步步距距的的相相关关因因素素：：●●老老顶顶的的岩岩石石力力学学性性质质●●老老顶顶的的厚厚度度●●岩岩块块之之间间的的胶胶合合条条件件等等老老顶顶初初次次来来压压步步距距，，一一般般为为2200--3355MM有有的的可可达达5500--7700MM不不等等持持续续时时间间22--33天天44、、老老顶顶周周期期来来压压老老顶顶初初次次来来压压后后随随工工作作面面的的推推进进，，老老顶顶呈呈规规律律性性折折断断，，工工作作面面显显现现周周期期性性的的来来压压，，称称为为周周期期来来压压。。老老顶顶顶顶板板经经历历了了稳稳定定--------失失稳稳--------再再稳稳定定的的变变化化。。如如图图55、、图图66所所示示。。图5老顶周期来压a---老顶断裂下沉b---顶板台阶下沉图6回采工作面推进中岩体结构的变化过程周周期期来来压压时时矿矿压压显显现现：：●●顶顶板板下下沉沉速速度度增增大大●●下下沉沉量量增增大大●●支支柱柱载载荷荷增增加加、、钻钻底底●●煤煤壁壁片片帮帮●●支支柱柱折折损损●●台台阶阶下下沉沉周周期期来来压压步步距距--------两两次次周周期期来来压压间间工工作作面面推推进进距距离离。。经经验验数数据据并并根根据据实实测测，，周周期期来来压压步步距距：：LL周周==（（11//22--11//44））LL初初55、、三三带带回回采采工工作作面面初初次次来来压压后后，，随随着着工工作作面面的的继继续续推推进进，，工工作作面面上上复复岩岩层层的的活活动动情情况况将将逐逐渐渐形形成成常常说说的的上上““三三带带””，，即即：：●●冒冒落落带带（（垮垮落落带带））--------岩岩块块不不规规则则垮垮落落和和堆堆积积KKpp==11..33～～１１..55，，压压实实后后11..0033左左右右●●裂裂隙隙带带--------在在冒冒落落带带之之上上，，岩岩块块断断裂裂但但整整齐齐排排裂裂●●弯弯曲曲下下沉沉带带--------裂裂隙隙带带之之上上直直到到地地表表，，岩岩层层裂裂隙隙较较少少，，但但有有下下沉沉。。如如图图77所所示示。。66、、采采场场围围岩岩应应力力分分布布11））工工作作面面前前后后方方应应力力分分布布--------移移动动支支承承压压力力分分布布由由于于开开采采所所致致，，应应力力重重新新分分布布，，在在工工作作面面前前方方形形成成了了支支承承压压力力带带，，它它的的影影响响范范围围达达3300--4400mm或或更更远远,,最最高高峰峰在在煤煤壁壁前前方方77--1100mm处处。。KK可可达达22--33，，随随开开采采移移动动。。工工作作面面后后方方冒冒落落矸矸石石被被压压实实，，一一般般只只恢恢复复到到rrhh或或比比rrhh稍稍高高一一点点。。如如图图88所所示示。。22））工工作作面面两两侧侧支支承承压压力力分分布布--------固固定定支支承承压压力力分分布布随随工工作作面面开开采采，，在在工工作作面面两两侧侧煤煤柱柱或或煤煤体体上上也也形形成成支支承承压压力力。。作作用用时时间间长长，，位位置置比比较较固固定定，，如如图图99、、图图1100所所示示，，称称为为固固定定支支承承压压力力。。二二、、顶顶板板分分类类（（一一））按按岩岩性性和和与与煤煤层层的的位位置置划划分分11、、伪伪顶顶--------厚厚度度小小于于00..55mm，，极极易易垮垮落落，，随随采采随随冒冒，，位位于于煤煤层层之之上上。。22、、直直接接顶顶--------岩岩层层较较稳稳定定，，位位于于伪伪顶顶之之上上，，一一般般随随放放顶顶可可垮垮落落。。33、、老老顶顶--------在在直直接接顶顶之之上上，，岩岩层层厚厚而而硬硬，，难难冒冒落落，，有有时时呈呈规规律律性性折折断断。。典典型型柱柱状状如如图图1111所所示示。。图11顶板典型柱状图示例（（二二））我我国国对对直直接接顶顶分分类类和和老老顶顶的的分分级级为为了了确确定定支支护护参参数数和和支支架架造造型型，，11998811年年煤煤炭炭工工业业部部颁颁发发：：缓缓倾倾斜斜煤煤层层顶顶板板分分类类方方案案，，如如表表22、、表表33所所示示11、、掘掘进进巷巷道道引引起起的的围围岩岩应应力力分分布布巷巷道道未未开开掘掘之之前前，，岩岩体体处处于于原原始始应应力力状状态态rrhh，，在在巷巷道道开开掘掘后后，，应应力力即即开开始始重重新新分分布布，，巷巷道道围围岩岩内内出出现现应应力力集集中中现现象象，，当当围围岩岩强强度度小小于于围围岩岩应应力力，，围围岩岩则则产产生生塑塑性性变变形形，，并并向向岩岩体体深深部部发发展展。。一一般般巷巷道道开开掘掘后后形形成成如如下下图图所所示示的的状状态态。。巷巷道道围围岩岩一一般般分分为为四四个个区区：：●●破破裂裂区区AA●●塑塑性性区区BB●●弹弹性性区区CC●●原原始始应应力力区区DD开开切切眼眼开开掘掘后后两两侧侧煤煤体体的的应应力力如如图图1133所所示示。。22、、采采动动影影响响下下，，底底板板应应力力分分布布支支承承压压力力通通过过煤煤体体，，直直接接传传递递到到底底板板岩岩层层，，在在底底板板岩岩层层一一定定范范围围内内同同样样存存在在支支承承压压力力的的影影响响。。如如下下图图所所示示。。①①aa一一侧侧采采空空煤煤柱柱应应力力分分布布特特征征●●煤煤柱柱应应力力呈呈三三角角形形;;●●应应力力增增高高系系数数为为33;;●●ΨΨ==3300°°～～4400°°传传递递深深度度为为（（11..55～～２２））BB..②②bb煤煤柱柱宽宽度度为为BB，，两两侧侧采采空空时时应应力力特特征征●●煤煤柱柱应应力力呈呈钟钟形形;;●●应应力力增增高高系系数数为为55;;●●煤煤柱柱最最中中心心下下方方应应力力最最大大;;●●ΨΨ==3300°°～～4400°°传传递递深深度度为为33～～４４BB..③③cc煤煤柱柱宽宽度度为为22BB，，两两侧侧采采空空应应力力特特征征●●煤煤柱柱应应力力呈呈马马鞍鞍形形;;●●应应力力增增高高系系数数为为33..55;;●●ΨΨ==3300°°～～4400°°传传递递深深度度为为33～～４４BB..四四、、影影响响矿矿山山压压力力显显现现的的因因素素分分析析（一）地质因素1、断层与褶曲断层的影响●顶板失去连续性，容易冒顶;●构造应力存在使巷道难以维护;●伴有其他灾害因素存在.褶曲的影响●构造应力使顶板难维护;●顶板破碎，易冒顶.如图15所示在在地地层层水水平平应应力力作作用用下下巷巷道道底底板板鼓鼓起起在在地地层层水水平平应应力力作作用用下下巷巷道道两两帮帮破破裂裂22、、节节理理、、裂裂隙隙的的影影响