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厚煤层综放开采岩层控制91第一节顶煤破碎机理与运移规律第二节放顶煤开采矿山压力显现的基本规律2在厚煤层（一般煤厚≥5m）下部布置一个综采工作面回采，采高2～3m，顶部煤层依靠矿山压力作用，使其自行破碎和冒落，且自行流动和放出。第一节顶煤破碎机理与运移规律一、综采放顶煤开采的概念3二、顶煤的力学特征与应力场条件顶煤的力学特征：顶煤的强度和顶煤的原生裂隙对顶煤破碎过程起重要作用。4采动应力场：放顶煤开采的工作面前方应力场分布与单一煤层开采具有类似规律，即工作面前方支承压力（切向应力）分为减压区（A）、增压区（B）、稳压区（C）。若按岩体性质分，可将其分为弹性区（E）和塑性区（D）（也称极限平衡区）。5顶煤的变形与位移。顶煤累计位移量往往反映顶煤的破碎程度和块度。6顶煤位移场7煤体的硬度不同，顶煤开始移动的位置不同。6～8m厚煤层，h=6m处，顶煤始动点超前工作面的距离。软煤层（f=0.3～0.5）为15m；中硬煤层（f=2～3）为10m；硬煤层（f≥3.5）为5m。不同顶煤的移动特征8不同高度顶煤始动点的位置不同，顶煤位置越高，其始动点超前工作面距离越远，累计的位移量越大。在顶煤移动初期，以水平移动为主，随着工作面推进，垂直位移逐渐增大，在工作面支架上方垂直位移量超过水平位移量，具体位置根据煤层的硬度系数不同而变化，软煤在煤壁前方附近，而硬煤在煤壁后方0.5～1m处。9顶煤的裂隙始于煤壁前方支承压力峰值区内，在支承压力作用下，顶煤发生剪切和拉伸破坏，出现裂隙或扩展煤体内的原有裂隙。三、顶煤的破坏过程描述与分区10随着工作面推进、顶板的回转下沉，顶煤裂隙进一步发展，这些被裂隙和层理等弱面切割成块体的顶煤由于受到约束和挤压作用，整体处于塑性状态，可视为“似连续体”。工作面继续推进，当顶煤进入到支架上方后，将逐渐冒落，并堆积在支架掩护梁上形成散体。11顶煤分区图1.原始状态区Ⅰ2.压缩变形区Ⅱ3.拉剪破裂区Ⅲ4.散体冒放区Ⅳ12顶煤冒放性是指顶煤冒落与放出的难易程度。影响顶煤冒放性的因素：煤体强度。软煤（f1），冒落块度小，块径在0.2～0.3m以下，可放性好；顶煤的冒落角α大于90º。四、影响顶煤冒放性的因素13中硬煤（1f3），块径多为0.3～0.6m，可放性较好；顶煤的冒落角α介于60º～80º。硬煤（f≥3），块径多为1.0m，且顶煤有悬顶，可放性差,顶煤的冒落角α小于60º。14煤体裂隙分布的影响。裂隙密度大，顶煤快度小，易于冒放。裂隙的方位和组数影响着顶煤的冒放性。一般来说，顶煤中含有平行于工作面的裂隙较含垂直工作面的裂隙更容易冒落，图(a)较图(b)更容易冒落。如果顶煤中含有多组裂隙，则更有利于改善顶煤的冒放性，如图(c)所示。15顶煤厚度。合理顶煤厚度2～10m。硬煤层不应超过6m。顶煤太薄会混矸，顶煤太厚会使顶煤回收率降低。夹矸影响。大于0.4m厚的夹矸多呈大块状冒落，冒落后有时堵塞放煤口，使其上的顶煤无法放出。图9－8夹矸对顶煤冒落的影响图9－8夹矸对顶煤冒落的影响另外顶煤中的厚层夹矸会起到悬臂支托上部顶煤的作用，以至使上部顶煤无法及时冒落，最后冒落在采空区无法回收16对于裂隙不发育的坚硬顶煤（f≥3.5），为了改善顶煤的冒放性，常采用：顶煤专用巷道顶煤爆破架间顶煤专用巷道顶煤注水两巷道钻孔注水五、改善坚硬顶煤冒放性的人工辅助措施改善顶煤冒放性17第二节放顶煤开采矿山压力显现的基本规律一、综放采场支架与围岩力学系统模型18支承压力分布：①煤层愈软，支承压力分布范围愈大，峰值点距煤壁愈远。对于软煤层，峰值点为15～25m，分布范围40～50m；对于硬煤层，峰值点5～8m，分布范围20～30m。②煤层愈厚，支承压力分布范围愈大，峰值点距煤壁愈远。③如果顶煤中存在一层较厚、强度较大夹矸层，夹矸层除了影响到顶煤冒落形态外，还会影响到支承压力分布，使其显现出较硬煤层的支承压力分布特征。二、放顶煤开采矿山压力显现规律19支架载荷并不因采高加大而增加。综放面仍有初次来压和周期来压，但一般来压不明显，这放顶煤工作面的煤壁及端面顶板的维护特别重要。支架前柱的工作阻力大于后柱工作阻力。一般为10%～15％，最高的可达到37%。对于软煤而言，顶煤破碎和放出较充分，支架顶梁后部上方的顶煤较少。相对硬煤而言，支架前柱工作阻力大于后柱工作阻力这一特点表现得更加明显。同时，支架承受冒落煤矸冲击造成的动载荷影响明显。2021