矿山压力与岩层控制
孙光中
河南工程学院（中国 新郑）
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1.老顶的初次来压
• 定初衡采次量取义来 指 对压 标 策特征
–– 在由老来来于顶压压老初强期顶次度间的来和，初压必次 比须断较来加裂突压强失然步支稳距架引的起支工撑作力面，顶尤板其来要压加的强现支象架。
• 形–成的来顶稳过压板定前坚程性回硬。采、工直作接空顶间薄上的方工的作顶面板初压次力来比压较强小度大、来压步
• 事故发生经过
– 靠近煤壁装煤 – 2.7m长、0.85m宽、1.04vm厚岩
块掉落 – 死亡1人
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单体支柱工作面冒顶事故防治
①采用能及时支护悬露顶板的支架，并使端面距不大于200mm；
•正悬臂交错顶梁支架 •错梁直线柱支架布置
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②炮采时，炮眼布置及装药量应合理，尽量避免崩倒支架。 ③尽量使工作面与煤层的主要节理方向垂直或斜交，避免
10.巷道矿山压力显 现
移近量曲线
➢ 巷道掘进阶段（Ⅰ）
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.
➢采动影响阶段（Ⅲ）
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（Ⅳ）
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。
期较性差出，现则。可能导致局部冒顶、甚至顶板沿工作
面切落等事故。
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34、采场上覆岩层的横竖三区带
（1）冒落带：指直接顶岩层。冒落后成块状，彼此间失去了力的联系，不
(1)
规煤则壁地支堆撑积在影底响板区上：。煤如层果上直方接的顶岩比层较在厚，开冒采落的后影由响于下其，碎在胀工性作，面可以前充方 满2采0~空30区m，处对开老始顶变岩形层，会其起特到点支是撑水作平用移，动这剧将烈大，大垂减直轻运老动顶很的小来，压当强工度作。面
区挑顶的措施过断层。
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6. 厚层难冒顶板大面积冒顶
• 致因
–煤层顶板是整体厚层硬岩层, 不易冒落。
• 征兆
–顶板断裂声响的频率和音响增大；
–煤帮有明显受压与片帮现象；
–底板出现底鼓或沿煤柱附近的底板发生裂缝；
–巷道（上下平巷）超前压力较明显；
（2）推裂过隙此带区：，指才老能顶引岩起梁垂组直合位。移工急作剧面增推加过。以后，老顶岩梁组合断裂、下
(2) 沉离，层但区由：于此块区度垂很直大位，移岩急层剧断增裂加后，但各各岩层块位间移并速没度有失不去尽力相的同联，系特，点而是是上 彼位此岩间层相移互动咬缓合慢，，形下成位诸岩如层“移砌动体较梁快、，悬因臂此梁，、此压区力内拱会、形铰成结离岩层块现”象等。之
老顶断裂前的结构形式及其周围的应力再分布
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8.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悬 露、破裂、折断和垮落的过程，完整性受到了破 坏；
• 下分层工作面的老顶来压将会显著减弱或者不再 显现，即通常所说的在回采顶分层时可能出现 “动压”，而在回采下分层时则主要表现为“静 压”。
绞车回木支柱。
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4．地质破坏带附近的局部冒顶
• 致因
–顶板裂隙发育、破碎； –断层面间多充以粉状或泥状物； –断层面都比较尖滑,使上、下盘之间的岩石无粘结力,
尤其是断层面成为导水裂隙时，更是彼此分离；
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防治措施
–在断层两侧加设木垛加强维护，并迎着岩块可 能滑下的方向支设戗棚或戗柱。
–在煤壁的前方顶板和煤层特别破碎时，采用锚 杆。
–在 金 属 网 假 顶 下 ， 网 上有大块游离岩块。
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防治措施
– ①加强地质及观察工作，记载大岩块的位置及尺寸； –②在大岩块范围内用木垛等加强支护； –③当大岩块沿工作面推进方向的长度超过一次放顶步
距离时，在大岩块的范围内要延长控顶距； –④如果工作面用的是单体金属支柱，在大岩块范围内
要用木支架替换金属支架； –⑤待大岩块全部都处在放顶线以外的采空区时，再用
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8.影响工作面矿山压力显现的基本因素
➢断层与褶曲
➢挤压与破碎带
➢节理、裂隙 ➢开采深度 ➢上部煤层残留煤柱
➢煤层倾角
➢工作面推进速度 ➢采高与控顶距
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三、采场顶板事故的致因及防治
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顶板事故分类
• 按冒顶范围分：
– 局部冒顶 – 大型冒顶
• 按发生冒顶事故的力学原因分：
– 压垮型冒顶 – 漏冒型冒顶 – 推垮型冒顶
–当碎顶范围较大时（比如过断层破碎带等），则应对破碎 直接顶注入树脂类粘结剂使其固化，以防止冒顶。
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2．采场两端的局部冒顶
• 致因
–暴露的空间大，支承压力集中； –经常要进行机头机尾的移置工作； –要拆掉原巷道支架的一个棚腿，换用抬棚支承棚梁。
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防治措施
–在机头机尾处各应用四对一梁三柱的钢梁抬棚支护， 每对抬棚随机头机尾的推移迈步前移；
+1.0m金属梁
• 事故发生经过
– 靠近煤壁装煤 – 直径2m，厚0.9m岩块掉落 – 死亡1人
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顶板楔形岩块冒落
• 地质及技术条件
– 煤层编号：12# – 直接顶岩性：细砂岩 – 底板：粉砂岩 – 采高：1.2m – 采煤方式：80采煤机，截深
0.6m – 支护方式：金属摩擦支柱+1.1m
木板梁
煤层片帮。 ④在金属网下，还可以采用长钢梁对棚迈步支架。 ⑤在架设支架前还必须敲帮问顶，以防止掉岩块伤人
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综采工作面的局部冒顶预防措施
–支架设计上
• 采用长侧护板 • 整体顶梁 • 内伸缩式前梁 • 增大支架向煤壁方向的水平推力 • 提高支架的初撑力；
–工艺操作上，采煤机过后，及时伸出伸缩梁，及时擦顶带 压移架，顶梁的俯视角不超过7°。
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压垮型冒顶实例
• 地质及技术条件
– 直接顶岩性：石英砂岩3.3m – 采煤方法：爆破 – 支护：金属摩擦支柱
• 事故发生原因及经过
– 支柱阻力低，支护质量不好 – 控顶5排，悬顶6m – 回柱放顶 – 冒顶29m – 回柱3人全部死亡
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台阶下沉引起冒顶实例
• 地质及技术条件
– 直接顶岩性：砂岩4m – 采煤方法：爆破 – 支护：金属摩擦支柱
–在机头机尾处采用双楔铰接顶梁支护。 –在采场两端采用十字铰接顶梁支护系统以防漏冒。 –在超前工作面10m以内，巷道支架应加双中心柱，超前
工作面10~20m，巷道支架应加单中心柱以预防冒顶。
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3．放顶线附近的局部冒顶
• 致因
–回 拆 放 顶 线 上 “ 吃 劲 ” 的柱子；
–当 顶 板 中 存 在 被 断 层 、 裂隙、层理等切割而 形成的大块游离岩块 时；
(3) 类 一 的重 速 该的方保区新度结面护叫压慢构传下重实，。递，新区上这给承压：位些工受实工岩结作较区作层构面小。面下将 后 的后沉上 方 压方速力覆 冒已度。岩 落断快层 矸裂，的 石的原重 ，老来量 而顶发一 工遇生方 作到离面 面矸层传 支石的递 护支地到 工撑工作方后作空又面间重，前则新下方在被位煤这压岩壁种实层，结下，另构沉故
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5.不同类型覆岩开采后的破坏情况
1—冒落带; 2—裂隙带 a—覆岩为软岩层; b—覆岩为中硬岩层; c—覆岩为坚硬岩层
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6.回采工作面附近应力集中
两相邻采空区周围的应力分布
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7.采场周围支承压力分布
（1）工作面在正常推进期间，上覆岩层所形成的结构，由“煤 壁——已冒落矸石”支撑体系来支撑，下位岩层（直接顶）由 “煤壁——工作面支架——已冒落矸石”所形成的支撑体系来支 撑。
–– 咬较距一的随因合大大般支着而平，。可护工往衡以。影作往，采响面容直用的推易到木范进 使岩垛围还人块、也可疏间斜比能忽的撑较形大咬等广成意合特，四。关种工、初系支作五次不架面来…能加易压…满强出时不足回现同，平采事数老衡工故量顶为作。岩垮止空块距。间的比
老顶断裂成岩块后的转动
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2.老顶的周期来压
（2）由于上覆岩层的结构大多是半拱式的，因此煤壁一端几乎支 撑着回采工作空间上方悬露岩层的大部分重量，而采空区后方只 承受压实区的重量。
（3）工作面前后方形成三个不同的支承压力区。即工作面前方压 力增高区、工作面支护空间前后减压区及工作面后方稳压区。
（4）随着工作面不断向前推进，这三个区不断向前移动，使工作 面承受的压力显现出动态的过程。 A—应力增高区; B—应力降低区; C—应力不变区
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坚硬顶板冒顶实例
• 地质及技术条件
– 工作面长度：75m
– 直接顶岩性：石英砂岩4~5m
– 老顶：白色石英砂岩8m
– 采煤方法：爆破
– 支护：木支柱
• 事故发生原因及经过
– 支柱阻力低
– 在煤壁大面积片帮和支架折 断情况下，没有采取措施
– 工作面推进48m时，初次来 压
– 从煤壁处切顶
– 冒顶30m
➢无采掘影响阶段（Ⅱ）
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。
➢二次采动影响阶段（Ⅴ）
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。
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局部冒顶和大型冒顶
• 局部冒顶指范围不大，有时仅在3~5支架范围 内，伤亡人数不多(1~2人)的冒顶。
– 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。
– 常发生在靠近煤壁附近、采场两端、放顶线附近以及地质破 坏带附近。
• 大型冒顶指范围较大，伤亡人数较多（每次 死亡3人以上）的冒顶。