煤层工作面顶板的分类、冒顶发生的机理及处理措施

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1、煤层工作面顶板的分类、冒顶发生的机理及处理措施1 煤层的顶底板煤层的顶底板是指煤系中位于煤层上下一定距离的岩层，按照沉积顺序，在正常情况下，位于煤层之下，先于煤层生成的岩层是底板；位于煤层之上，在煤层形成之后的岩层叫顶板。由于沉积物质和沉积环境的差异，顶底板岩层性和厚度各不相同，在开采过程中破碎，冒落的情况也就不同，了解这些岩层的岩性特征、厚度、层理及节理发育程度，强度及含水性等，对确定顶板管理和巷道支护方式均有重要意义。根据顶底板岩层相对煤层的位置和垮落性能，强度等特征的不同，从上至下顶板划分为基本顶（老顶）、直接顶、伪顶三个部分；底板分为伪底、直接底及老底三个部分。不过，对于某个特定的煤层

2、来说，其顶底板的这六个组成部分不一定发育俱全。可能缺失某一个或几个组成部分的岩层。1.1煤层的顶板1.1.1伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.30.5m，多由页岩、炭质页岩等组成。1.1.2直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般在12m，多由泥岩、而岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成。1.1.3基本顶：又叫老顶，是位于直接顶之上或直接位于煤层之上（此时无直接顶和伪顶）的厚而坚硬的岩层。常在采空区上方悬露一段时间，直到达到相当面积之后才能垮落一次，通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石的组成。1.2煤层底板1.2.1伪底

3、：直接位于煤层之下的薄层软弱岩层，多为炭质页岩或泥岩，厚度一般为0.20.3m。1.2.2直接底：直接位于煤层之下硬度较低的岩层，厚度一般由几十厘米到1米左右，通常由泥岩、页岩或粘土岩。若直接底为粘土岩，则遇水后易膨胀，可能造成巷道底鼓与支架插底现象，轻者影响巷道运输与工作面支护，重者可使巷道遭受严重破坏。1.2.3老底：指位于直接底之下，比较坚硬的岩层，多为砂层，石灰岩等。2 采煤工作面顶板分类根据工作面顶板冒落的难易程度，将顶板分为五类。2.1易冒落的松软顶板。该类顶板的特点是煤层顶板是易垮落的松软岩层，回柱后顶板能立即冒落，且能填满采空区。这类顶板由于冒落比较充分，使位于裂隙带的老顶岩层

4、，在回采过程中，很容易取得平衡，因而老顶的开裂，弯曲下沉，对工作面几乎没有什么影响，工作面来压比较缓和，无明显的周期压力，靠采空区一侧的顶板下沉量较稳定，顶板容易管理。2.2中等冒落性的顶板。该类顶板的特点是直接顶，厚度一般小于煤层平等的68倍，其上部为比较坚硬的老顶，虽然回柱后直接顶随之垮落，但因厚度不大，不能填满采空区，老顶则置于悬露状态，当工作面推进一段距离后老顶才开始垮落，此时因采空区落差较大，致使工作面呈现周期来压状态，严重时可使采场切顶垮面。对于这类顶板应注意老顶的活动规律。2.3难冒落的坚硬顶板。这类顶板的特点是老顶直接赋于煤层之上，或有一伪顶，无直接顶，由于老顶垮时采空区的落差

5、太大，使工作面呈现明显的周期来压，工作面平时的下沉量及下沉速度较小，而当周期来压时下沉速度急剧增加，工作面顶板情况迅速恶化，应当注意及时采取措施。2.4极难冒落的坚硬顶板。这类顶板的特点是煤层板为极其坚硬的整体性厚岩层，在采空区能悬露上万平方米而不垮落，当垮落时则能形成暴风，致使工作面造成垮面和严重破坏。2.5可塑性弯曲的顶板。该类顶板的特点是直接顶，虽是具有一定厚度的坚硬岩层（如砂岩、石灰岩），但由于其中存在有平行于工作面的节理裂隙，采煤后顶板下沉，在移动过程中断裂成块，但仍互相挤在一起具有传递水平的能力，就像砌体梁一样，各岩块互相牵制而成平衡，随工作面推进顶板弯曲下沉接触底板。坚硬冒顶板指

6、的是直接顶岩层比较完整、坚硬（固），回柱后顶板不能立即垮落的顶板。一般为砂岩、砂岩和石灰岩。坚硬难冒顶板具有整、厚、硬的性质。分析了综采工作面冒顶发生的机理，从优化工作面巷道布置，合理选择架型、正确使用液压支架、工作面超前支护、破碎顶板管理等几个方面，讨论了综采工作面顶板安全管理的重点和措施。3 综采工作面冒顶发生的机理在倾斜煤层中，对回采工作面空间影响最大的地质因素是直接顶。唐公塔煤矿综采队开采的煤层顶板属中等稳定顶板，其稳定性与煤层及其顶板的节理裂隙发育程度有关。节理裂隙有3类：原生裂隙、构造裂隙和地压裂隙。从唐公塔煤矿的生产实际来看，以地压裂隙和构造裂隙对顶板管理的影响较大。地压裂隙是由

7、于煤层采动后引起的，煤壁前强大的支承压力对直接顶可能形成地压裂隙，这种裂隙平行于工作面，对液压支架的稳定性直接产生影响。在开采过程中，基本顶及其上覆岩层的重量对工作面形成支承压力，如果工作面推进度慢，则支承压力超前，通过基本顶悬臂梁反复作用于煤壁和直接顶，造成煤壁和直接顶产生地压裂隙，地压裂隙不但使原生裂隙扩大，而且会使相邻裂隙相互连通，最终引起煤壁片帮，顶板离层，这时如不及时采取措施，极易发生冒顶。构造裂隙是由地质构造运动而形成的。它常贯穿于整个煤（岩）层中，在层面中形成明显的弱面，使得裂隙面之间的黏结力减弱。直接顶的这种裂隙极易在无任何征兆的情况下造成工作面冒顶。4 改进措施4.1煤矿企业

8、要按照煤矿安全规程和行业技术规范，根据所采煤层顶底板岩性和矿压显现情况，制定采掘工程支护设计方案，确定相应的支护方式和支护参数；条件发生变化时，要及时进行调整。4.2每个采掘工作面、巷道维修工程都要制定作业规程和安全技术措施，遇有过老巷、煤柱、地质构造破碎带等特殊情况时，要及时补充安全技术措施，并按规定审批、组织作业人员学习贯彻后，方可组织实施。要加强对作业人员顶板管理知识的教育培训工作，增强防范顶板事故的意识和能力，切实做到严格执行敲帮问顶制度，严禁空顶作业。4.3掘进工作面作业规程要明确永久和临时支护方式、最大空顶距、循环进度、爆破参数。要按作业规程规定对掘进工作面进行永久支护和临时支护。

9、在松软的煤、岩层或者流砂层及地质破碎带中掘进巷道时，必须采取特殊措施。在爆破前必须加固靠近工作面20m范围内的支护，爆破中破坏的支护必须及时修复。采用锚杆、锚索、锚喷支护的巷道，锚杆、锚索的材质、拉力和预紧力、喷层厚度和强度必须符合作业规程规定。4.4采煤工作面作业规程要明确顶板管理方法、控顶距、初次来压和周期来压的特殊支护方式，以及初采初放和临近停采线时的顶板管理措施。开采浅埋深薄基岩煤层、近距离煤层时，要针对顶板管理制定专门安全技术措施。必须及时支护采煤工作面顶板，支柱、支架牢固接顶，初撑力要符合要求，破碎、松软顶底板工作面要采取针对性措施；要严格执行预防架前冒落的措施，周期来压期间加强对煤壁的辅助支护，防止煤壁片帮和伞檐冒落。对于急倾斜煤层的回采工作面，必须采取防止底板滑落的措施并设置防倒柱的联锁装置。放顶煤开采工作面，严禁采用木支柱和金属摩擦支柱支护方式；倾角大于30deg;的工作面或冲击地压煤层，严禁采用单体液压支柱放顶煤开采。必须按作业规程规定及时对采煤工作面进行放顶或者充填，必须加强工作面上、下安全出口与巷道连接处至少20m范围内的支护。