顶板灾害 教案
江开尧
一、 矿山压力分布规律
煤矿开采必然破坏原来的应力平衡状态，并导致应力再分布，从而形成了应力增高区与应力降低区。
（一） 基本概念 1. 矿山压力及矿压显现
矿山压力是矿山开采时引起的岩层压力，一般解释为：由于矿山开采活动的影响，在开采巷道（工作面）围岩中所形成的力。由于矿山压力的作用，表现出的有形现象，称为矿压显现。 2. 围岩
围岩是顶底板岩层的总称，它一般由以下几种岩层组成： （1）.伪顶：紧贴煤层之上，极易垮落的较薄岩层。它由炭质页岩等软弱岩层组成，厚度小于0.5m，特征是随采煤而垮落。 （2）.直接顶：位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上的一层或几层相同或不同的岩层。具有随回柱放顶而垮落的特征。
（3）.老顶：位于直接顶之上的岩层，由砂岩、石灰岩、砂质岩等坚硬岩石所组成。其厚度大于2m，整体性较强,采空后能悬露较大面积。
（4）.直接底:直接底位于开采层下面的岩层。 3. 原岩应力场
天然存在于原岩内与任何人为原因无关的应力场称为原岩应力场。在一般情况下垂直应力是普遍存在的，构造应力则决定于该地区的地壳运动形态。
4. 矿压控制
凡是减轻、调节、改变和利用矿山应力作用等方法，均称为矿压控制。
5. 采煤工作面的初次来压和周期来压
当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂，同时发生已破裂的岩块失稳，从而导致工作面的顶板急剧下沉，此时，工作面支架呈现受力
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普遍加大现象，即称为老顶的初次来压。
随着采煤工作面的推进，老顶在初次断裂以后，裂隙带岩层将始终经历“稳定——失稳——再稳定”的变化，在失稳时会导致工作面顶板来压。这种来压是随着工作面的推进呈周期性出现，故称为周期来压。
（二）掘进巷道引起的围岩垂直应力变化 （三）采场周围应力分布及支撑压力 1. 采场周围应力分布 2. 采煤工作面前后支撑压力
二、 常见冒顶事故及预防 （一）掘进巷道冒顶事故与防治 1. 巷道发生冒顶事故的原因
大致包括自然地质因素、工程质量因素、采掘工程因素、未严格执行顶板安全制度等几个方面：
1）自然地质因素 （1）岩层层理影响。
（2）岩层节理裂隙及破碎带影响。 （3）地下水影响。 2）工程质量因素。
（1）支架支设质量差。支架设在浮矸上，金属可缩支架卡揽拧紧力不足，支架与围岩间没有背景等，可导致支架阻力不能及时发挥作用，使围岩松动破坏圈扩大，容易发生巷道冒顶事故。
（2）支架稳定性较差。支架间连接不好，横向稳定性差，尤其在倾斜巷道，易造成多支架倾倒得大面积冒顶事故。
（3）掘进打眼爆破参数掌握不好。炮眼角度不当，或装药量过大，放炮时易崩倒支架，且使掘进作业面增大围岩破坏圈范围，易造成冒顶及片帮事故。
（4）锚杆支护失效。锚杆参数选择不当，或锚杆得锚固力失效时，都会造成巷道冒顶事故发生。
（5）工程质量低劣。掘进工程中，没有严格按操作规程施工，
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工程质量的检查制度不严，发现问题不能及时处理，也是引发冒顶事故得原因。
3）采掘影响。
4）未严格执行顶板安全制度。 2.巷道顶板事故的防治措施 1）掌握地质资料及开采条件。
2）严格顶板安全检查制度。 3)加强支护质量管理。 （1）检查支架规格尺寸。
（2）提高支设质量和保证支护阻力。 （3）搞好支架与围岩之间的充填。 （4）提高支架的稳定性。 （5）及时支护。
（6）加强锚杆支护的质量检查。 4）进行临时支护： 。 （1）预喷混凝土支护。 （2）前探梁临时支架。
（3）机械化临时支架。目前大致有ZJD型掘进头临时支架、机械掘进工作面的临时支架、支架机、PQZ型前探支架等。
（二）采煤工作面顶板事故及预防
采煤工作面顶板事故按力学原因分类，有压垮型、漏冒型与推垮型。
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老顶来压时压垮型冒顶及预防
预防措施如下：
（1） 合理设计采场支护，使支护具有足够的支撑力和可缩量。。 （2） 要进行顶板断层情况的预测预报。 2、
厚层难垮顶板大面积冒顶及预防 预防措施如下：
（1） 采用煤柱支撑法时，如果煤柱上方顶板悬露大面积采垮落，
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则应在刀柱之间的采空区内用钻孔爆破法强制放顶； （2） 采用长壁法采煤时，或超前工作面用钻孔爆破法、高压注水
法预先松动，或在采空区用循环浅孔及步距式深孔法崩落顶板。 3、
直接顶导致的压垮型冒顶及预防
由于构造、采动等原因，使采煤工作面空间上方某部分直接顶与其周围岩体产生断裂，当这部分直接顶真题向下移动时，有可能造成压垮型冒顶事故。 预防措施如下：
（1） 采煤支护强度要能自始至终平衡直接顶或垮落带岩层的
重量。底软时必须穿鞋，力求以支柱的初撑力平衡直接顶或垮落带的严重，以防直接顶或垮落带离层。 （2） 开采下分层时不要留煤皮，以免增加支架的载荷，如因
条件限制非留煤皮不可，要相应增加支柱的初撑力或支柱密度。
（3） 在构造或采动破坏严重的区域，除相应缩小控顶距及加
强放顶支柱的初撑强度外，应采用绞车远距离回柱。
4、
大面积漏垮型冒顶及预防 预防措施主要有：
（1）选用合适的支护，使工作面支护系统有足够的支撑力和可缩量。
（2）顶板必须背严接实。
（3）严防爆破、移输送机等工序推倒支架，防止出现局部冒顶。
5.局部漏冒型冒顶
局部漏冒型冒顶主要有：靠煤帮附近的漏冒、工作面两端的漏冒、放顶线附近的漏冒和地质破坏带附近的漏冒。
预防这一类局部漏冒的措施主要有：
（1）对每一工作面进行实地观测，根据统计规律分析影响端面顶板冒落稳定性指标，对支护质量与地板动态进行监测，使顶板在形成冒顶事故前消除其隐患。
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（2） 采用能及时支护悬露顶板并能减少端面距的支架；要使支架处于良好的工作状态，
（3） 爆破采煤时，炮眼布置及装药量应合理，避免崩倒支架。 （4） 尽量使工作面与煤层的主节理方向垂直或斜交，避免煤壁片帮，一旦片帮应超前支护，防止冒顶。
（5） 尽可能保证工作面具有较快的推进速度。
（6） 机头机尾处应各采用四对八梁支护；巷道与工作面出口相连的一侧要架设一对长钢梁抬棚，托住原巷道支架的梁头；距工作面煤壁20m范围内的巷道必须加强支护。
（7） 在工作面的地质破坏带要特别加强支护。 6 、复合顶板推垮型冒顶及预防 复合顶板由下软上硬岩层构成。
当煤层有伪顶时，如果采用托伪顶开采，则煤层的顶板就是复合顶板。应用留煤皮方法采煤时，煤皮与顶板有易分离或煤层有伪顶，这时回采工作面也处在复合顶板之下。煤层具有复合顶板，同时还必须具备下列四个条件，才会发生推垮型冒顶：1.因支柱初撑力小导致软硬岩层间离层；2.因构造、旧巷、支柱初撑小等原因导致顶板下部软岩层中断裂出1个六面体；3. 六面体的相邻部分已冒空或为采空区，而且有一定的倾角；4.六面体因自重向自由空间的推力大于总阻力。
预防措施为：
（1） 提高单体支柱的初撑力。
（2） 选用稳定性能好的支架或加强支架的稳定性。 （3） 消除形成复合顶板推垮的条件。 7、金属网下推垮型冒顶及预防
预防的主要措施为：
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