矿山压力及其控制_第7章+回采工作面顶板控制与支护方法.doc

《矿山压力及其控制_第7章+回采工作面顶板控制与支护方法.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第七章回采工作面顶板控制与支护方法7．1顶板分类与底板特征回采工作面是地下移动着的空间，为了保证生产工作的正常进行与矿工的安全，必须对回采工作面空间进行维护，然而回采工作面的矿山压力显现又决定于回采工作面周围所处围岩的开采条件，因此必须对回采工作面形成的矿山压力加以控制，总体上讲，对矿山压力控制一方面在矿井设计中加以考虑，如开采顺序，采煤工作面布置等，另一方面就是对工作面空间的支护以及对采空区的处理。回采工作面的直接维护对象是直接顶，然后通过直接顶控制老顶岩层，采空区的具体处理措施对老顶活动起着明显的影响。常见的采空区处理方式有：（1）煤柱支撑法，煤损大（2）缓慢下沉法（3）采空区充

2、填法（4）全部垮落法控制采场矿山压力的另一个基本手段是回采工作面支架。回采工作面支架是平衡回采工作面顶板压力的一种构筑物。由于回采工作面支架形成的构筑物必须与开采后形成的上覆岩层大结构相适应，因此，支架必须具备以下三方面特征：具备一定的可缩性；具有良好的支撑性能；有维护顶板的性能。由于支架是处于“煤壁－支架－采空区已冒落的矸石”这一支撑体系中，相对而言，煤壁具有较大的刚性，采空区已冒落的矸石具有较大的可缩性，支架介于二者之间，因此支架性能将直接影响到支架受力大小。支架性能用“工作阻力—可缩量”关系曲线表示（i,e,P-△S曲线）。7.1.1对直接顶的分析直接顶是工作空间直接维护的对象

3、，显然直接顶的完整程度将直接影响到工作的安全及工作面生产能力的发挥，而且直接影响到所选择的支护方式。直接顶的完整程度取决于岩层本身的力学性质，和直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育情况。综合这两者，结合我国的实际情况，曾将直接顶分为三种状态：（1）破碎的顶板：如页岩、再生顶板及煤顶等，这种顶板若护顶不及时，很易造成局部冒顶；（2）中等稳定顶板：此类直接顶板的岩层力学强度较大。有些岩层如砂页岩或粉砂岩等，虽由于受到一系列裂隙所切割，但局部尚较完整，因而仍属于中等稳定型；（3）完整顶板：允许悬露面积大，稳定性好，不易发生局部冒顶。如砂岩或坚硬的砂页岩等。有的学者从节理裂隙的发育情

4、况研究直接顶的稳定性，一般可将各种裂隙分为三类：（1）原生裂隙：在成岩过程中形成的;（2）压裂裂隙：在采动过程中形成的；（3）构造裂隙：在地质构造运动过程中形成的。根据裂隙面与工作面顶板岩层层面的位置关系，西德学者O.雅可毕曾将其分为五类，见下图：分为R1、R2、……R5五种基本裂隙。roofR1R2R3R4R5R12R34R23R13实际情况可能是这五种基本裂隙的组合，如R12、R23……R34等，这种组合裂隙对顶板的支护极为不利。直接顶冒空将使支架顶梁与顶板的接顶情况恶化，无法利用支架的工作阻力通过直接顶防止老顶岩块的失稳与滑落，及由此引起的对工作面不良影响和由此造成的一系列影响

5、生产的事故。理论上讲，可通过对裂隙面方位、位置等对直接顶的顶板岩块受力进行分析。但实际上，直接顶常为甚多的裂隙交割，很难精确地分析，因此原则上支架应能承受全部直接顶的重量。同时，支架要有通过直接顶而控制老顶的任务。因此任何情况下都希望直接顶完整，能传递给老顶以支架的约束力。然而实际上直接顶往往破碎，支架的护顶性能占有重要位置。为了定量分析直接顶的稳定程度，通常采用直接顶的端面破碎度作为衡量直接顶稳定性的指标，它反映了支架前梁端部到煤壁间顶板破碎的程度。其含义见下图所示。FAFh顶板破碎度为where：FA—时的破碎面积；F—整个梁端到煤壁的面积；h—冒高。为了比较，我国以端面距b=1

6、m时的破碎度进行计算分析，称之为(FA/F)%b,cmE>30%E=11~30%E=0~10%顶板破坏指数E。i.e式中Lc—工作面长度。当b=1时，F=Lc。右图为端面距b对顶板破碎度的影响。当E<10％时，b对的影响小。7.1.2对老顶的分析直接顶：对支架选型、支护方式、局部冒顶等起主导作用；老顶：对直接顶稳定性、支护强度、支架性能、采空区处理等起决定性作用。如前所述，根据老顶取得平衡的条件，在采用全部垮落法的工作面中，一般情况下，老顶岩层对工作面顶板的压力影响主要取决于直接顶的厚度。显然，老顶离煤层越远，即直接顶越厚，破断后形成“结构”和呈现缓慢下沉式平衡的可能性也越大。因此长

7、期以来，生产单位常以直接顶厚度作为预计影响工作面矿山压力显现的重要指标之一。为了对老顶有个定量的认识以及预计老顶来压强度，在对老顶的分类中引入直接顶厚度与采高m的比值Km，即。一般认为：Ⅰ、时：老顶的垮落与错动对工作面无多大影响，称为无周期来压或周期来压不明显的顶板。Ⅱ、时：老顶失稳对工作面支架有较为严重的影响，称有周期来压的顶板。Ⅲ、时，甚至没有直接顶：老顶的悬露与垮落都将对工作面支架有严重的影响。Ⅳ、老顶特别坚硬，又无直接顶：这时顶板常在采空区悬露上万