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煤层工作面顶板的分类、冒顶发生的机理及处理措施
2013-06-24 16:56:54 来源: 作者: 【 】 浏览:1089次 评论:2
    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0.3~0.5m,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1~2m,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: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0.2~0.3m。
     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,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6~8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。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30°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。

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