煤层顶底板分类
主要可采煤层岩石顶底板特征及矿体特征
井田内可采煤层共8层，分别为山西组的3-2-1、3-2号煤层，太原组的4-1、4-2、5-1、5-2、8、11号煤层。
1. 3-2-1号煤层位于山西组中下部，煤层厚度变化较大，0～3.60m，平均1.56m,结构简单，含夹石0-2层，夹矸厚度0.25-0.57m。
煤层中部、南部、东南部大面积尖灭，属赋存区局部不稳定可采煤层。
该煤层井田内未被开采，但因4-2号煤层大面积采空赋煤区大面积蹬空。
煤层顶板岩性泥岩、砂质泥岩和粉、细砂岩；底板泥岩、砂质泥岩、高岭土及粉砂质泥岩。
2. 3-2号煤层位于山西组下部，上距3-2-1号煤层1.58-20.00m，平均13.37m，煤层厚度为0-4.00m，平均2.38m，结构简单，一般含2层夹矸，夹矸厚度0.20-0.70m,岩性为炭质泥岩、泥岩。
煤层较稳定，赋存区大部可采。
该煤矿井田内未被开采，但因4-2号煤层大面积采空赋煤区大面积蹬空。
煤层顶板为砂质泥岩、泥岩、粉砂质泥岩，局部为粗砂岩；底板为泥岩、细砂质泥岩，局部为铝土岩。
3. 4-1号煤层位于太原组顶部，上距3-2号煤层5.50-26.25m，平均10.95m，煤层厚度0-4.40m，平均1.12m，结构简单，一般不含夹矸或含1层夹矸，局部含2层夹矸，夹矸厚度0.20-0.50m，局部达1.00m，岩性为炭质泥岩、泥岩。
该煤层中部以南、东南部大范围尖灭，属不稳定赋存区局部可采煤层。
井田内未被开采，但因4-2号煤层大面积采空赋煤区大面积蹬空。
煤层顶板为粉细砂岩、粉砂质泥岩，局部为泥岩；底板为泥岩、高岭质泥岩及粉砂质泥岩。
4. 4-2号煤层位于太原组上部，上距4-1号煤层4.60-16.78m，平均9.99m，煤层厚度2.45-8.80m，平均5.82m，结构简单－复杂，一般含夹矸2-4层，局部不含夹矸，夹矸厚度0.25-0.65m，岩性为炭质泥岩、泥岩。
煤层稳定赋存区全区可采。
井田内煤层厚度西北最薄，东南部次之，西南部ZK2-1孔一带变薄，其余部分厚度较均匀。
顶板
二、局部冒顶事故和大冒顶事故 二、局部冒顶事故和大冒顶事故
顶板事故一般也称冒顶事故。冒顶事故通常分为两类，即局部冒顶事 顶板事故一般也称冒顶事故。冒顶事故通常分为两类， 故和大冒顶事故。 大冒顶事故。
（一）局部冒顶事故
•
1.局部冒顶事故是指采掘工作空间或井下其他工作地点局部范 1.局部冒顶事故
围内顶板岩石垮塌造成的冒顶事故。冒落高度一般不大，很少有冒高超过3 围内顶板岩石垮塌造成的冒顶事故。冒落高度一般不大，很少有冒高超过3 米以上的。它的影响范围较小，对采掘工作面生产形成的影响不大；因此 米以上的。它的影响范围较小，对采掘工作面生产形成的影响不大； 局部冒顶往往被忽视，以至于经类事故经常发生， 局部冒顶往往被忽视，以至于经类事故经常发生，形成人员伤亡的比重很 大。 • 局部冒顶事故通常是由于顶板破碎断裂而导致支护失效或没有支护所
5、巷道支护方式
• 1.砌碹支护 1.砌碹支护 • 砌碹支护是支护形式中最有力的支护形式。支护的材 砌碹支护是支护形式中最有力的支护形式。 料有料石、砖及混凝土。一般用于服务年限长的开拓巷道 料有料石、砖及混凝土。 及主要硐室。 及主要硐室。 • 2.棚式支护 2.棚式支护 • 棚式支护是煤矿准备巷道和回采巷道常见的支护形式。 棚式支护是煤矿准备巷道和回采巷道常见的支护形式。 • 3.锚杆支护 3.锚杆支护 • 锚杆支护目前是我国国有煤矿采用最多的支护形式， 锚杆支护目前是我国国有煤矿采用最多的支护形式， 由于其支护成本低廉、效果良好， 由于其支护成本低廉、效果良好，是我国井下巷道支护的 发展方向。 发展方向。 • 锚杆支护的配套形式：锚喷支护、锚网支护、 锚杆支护的配套形式：锚喷支护、锚网支护、锚网喷 支护、锚梁支护、锚杆钢带支护等。 支护、锚梁支护、锚杆钢带支护等。
6-3 顶板分类与架型选择
层1.5～2m内各分层厚度的平均值。
为了预防可能出现的测量和计算误差，在直接顶 分类中，可采用工程指标——直接顶初次垮落步距l对 分类指标进行检验，见表6－1。
直接顶初次垮落步距（l）以直接顶冒高超过 １～1.1m占全工作面二分之一以上时，从工作面切顶 线到开切眼煤壁之间的距离作为分类计算指标。如果
所使用的指标见表6－4.
表6－4
分 级 I
不明显 明 老顶来压 显现
基本顶分级表
II
显 强 III 烈 IV 极 强 烈
Ｎ＞３～５
３＜Ｎ≤３～５ Ｌ＝２５～５０
0.3＜Ｎ≤３~５、Ｌ＝ ５０ Ｎ＜0.3、Ｌ＝25~30
Ｎ≤0.3、 Ｌ＞５０
在此分类中主要引入直接顶厚度∑h与采高M的比 值N及老顶来压步距L。分类认为： （1）N＞3～５，这种老顶的垮落或错动对工作面 支架受力无多大影响。其典型柱状如图3-1a所示，成 为无周期来压或周期来压不明显的顶板； （2）0.3＜N≤3～５，且L=25～50m，这时老顶的
II
III
IV
指 标
主要指 标 参考指 标
＜8
9～18
19～25
＞25
无直接顶，岩层厚度 在2～5 m以上，Rc＞ 60～80MN.m-1； I和h＞1m
表中：D为强度指标，其计算公式为： D=10R· C 1· C2 式中 R——岩石单向抗压强度，MN/m2； C1——节理裂隙影响系数； C2——分层厚度影响系数； C1、C2可按所测量的节理裂隙间距（I）和分层 厚度（h）分别由6-2及表6-3查得。
成剧烈的矿山压力显现，从而要求采取特殊措施加以控制，其 典型柱状如图3-1d所示。 另外如图3-1e所示的柱状，则常常可能出现下位的石灰岩 曾发生垮落，而上位则呈现缓慢下沉现象或全部呈现缓慢下沉
顶板分类
煤矿顶板分类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。
煤层顶板活动规律
第三节
一、老顶梁式结构分析：
老顶岩层力学分析
1、冒落区老顶支撑条件：
1）全部充填满回采空间
0
h
M K p 1
2）不能充填满回采空间 （老顶悬露，成梁式结构） M 0 h K p 1 h M h K P M hK P 1 （ ）
2、老顶梁式结构力学分析： （按固定支座） 1）支座反力：（对称）
且
384E2 J 2
bh13 J1 12
bh 3 J2 12
q h1
从而
E h 2 2 1 不离层最小支撑力 p h 1 E1 h1
显然： 及时增大支撑力可使顶板不离层。
三、直接顶的初次垮落： 初次垮落——直接顶第一次垮落（初次放顶） （标志：垮落高度＞1~1.5m，长度＞1/2 面长） 初次垮落距——第一次垮落时，直接顶的跨距。 直接顶垮落距受直接顶强度、厚度、节理裂隙影响， 是描述直接顶稳定性的综合指标。 直接顶垮落前，顶板完整性一般较好，支架载荷小， 稳定性差，初次垮落易发生大面积顶板事故。
2）计算第二层对第一层的作用；计算至第三层时第一层载荷…… 3）一直计算到第n+1层时，第一层载荷反而小于第n层时的载荷为止
4）取第n层时的计算载荷为 q ，此值为计算过程中得到的最大值。
三、老顶的板式破断：
1、板式结构边界支撑条件： 薄板：长150-200m
宽30m 厚2—4m
边界支撑条件： （a）四边固支——始采工作面； （b）三固一简——一面为已采区（老塘）； （c）二固二简——一面为已采区，一面为工作面采空区； （d）一固三简——三面临空，回采半岛区域。
煤矿顶板分类
煤矿顶板分类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。
矿山压力与顶板管理
5）断层与褶曲 6）挤压与破碎带
2.开采技术因素
1）巷道位置
2）开采程序 3）支护方法 4）顶板控制方法 5）工作面推进速度 6）采高与控顶距 7）上部煤层残留煤柱
五、顶板事故的产生
采矿岩石开挖 原岩应力重新分布 开挖空洞周边应力集中 空洞围岩破坏 掘进过程支护不及时 支架强度不足 变形的时间效应 特 殊 地 质 条 件
二、 矿山压力的基本概念
1.矿山压力 由于采掘活动的影响，而在采掘空间周围 岩体上及支护物上所产生的力称为矿山压力。 采矿开挖引起 的应力集中
水平原岩应力
2.矿山压力显现 由于矿山压力的作用将引其围岩及支 护物的位移、变形、破坏等一系列的力学现象称为矿 压显现。
3. 矿山压力与矿山压力显现的关系
（1）直接底：直接位于煤层之下的岩层，厚数十厘 米，多为富含植物根化石的泥岩和泥质页岩。由于这种 岩石遇水后膨胀，容易引起底鼓现象，可造成运输线路 或巷道支架的破坏。 （2）老底：位于直接底之下，常为厚层状砂砾岩或石 灰岩。 煤层顶、底板的发育程度受当时沉积作用和后期构 造运动的影响，因此不同地区的煤层顶底板性质及发育 程度不同，有的煤层顶底板发育完好，几种类型的顶底 板都有，有的煤层缺少某种类型的顶板或底板。
• 液压支架按照支架的支撑特点和结构特 点分为 • 1）支撑式 • 2）掩护式 • 3）支撑掩护式
（四）特殊条件下采煤工作面顶板控制
• 1采煤工作面初采时的顶板控制 • 2采煤工作面过旧巷时的安全措施 • 3采煤工作面过小地质构造时的安全措 施 • 4采煤工作面收尾时预防冒顶的安全措 施
第三节 顶板事故的致因及防治
• 2）.初次来压及来压时的安全措施
• （1）加强来压的预测预报，掌握老顶初次来 压步距； • （2）适当缩小控顶距； • （3）提高支护质量，增加初撑力和增加和支 架稳定性； • （4）对某些特别坚硬顶板，采用深孔爆破强 迫放顶。 • （5）一般可以采用木垛、斜撑等特种支架。
顶板分类与底板特征
5.1 顶板分类与底板特征5.5.1 采场矿山压力控制的概念为了保证回采工作面的正常生产和人员安全，必须对工作面矿山压力加以控制。
控制回采工作面的矿山压力显现主要是控制老顶的活动规律，工作面支护的直接对象是直接顶岩层，通过直接顶间接地对老顶的活动起一定的控制作用。
采空区处理的具体措施则对老顶的活动有着明显的影响。
对于全部冒落法处理采空区：“ 煤壁－支架－采空区已冒落的矸石 ”构成对采场上覆岩层的支撑体系。
一定的条件下，上述支撑体系的支撑性能将主要取决于支架的支撑特性，即主要取决于支架的支撑力与支架可缩量的关系特征。
而采场支架并不是孤立存在的，而是处在一个由围岩组成的系统中：“老顶－直接顶－支架－底板”。
由于采场支撑体系（小结构）必须与开采后形成的上覆岩层大结构相适应，采场支架必须具备下列两个特性：① 必须具备一定的可缩量；② 必须具备一定的支撑性能,即一定的支撑阻力。
采场围岩：直接顶、老顶、直接底岩层。
这三者对采场矿压显现及支护方式的选择有着显著的影响。
因而需对三者加以分类。
5.1.2 对直接顶的分类直接顶是支架直接维护的对象，支架通过它对老顶进行控制。
直接顶的完整程度直接影响工作面安全和支护方式的选择。
直接顶的完整程度取决于两个因素：一个是岩层本身的力学性质，另一个是直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育情况。
① 岩层的力学性质：抗拉、抗压强度，弹模等结合我国的实际情况，曾将直接顶按稳定性分为三种状态。
一是破碎的顶板，如页岩、再生顶板及煤层顶板等。
这种顶板，回采时若护顶不及时，很易造成局部冒顶。
其次是中等稳定顶板，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。
还有一种是完整顶板，这种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。
②岩层内节理裂隙的发育情况：原生裂隙：岩层在形成过程中由于温度、矿物结晶及沉积的作用而形成的弱面，从一定意义上讲，层与层之间的层面也应属于这一类。
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上方悬露一段时间，当达到一定悬露面积之后才垮落一次，通
常由砂岩、砾岩、石灰等坚硬岩石组成。
老顶来压强度分级
分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
初次和周期来压 不明显
明显
强烈
极强烈
指标
N＞3～5 0.3＜N≤3～5 Ⅲ a
L=25～50
Ⅲb
0.3＜N≤3～5 L＞50 N≤0.3
L=25～50
N≤0.3 L＞50
N：直接顶与采高的比值，表示采空区冒落矸石的自行充填能力； L：老顶初次来压步距，反映老顶岩石的强度特性，m。
煤层顶底板概念与分类
煤层顶底板概念
煤层的顶底板是指煤层中位于煤层上下一定距离内 的岩层。
顶板：赋存在煤层之上、在煤层之后形成的岩层 底板：赋存在煤层之下、先于煤层生成的邻近岩
层
煤层顶底板概念与分类
煤层顶板分类
由煤层依次向上，煤层顶板划分为伪顶、直接顶和老顶三部分：
伪 顶：直接覆盖在煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮 落，厚度不大，一般在0.5m以下，岩性多为炭质页岩。
直接顶初次跨落步距l：工作面从开切眼开始推进，随着采空区跨度增加至顶板岩层不能 自稳，直接顶将发生初次跨落，这时工作面推进的距离，称之为直接顶初次跨落步距。
煤层顶底板概念与分类
煤层顶板分类
老顶：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） (基本顶) 的厚而坚硬的岩层。一般在长时间内不易自行垮落，在采空区
直接顶：直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上，具有一定的 稳定性，常随着采煤工作面移架或回柱工序的完成而 自行垮落的岩层。厚度一般可达几米，岩性多为较易 垮落的泥岩、页岩、粉砂岩等。
直接顶按稳定性可分为：
不稳定顶板，中等稳定顶板，稳定顶板，坚硬顶板。
煤层顶底板概念与分类
煤层直接顶分类
类别
1
2
不稳定 中等稳 顶 板 定顶板
煤层顶底板概念与分类
煤层底板分类
由煤层向下，煤层底板分为伪底、直接底和老底三部分： 伪 底：直接位于煤层之下的薄而软弱的岩层，岩性多为
炭质页岩或泥岩，厚度不大。 直接底：位于煤层之下与煤层直接接触的硬度较低的岩层，
一般无明显的层理，直接底的厚度一般不大，常 见的几十厘米，通常为泥岩、页岩或粘土岩。若 直接底为粘土岩，遇水后则会发生膨胀，造成巷 道底板隆起现象，轻者影响巷道运输与支护，重 者可使巷道遭受严重破坏。 老 底：位于直接底之下的比较坚硬的岩层，常为粉砂岩、 砂岩和石灰岩等。
3 稳定顶板
主要指标 强度指数D
≤30 31～70 71～120
参考指标 直接顶初次
≤8
跨落步距l(m)
9～18 19～25
4
坚硬顶板
＞120 ＞25
无直接顶,岩层 厚度在2～5m以 上,σ ＞60～ 80MPa,l和h ＞ 1m的整体岩层, 即老顶
强度系数D： 反映直接顶稳定性,D=C1·C2·σ 式中，C1：节理裂隙影响系数；C2:分层厚度影响系数； σ：岩石单向抗 压强度，MPa。
煤层顶底板概念与分类
注意： 并不是所有煤层的顶底板都是由这三部分组成，
可能在煤系沉积过程中，受沉积环境变化的影响， 会出现有的煤层的顶底板发育不全，有的煤层可 能缺失某一个或几个顶底板组成部分的岩层。例 如山西大同等地的侏罗纪煤层的顶板就只出现老 顶。
煤层顶底板概念与分类
煤层顶板分类
顶板分为坚硬难冒顶板、破碎顶板和复合型顶板: 坚硬难冒顶板：是指直接顶岩层比较完整、坚硬（固），
回柱后不能立即垮落的顶板。一般为砂岩 、砾岩和石灰岩。 破碎顶板：指的岩层的强度低、节理裂隙十分发育、整体 性差，自稳能力低，并在工作面控顶区范围内 维护困难的顶板。 复合型顶板: 一般把煤层顶板由泥岩、页岩、粉砂岩及煤 等煤岩互层组成的称为复合顶板。复合顶板 一般层理、节理、裂隙发育，易离层，抗弯 能力差，性脆易冒，极难管理。