D1004综采工作面顶板压力计算方法
煤矿开采工作面及巷道顶板压力分析与处理
煤矿开采工作面及巷道顶板压力分析与处理【摘要】本文针对煤矿开采中工作面及巷道顶板压力显现规律主要以动压的形式分析其产生的类型、原因等，并且对个类型进行分析给出处理意见，最后结合淮南煤矿经验给出一些支护参数的选择。
【关键字】采煤；工作面；顶板；压力；分析与处理引言矿产业为人类的生产和生活提供重要的原材料来源，是新世纪中可持续发展的产业。
煤矿开采一直都在进行中，其中顶板压力问题一直是困扰大家的一个课题，每个煤矿的顶板管理都与顶板压力有直接的关系。
所谓的煤矿动压现象就是指煤矿井下进行开采过程中，积聚大量弹性能的煤、岩体在高应力状态下突然冒落或抛出，释放巨大的能量，产生声响、震动、气浪等显著的动力效应。
由于它具有突发的特点，因而容易造成煤矿开采过程中的严重灾难。
煤矿动压现象的两种具体表现形式就是回采工作面和采区巷道顶板压力现象。
下面对采煤工作面顶板压力现象进行分析并且给出处理建议。
1 回采工作面和采区巷道顶板动压力现象成因及主要类型煤矿回采工作面和采区巷道顶板压力主要分为静压现象和动压现象两种类型，本文主要探讨的是动压现象。
综合成因、表现形式及形成机理几个方面可以将煤矿的动压分为冲击矿压、煤及瓦斯突然喷出和顶板大面积来压三类。
（1）冲击矿压是指在高应力作用下煤或岩体聚集了大量的弹性变形能，采掘工程接近该处时，由于部分岩体接近极限平衡状态，再加之爆破等诱发因素，导致力学系统的平衡突然的破坏，瞬时发生煤岩体脆性破坏，突然释放积聚的弹性变形能，产生声响、冲击波，大量煤或岩块等被抛出的动压现象。
（2）煤和瓦斯突然喷出是由于高应力作用下积聚能量和富含瓦斯的承压作用的结果，当开采工作接近时，由于各种诱发因素的作用，致使弹性变形能和承压瓦斯的释放，形成煤和瓦斯的喷出。
（3）顶板的大面积来压是指当顶板下部的暴露面积由于煤体的采空达到一定限度时，在自重的作用下，弯曲应力超过极限应力导致顶板裂缝延伸到贯穿该岩层时，产生的顶板大面积突然塌落的现象。
综采工作面顶板压力分析及有效控制措施
综采工作面顶板压力分析及有效控制措施摘要：在大多数情况下，矿山压力会对煤矿的开采造成难以估量的损失，它存在于采动空间的周围岩体中。
但是由于矿山压力也有其存在的客观性，它是不可预防和和阻止的。
所以对矿山压力的研究显得尤为必要，本文主要阐述了综采工作面顶板压力控制的措施，确保煤矿开采安全。
关键词：综采工作面；顶板压力；冒顶；控制措施1.引言综采工作面顶板压力事故的发生，很大程度上是顶板压力控制失衡，造成冲击矿压现象、瓦斯涌出现象，造成了较为严重的安全事故。
因此，为更好地创设良好的安全环境，确保矿工的生命财产安全，应强化对综采面顶板压力的科学控制。
从各项工作的有效落实入手，从科学发展着眼，全面贯彻落实各项工作规范及要求，实现综采工作面科学管理。
2.综采工作面顶板事故的原因在煤矿开采中，综采工作面顶板安全事故的发生，会对煤矿施工作业造成严重的损坏。
从实际来看，综采工作面顶板事故主要有两个原因所致：一是采矿工作面的地质条件。
由于工作面处于“断层”或“破碎层”，开采施工的地质条件比较恶劣，进而造成岩体崩塌等事故的发生；二是采矿的工作方式。
不同回采工序，会导致不同类型的顶板事故。
2.1 地质条件复杂在煤矿开采中，由于地质条件复杂，极易造成综采工作面事故的发生。
特别是在断层、破碎带的施工中，地质条件的复杂性、脆弱性，增加了事故发生的可能性。
特别是断层破碎带，在破碎带的地质环境之下，一系列施工操作，都会对岩石造成影响，导致岩石出现结构性改变，随着综采工作面的不断推进，层面出现一定程度移动之时，极易发生顶板事故。
2.2 采煤工作方式不当科学合理的采煤工作方式，也是确保工作面顶板压力有效控制的关键。
但从实际来看，采煤作业中，冒顶问题时有发生。
例如，煤壁没有支护空间的情况下，采煤机在割煤以及爆破落煤后需要立即进行支护，如果支护不及时就会导致输送机的机头机尾以及替换支护时工作面的两端，回柱放顶时出现“冒顶”。
3.综采工作面顶板压力现象煤矿开采作业中，实现对综采工作面顶板压力的有效控制，是确保煤炭开采安全的关键所在。
顶板压力计算
顶板管理：1、工作面顶板管理：采用木柱联合工作面煤柱支护。
2、垮落步距计算：：21/28.355cos 5.2)135.1/(8.0cos )1/(m t kp h Pt =⨯⨯-=⨯⨯-=αγ由于采仰斜短壁后退式开采，采后空间由木柱联合工作面煤柱支护，可按固定梁计算，直接顶抗拉强度按R t =7.0Mpa 计算，则初次垮落步距： m qco R h L t 6.1857.0045.0728.0s 21=⨯⨯⨯==α＞13m （回采最大控顶宽度）不会直接顶发生顶板垮落。
Q=γ×r=0.025×0.8=0.02直接顶发生顶板垮落。
二、顶板压力计算：（经过矿压观测的可用观测数据）1、采用经验公式计算：Pt = h/(kp-1)×γ×cos α= 0.8/（1.35-1）×2.5×cos55°=3.28 t/m 2式中：Pt —每平方米所承受顶板压力 （t/m 2）；h —煤层厚度 （取最大值1m ） （m ）kp — 碎胀系数， 取1.35γ— 顶板岩石重力密度，t/m 3， 可取2.5t/m 3α— 煤层倾角 (° )2、木柱直径选择D =（1.1～1.25）80=（1.1～1.25）80=9.8～11.2（cm）D取12cm式中：D—木柱直径（cm）；L—木柱长度（cm）。
3、木支柱实际支撑力计算（1）木支柱理论支撑力计算R≥fc×AR≥0.143×3.14×62R≥16.1t/根式中：R—每根木柱理论支撑力（t/根）fc—0.143 (t/cm2) （按柞木、桦木TB15等级选取）A—木柱截面积(㎝2)；（2）木支柱修正计算公式Rt=Kg×Kz×Kb×Kh×Ka×R=0.6×0.7×0.7×1.0×0.80×16.1=3.78t/根式中：R—支柱额定工作阻力，（t/根）；Rt—支柱实际支撑力，（t/根）；Kg—工作阻力影响系数，取0.6Kz—增阻系数，取0.7Kb—不均匀系数，取0.7Kh—采高系数，取1.0Ka—倾角系数，取0.80（3）工作面合理支柱密度计算：n = Pt/Rt =3.28/3.78=0.0.867根/m2式中：n—支柱密度，根/m2Rt—支柱实际支撑能力，（t/根）。
顶板压力是什么 压力有初次和周期
顶板压力是什么压力有初次和周期第三讲顶板第一课顶板压力是什么压力有初次和周期在掘进巷道之前，地下的岩层或煤层是实体的，上部岩层的重量压在下部岩层上，处于平衡状态。
这时岩体不变形，也不会移动。
我们在煤层或岩层中掘进一条巷道后，巷道顶部的岩层就要往下落，这个顶部岩层的重量就压在巷道的两帮上（叫做支撑压力），就像盖房子用的水泥预制板搭在两堵墙上一样。
如果巷道断面小，而顶板岩层又坚硬，这个“预制板”（顶板）一时还不会垮落；如果巷道断面大，顶板岩层比较松软、层理又明显，这个“预制板”就会发生离层和弯曲下沉，有的人叫“顶板有劲”了；要是不用支架或其他办法支护住，最后就要断裂、破坏、冒落下来。
这种由于进行采掘活动而在巷道及回采工作面周围岩体中，以及在支架上所引起的力，叫做“矿山压力”，人们习惯叫顶板压力。
掘出的巷道如果不支护，顶板就要冒落，冒顶会不会越冒越高呢？在回答这个问题之前，我们先来看看有些农村的窑洞吧。
在黄土高原土质致密的地方，人们往往在向阳坡掏成半圆顶窑洞居住，窑洞里不支护，上面的黄土层多少年也不会塌落，井下巷道也是这样，当顶板冒成拱的形状，就自然平衡不再往高处冒了，形成了自然的平衡拱。
这时顶板的压力通过圆拱传递到巷道的两帮上，就好像一座石拱桥，桥上的物体重量是由两边桥基来承担一样。
这个拱可以保持比较长时间的稳定，因此巷道支架所承受的压力，主要是拱内破碎岩石的重量。
这种情况在煤炭科学理论上叫做自然平衡拱假说。
回采工作面采空区压力大，顶板压力比掘进巷道复杂。
现在我们用缓倾斜单一煤层走向长壁全部垮落法采煤的工作面作个例子来说明。
回采工作面由开切眼向前推进采煤。
煤壁前方的支承压力区也跟着向前移动。
随着工作面推进，靠采空区的支柱要顺序一排排回掉，直接顶就会自己垮落。
如果直接顶比较厚，冒落的岩石可以填满采空区，老顶和老顶上面的岩层出现一定的弯曲便沉落在压实的碎矸上，形成了工作面后方的支承压力区。
按照前面说的拱形理论，因为压力向前工作面前后传递，所以工作面及靠近的一部分采空区就成了减压区，顶板的压力显得比较缓和、均匀。
浅析综采工作面顶板压力控制策略
浅析综采工作面顶板压力控制策略作者：李占臣来源：《中国科技博览》2018年第32期[摘要]综采工作面以及采区巷道一直是采矿企业煤矿作业规程的重要组成部分。
文章分析了综采工作面顶板事故的原因，以及顶板压力现象，并在此基础之上，从观测顶板压力值范围、开展顶板来压预报工作、落实瓦斯治理工作等方面，阐述了综采工作面顶板压力控制的措施，确保煤矿开采安全。
[关键词]综采工作面；顶板压力；控制中图分类号：YU52.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0092-011.引言从实际来看，综采工作面顶板压力事故的发生，很大程度上是顶板压力控制失衡，造成冲击矿压现象、瓦斯涌出现象，造成了较为严重的安全事故。
因此，为更好地创设良好的安全环境，确保矿工的生命财产安全，应强化对综采面顶板压力的科学控制。
从各项工作的有效落实入手，从科学发展着眼，全面贯彻落实各项工作规范及要求，实现综采工作面科学管理。
2.综采工作面顶板事故的原因在煤矿开采中，综采工作面顶板安全事故的发生，会对煤矿施工作业造成严重的损坏。
从实际来看，综采工作面顶板事故主要有两个原因所致：一是采矿工作面的地质条件。
由于工作面处于“断层”或“破碎层”，开采施工的地质条件比较恶劣，进而造成岩体崩塌等事故的发生；二是采矿的工作方式。
不同回采工序，会导致不同类型的顶板事故。
2.1 地质条件：工作面地质条件不佳，造成崩塌等事故在煤矿开采中，由于地质环境不佳，极易造成综采工作面事故的发生。
特别是在断层、破碎带的施工中，地质条件的复杂性、脆弱性，增加了事故发生的可能性。
（1）破碎带。
在破碎带的地质环境之下，一系列施工操作，都会对岩石造成影响，导致岩石出现结构性改变，随着综采工作面的不断推进，层面出现一定程度移动之时，极易发生崩塌事故；（2）断层环境中，顶板安全防护工作面临困难，顶板压力难以有效控制。
断层泥与水接触之后，便会形成“软化”，综采工作面顶板压力难以构建，工作面的稳定性下降。
采煤工作面坚硬顶板控制技术
坚硬顶板控制技术普通综采工作面强制放顶技术一、工作面概况和煤层顶板情况1、工作面概况2、煤层顶板及水文情况3、工作面参数二、顶板处理方法我们把回采中的顶部处理分为两个部分，第一部分当工作面推进到20米左右直接顶不塌落或塌落高度达不到要求时进行初次放顶。
初次放顶后随着工作面的推进，顶板可能出现下列三种情况：第一种情况为随采随自，这是最理想的；第二种情况为部分地段顶板不塌落或塌落高度不够，可采取局部人工强制放顶；第三种情况是直接顶的厚度小于4米，需对老顶进行放顶处理。
（一）、初次放顶1、钻机的选择：钻机的类型：全液压钻机：石家庄煤机厂制造的TXU-75型、西安煤科院制造的MK系列、石家庄万达制造的ZYJ269／168架柱式液压回转钻机等。
风动钻机：宣华制造的QZJ-100b岩石电钻：烙阳和石家庄中煤生产的2KW、3KW、6KW等。
特别坚硬的顶板（如砾岩）用风动钻机，一般性的顶板f值小于12的用全液压钻机，比较方便用石家庄万达制造的ZYJ269／168架柱式液压回转钻机。
全液压钻机和风动钻机一般都是打深孔的，打浅孔可用岩石电钻，一般不超过8m。
2、爆破器材的选择：根据矿瓦斯情况而定：《煤矿安全规程》第七章第三节第三百一十九条规定，井下爆破作业，必须使用煤矿许用炸药。
煤矿许用炸药的选用应遵守下列规定：(1)、低瓦斯矿井的岩石掘进工作面必须使用安全等级不低于一级的煤矿许用炸药。
(2)、低瓦斯矿井的煤层采掘工作面、半煤岩掘进工作面必须使用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药。
(3)、高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药。
有煤(岩)与瓦斯突出危险的工作面，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。
(4)、在采掘工作面中，不得使用导爆管或普通导爆索。
顶板是否有淋水，有则应选择抗水炸药。
炸药的爆炸性能主要有2个指标：炸药的威力：系指其所具有的总能量。
在理论上可用炸药的作功能力近视地表示炸药的威力。
综采工作面压力顶板分析报告
综采工作面压力顶板分析报告第一篇：综采工作面压力顶板分析报告双柳煤矿综采工作面顶板压力分析报告在煤层开采过程中，采煤工作面处在岩层之中，为了保持采煤工作面的最小合理空间，必须对采煤工作面进行支护，并对采空区进行处理。
目前，双柳矿正在回采（3+4）#煤层，该煤层为山西组下段顶部煤层，根据勘探资料显示，煤层厚度在3.5—4.25米之间，平均4.0米，主要回采工作面有23420、33406两个工作面，23420综采工作面平均采高3.4米，33406综采工作面平均采高3.56米。
二采区顶板直接顶为泥岩、泥页岩，较为破碎，三采区顶板为砂质泥岩，黑灰色泥岩，半坚硬。
作为双柳矿目前正在回采的两大采区，工作面布置密集，准备时间合理，所以顶板相对稳定，工作面采用全部跨落法管理顶板，支撑掩护式支架支护顶板，随着工作面推进，每循环一次，落山跨落一次。
除遇特殊地质构造，正常回采过程中不易造成顶板跨落。
双柳矿综采工作面采用单体液压支架支护顶板，23420工作面安装ZZ4000－18/38型液压支架118架，最大控顶距4.57m，最小控顶距3.97m。
33406工作面安装ZZ6000－20/42型液压支架134架，最大控顶距5.26m，最小控顶距4.66m。
工作面每个支架安设2台ZBYJ－II型耐震式综采支架工作阻力检测表，用于检测支架前后立柱初撑力及工作阻力。
观测指标有顶板下沉量、活柱下缩量、支架载荷量。
每10个支架安设1台ZDYJ—ⅡB型红外传输压力监测记录仪，用于记录工作面支架压力数据。
每3-4天用ZDYJ—Ⅱ型红外数据智能采集仪对工作面支架记录仪进行数据采集，并传输到专用电脑绘出压力折线图，根据折线图每5天进行一次压力分析报告，每月进行一次总结。
对于材运两巷的顶板离层段经常观察，随时采取措施进行处理。
对于工作面出现的顶板隐患，及时填写《顶板隐患报告单》，及时提出处理意见，现场令责任人进行整改并反馈回组队，以采取有效措施。
采煤工作面顶板压力计算及木支柱选型
采煤工作面顶板压力计算及支柱选型1、伪顶一次冒落高度计算：H＝M/（R p-1）＝0.4/（1.35-1）＝1.14m式中：H——伪顶一次冒落高度（m）M——伪顶厚度（m）R p——岩石碎胀系数取1.352、工作面顶板压力计算：P＝H×L×d×Y×2×cosa＝1.14×110×9×2.5×2×cos38°＝4447TP——工作面顶板压力2——动压系数H——伪顶一次冒落高度L——工作面长度D——工作面最大控顶距a——煤层底板倾角Y——岩石空重取2.53、每平方米理论压力计算：P理＝p/s＝4447÷（110×9）＝4.49T式中：P理——每平方米理论压力t/m2p——工作面顶板压力ts——最大控顶距时顶板总面积m24、木柱直径选择：Φ＝（8－1.5）L＝11.7取12cm式中Φ——木柱直径cm L——支柱长度cm5、木柱密度计算：工作面长110m，柱距1.0m，排距1.0m，最大控顶距时支柱根数为9根，所以工作面支柱总数为990根。
支柱密度为：W＝c/s＝990÷（110×9）＝1根/m2式中：W——支柱密度C——最大控顶距时支柱总根数S——最大控顶距时工作面总面积m26、每根支柱的支撑力：F2＝f×A＝200×113＝22.6吨/根式中：F2——每根支柱的支撑力t/根f——每平方厘米木支柱纵向支撑压力kg/cm2：松木取200 桦木取300 落叶松取400 柞木取400A——支柱截面积cm27、每平方米实际支撑力计算：22.63P实＝W×F2＝1×22.6＝22.6t/m28、安全系数校验：P实/P理＝22.6÷4.49＝5>2.59、结论：通过安全系数校验，取木柱间距、排距为1.0m合理。
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山西吕梁襄矿环能国鼎煤业有限公司100102综采工作面顶板压力计算方法
技术科
2010-05-21
100102综采工作面顶板压力计算方法本矿100102工作面采用ZF2800/16/24型液压支架管理顶板，每架支架上安设一台YHY60（A）型矿用本安数字压力计（量程0—60Mpa）进行计量。
为了进一步更好的利用压力计了解支架顶梁所承岩石质量，特出D1004采煤工作面支架选型依据及顶板压力计算方法：
一、支架选型依据：
1、依岩石重量法推算综采工作面支架设计支护强度W Z：
Wz=H岩×r×K=17.6×25×1.2＝528KN/m3＝0.528MPa
取Wz=0.53MPa
式中：H岩—上覆岩层厚度（m）按8倍采高考虑
即:2.2×8=17.6m
r—岩石平均容重取25KN/m3
K—老顶动载系数取1.2
2、底板比压验算
泥岩底板允许比压为8.35MPa,而中间架和过渡架设计底板比压平均值为0.85MPa，显然工作面底板允许比压大于支架设计底板比压，故支架不会发生钻底现象。
3、依综采工作面支架支护强度确定支架工作阻力
F=Wz×S=0.53×3.658=1939KN
式中： F—支架工作阻力KN
Wz—支架支护强度（MPa）
S—支架支护面积1.18×3.1=3.658m2
ZF2800/16/24型液压支架工作阻力F=2800KN
∵2800KN＞1939KN
∴所选支架的工作阻力符合要求。
D1004工作面液压支架主要技术参数
二、顶板压力计算方法理论依据：
P=F/S ①
P—数字压力计所显示的压强值Pa
F—支架立柱上部所承载岩石的重量N
S—支架立柱的缸径0.02m2
F=mg ②
g—重力加速度，取10m/s2
由①、②得： P·S=mg
即：m= P·S/g
得 m=0.002P（注：式中各量单位均为国际单位制）
当支架压力表显示24Mpa时
m=0.002×24×106
得：m=48000Kg=48t
以上算出每个立柱所承载的岩石重量，所以支架所承岩石的重量为：m1=4×48=192t
同理：当支架压力表显示25Mpa时
得m2=200t
附：支架压力表与支架上方所承岩石重量及质量对照表
技术科2010-5-21。