顶板

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。如果直接顶的厚度比较小，冒落的岩石就不能填满采空区，直接顶上面的老顶就悬露在采空区上/随着工作面向前推进，老顶悬露面积不断扩大，到一定距离，就断裂下沉而垮落，这时使工作面顶板压力突然增大，形成了老顶来压。 一个新工作面从开切眼向前推进，老顶第一次大面积垮落叫初次垮落，初次垮落造成的工作面压力突然增大，就是初次来压。工作面继续向前推进，经过一定时间，达到一定距离时，老顶来压又重复出现，就是工作面顶板的周期来压。周期来压时，工作面的顶板压力和顶板下沉量比平时要大30%到40%，如果不掌握周期来压的规律，预先采取有效措施，加强工作面支护，就会发生大冒顶。

第二课 顶板管理有方法 木头顶子离不开 根据顶板的性质和煤层的厚度条件，处理采空区的办法（也就是顶板的管理方法）基本上有以下四种： 垮落法 也叫陷落法，就是随着工作面的向前推进，把工作面靠近采空区的支架撤出，让直接顶自行垮咯或者强制垮落，也就是我们常说的回柱放顶。垮落下来的岩块充填了采空区，减小了工作面顶板压力。工作面沿推进方向一次放顶的宽度叫放顶距；放顶前工作面沿推进的最大宽度叫最大控顶距；放顶后沿推进方向的宽度叫最小控顶距。我国大多数煤矿的回采工作面采用了垮落法。 充填法 由地面或井下把充填材料运送到工作面，充填采空区支撑顶板，不让它垮落。把采空区全米那填满的叫全部充填法，多用于2开采后2煤层或“三下”采煤，局部充填采空区叫局部充填法，一般是垒砌矸石带，支撑采空区顶板，适用于开采顶板坚硬的薄煤层。 煤柱支撑法 工作面推进一定距离后，在采空区内留下适当宽度的煤柱来支撑顶板。这种方法适用于顶板岩石特别坚硬、人工强制放顶也很难垮落的顶板条件。不过这种方法很少用，因为一方面煤炭回收率低，另一方面卡才近距离煤层群时，当下部煤层的工作面通过上部煤层留下煤柱时会产生集中压力，给工作面顶板管理造成极大困难。 缓慢下沉法 有一种顶板岩层韧性较大，回柱后顶板岩层不垮落，而能弯曲下沉，直到于底板自然合拢。 这种方法适用于薄煤层工作面。 巷道里的支架不但受底板的作用，还受两帮岩石的作用。因此掘进巷道时就要根据不同情况合理选用合理的支架。木支架的形式多：有双腿棚子，如常用的梯形、矩形棚子；，完全棚子，多用于容易底鼓的巷道；加强棚子，当顶底板或两帮压力增大和变化时采用；异性棚子，根据不同的顶板或地质条件而采用的不规则的结构形式。随着钢筋混凝土和金属支架的出现及支护技术的发展，现在掘进巷道很少使用木支架了。 采煤工作面木支架的形式有；顶板坚硬、完整时用点柱，为了增加托板面积有时戴上柱帽；顶板压力大、或有平行工作面的裂缝时用横板棚子；顶板压力较小，或有垂直于工作面的裂缝时用横板棚子；在压力特别大的地方，一般用木垛或丛柱；在放顶线为了切顶和挡住垮落的矸石时，用密集支柱。 木支架有其优点，顶压大时它会折断和发出劈裂声，可以给工人一个警戒的信号。但它也有不少缺点，主要是靠煤壁刚架设时的初撑力较小，有的人说它在等劲，这时，支柱阻止顶板下沉的作用不大，容易使顶板早期脱层、破坏；另外它是一种刚性支柱，可缩量仅为0.5%到1.0%，顶板下沉后往往因为它的可缩性不够而压劈压断，失去了支撑顶板的作用，容易造成冒顶。据统计，使用木支架比可缩性金属支架事故高10倍多，木材支护因有就地取材、便于运输和加工的特点，目前还在广泛使用。在采煤工作面处理冒顶，维修上下顺槽，以及顶板来压时打木垛、做信号柱子等特殊情况仍在使用。

第三课 掌握单体金属柱 用好单体液压柱 单体金属支架包括摩擦式支柱和铰接顶梁。金属支柱有两种型号：急增阻式支柱的可缩量小（50到120 毫米），最小工作阻力为250到350 千牛，适用于顶板平稳、下沉量较小的薄煤层工作面；微增阻式支柱的最大工作阻力为350千牛，可缩量较大（400毫米）。可用在顶板下沉量较大的工作面，铰接顶梁对起伏不平的顶板和金属网假顶的适应性较差。 回采工作面的金属支架，大豆不是垂直顶底板架设的。在缓倾斜和倾斜煤层中的支架，不但要承受顶板岩层的垂直压力，还要承受岩层沿倾斜方向产生的下滑力，所以支架要有迎山角才能吃劲。在缓斜工作面，一般打成3到5度的迎山角。为了提高摩擦支柱的初撑力，达到有效支护的目的，架设支柱时，一定要用液压升柱器。 金属支架主要有三种支护形式：戴帽点柱对支护不平整顶板的适应性强，适用于坚硬顶板，但不能在比较破碎的顶板下使用。摩擦支柱与铰接顶梁配合使用，形成一梁二柱或一梁三柱的支架，适用于顶板比较破碎或有局部小地质构造的工作面。摩擦支柱与铰接顶梁也可组成悬臂支架，就是在放炮或割煤以后立即挂梁，梁下先不打支柱，形成一定长度的正悬臂，支护新暴露出的顶板，这样可以减少顶板初期下沉，对破碎顶板的管理非常有利。工人在悬臂下采煤，不致被顶板掉下来的碎石砸伤；特别是在回收支柱时，还可以利用顶梁做悬臂支护，使工人回柱更安全。 利用液体压力产生工作阻力的单根可缩性支柱，就是单体液压支柱。这种支柱是圆柱形柱体，由液压控制升降。分内注液式和外注式两种。单体液压支柱的初撑力大，可达摩擦金属支柱的3到10倍，支柱承载力均匀。所以顶板下沉量仅是摩擦支柱的三分之一左右，顶板很少发生台阶式下沉现象。因为靠液压系统控制，支、回速度快，一般比摩擦支柱快一倍左右，保证了工人的安全。据统计，使用这种支柱冒顶事故少，伤亡事故减少一半以上，单体亿万压支柱适用于缓倾斜煤层、顶板中等稳定、采高3米以下的普、炮采工作面的顶板支护，工作面两巷的超前支护以及综采工作面的端头支护。 采用单体液压支柱，必须有相应的安全技术措施。首先，要摸清工作面地质情况，搞好顶板压力观测；根据液压支柱性能，选择合理的支护密度，既要有效地控制顶板，又要防止支柱受压超限而损坏。使用前，对每根支柱要进行质检、技术性能的检查，符合使用标准才能下井。为了保护好支柱，不要用大锤等金属物敲打。为防止柱内工作液体流失，存放时支柱要保持站立状态。工作面倾角大时，架设支柱要在底板挖好柱窝，支柱要迎山有劲，支柱顶3与顶梁接触要严密。在支护过程中，如果发现自动卸载降柱、柱体有明显变形、活柱下缩到底形成死柱等情形，必须立即升井修理。只有这样做，才能保证支柱有良好的工作性能，有效地支护顶板。

第四课 切顶支柱是“特种兵” 自移支架是“大力士” 液压切顶支柱是由大工作阻力的液压支柱与推移千斤顶组成，也有人把它叫做切顶墩柱的，是我国近年来使用的一种新型特种支柱。 液压切顶支柱可用于普才和炮采工作面，是放顶和推移输送机的专用支护设备。它布置在回采工作面切顶线单体支柱（液压支柱或摩擦支柱）之间，代替以往的戗棚、木垛、丛柱、密集支柱等各种特种支架，加强工作面放顶线的支撑力，切断采空区的悬顶，减轻工作面顶板压力；它的千斤顶可以代替液压移溜器，用于推移工作面输送机。液压切顶支柱的型号有单伸缩单柱式的QD型、单伸缩双柱式的SJ型和双伸缩单柱式的ZQS型等类型。 工作面装备液压切顶支柱好处很多：它的工作阻力是大体液压支柱的3倍，是摩擦式金属支柱的6倍以上，因而能有效的支护顶板，用了它工作面基本支护承受的顶板压力明显降低，可适当减少数量；它的底座大，对底板的比压小，不易压入底板，可在软底工作面使用；工作面放顶时，单体支柱的回收是在切顶支柱保护下进行的叫少了顶板事故，保证了回柱的安全；特别是它推移输送机力量大，工人可以不再进入机（炮）道扫浮煤，也不必打临时支柱，减少了顶板和片帮片落伤人事故。此外，它与自移式液压支架比较，能更好地适应煤层地质条件变化，安装、拆卸也比较方便。 切顶主适用于缓倾斜煤层、顶板中等稳定、顶底板比较平整、采高2.5米以下的回采工作面。为了有效控制顶板，应积极采用。 把支柱和顶梁连成整体，加上底座，以高压液体为动力来升降和推移，就形成了自移式掖压支架。它能完成支撑、放顶、移架、推移输送机等一整套工序。根据它对顶板的支护作用，可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三种类型。 支撑式支架又分为垛式和节式两种。支护的数目有两柱、三柱、四柱、五柱、六柱等，它依靠支柱较大的支撑能力，使采空区内的顶板岩石切断垮落，支护工作空间。支撑式支架适用于顶板坚硬完整、周期压力明显或强烈，底板也比较坚硬的采煤工作面。 支撑掩护式支架是以支撑为主但又有掩护作用的支架。它既能切断顶板，又能挡矸，兼有支撑式支架的优点。适用于顶板中等稳定或稳定、周期压力较明显，底板中等的工作面。 工人把液压支架叫做“钢铁长廊”，它具有结构强度高、支护性能好、移设速度快、安全可靠等优点，在这种支架下采煤，顶板事故大大减少。自移式液压支架与采煤机、可弯曲刮板输送机配套使用，就叫做综合机械化采煤。