地質常識及巖層控制吳國輝徐州能源工業學校地質常識及巖層控制引言

學員們：煤炭資源大多數埋藏在地下，采掘過程非常復雜，是一項綜合性很強的工程。煤礦井下存在頂板、瓦斯、水、火、粉塵等自然災害，要從事這一職業，必須具備很強的專業技術知識、安全管理知識和從事這一職業的決心、毅力。本節通過對巖層及巖層控制的分析介紹以解決井下頂板的問題，保障采掘空間的安全。引言學員們：本課程是頂板控制的基礎知識，是采場支護設計的基礎，也是理解采礦設計原理和形成采礦新方法、新技術的理論基礎。本課程既具有理論性，又具有較強的實踐性，是培養創新思維和實踐能力的重要課程。本課程授課時間為2學時。

課程性質本課程是頂板控制的基礎知識，是采場支護設計的基礎，也是理解課程內容巖層的概念。巖層控制的基本情況采掘現場運用及案例分析課程內容巖層的概念。巖石分類：1．巖石成因：巖漿巖、沉積巖、變質巖2．顆粒結合特征：固結性、粘結性、散粒狀、流動性3．強度和堅實性：堅硬巖石、松軟巖石一巖石的基本概念巖石：組成地殼的基本物質，由各種造巖礦物或巖屑在地質作用下按一定規律組合成的巖塊。巖石分類：一巖石的基本概念巖石：組成地殼的基本物質，由

巖塊巖塊巖體巖體地質構造地質構造巖層及頂板控制課件一、巖石的質量指標1．巖石密度和體積力2．巖石相對密度二、巖石體積指標1．巖石孔隙性2．巖石碎脹性和壓實性二巖石的基本物理性質

一、巖石的質量指標二巖石的基本物理性質三巖層頂板控制概述基本概念原巖體地下巖體在受到人類工程活動影響前稱為原巖體,原巖體在地殼內各種力的作用下處于平衡狀態。礦山壓力由于在地下進行采掘活動而在井巷、硐室及回采工作面周圍煤、巖體中和支護物上所引起的力，就叫做礦山壓力三巖層頂板控制概述基本概念1、基本頂；2、直接頂；3、偽頂；4、煤層；5、底板巖層煤層頂底板巖層煤層頂底板巖層的構成1、基本頂；2、直接頂；3、偽頂；4、煤層；5、底板巖層煤層1、保證安全生產2、生態環境保護3、減少資源損失4、改善開采技術5

、提高經濟效益

巖層及頂板控制的作用煤礦開采設計、生產管理、科學研究的基礎1、保證安全生產巖層及頂板控制的作用煤礦開采設計、生產管頂板下沉與支架承載頂底板移近兩幫鼓出冒頂、片幫礦壓顯現的形式頂板下沉與支架承載頂底板移近兩幫鼓出冒頂、片幫礦壓顯現礦山壓力顯現圍巖運動支架受力兩幫運動頂板運動底板運動載荷增減支架壓折支架變形概念？采動后表現出的礦山壓力現象礦山壓力顯現圍支兩頂底載支支概念？采動后表現出的礦山壓力現象

礦山壓力的來源礦山壓力根源？采動前的原巖應力隨采深的增加而增加是不確切的來源？1.巖層重力2.構造運動作用力3巖體膨脹作用力各點主應力的大小、方向、垂直應力與水平應力之間的比值等決定了采動后圍巖應力重新分布的規律礦山壓力的來源礦山壓力根源？采動前的原巖礦壓顯現對巷道的影響礦壓顯現對巷道的影響原巖應力重新分布掘進過程支護不及時支架強度不足頂板事故支架不適應圍巖的變形與破壞類型變形的時間效應圍巖破壞特殊地質條件采礦及掘進活動開挖空間周邊應力集中頂板事故的發生機理原巖應力重新分布掘進過程支護不及時支架強度不足頂板事故支架不利用礦山壓力活動規律采用合理的開挖順序和過程避免頂板事故，保證采礦作業安全人工控制與支護巖層及頂板控制的過程利用礦山壓力活動規律采用合理的開挖順序和過程避免頂板事故，保斷層與褶曲擠壓與破碎帶節理、裂隙煤層傾角開采深度上部煤層殘留煤柱工作面推進速度采高與控頂距影響工作面礦山壓力顯現的基本因素斷層與褶曲擠壓與破碎帶節理、裂隙煤層傾角開采深度上部煤層殘留1950-2003年煤礦各類事故發生起數及死亡人員統計四巷道冒頂事故的致因及防治1950-2003年煤礦各類事故發生起數及死亡人員統計四

1954-1985年頂板事故死亡人數占總數的45%，其中工作面頂板事故占75%，巷道頂板事故占25%；1986-1992年頂板事故死亡人數占總數的40%，其中工作面頂板事故占66%，巷道頂板事故占34%；頂板事故總體呈下降趨勢，其中工作面頂板事故亦呈下降趨勢，而巷道頂板事故呈上升趨勢。頂板事故發展趨勢1954-1985年頂板事故死亡人數占總數的45%，其中巷道冒頂事故分類1、掘進工作面冒頂2、巷道交叉處冒頂3、支架支護巷道冒頂4、錨桿支護巷道冒頂巷道冒頂事故分類1、掘進工作面冒頂冒頂多發地點斷層、褶曲等地質構造破壞帶層理裂隙發育的巖層中放炮不慎崩倒附近支架接頂不嚴實而導致巖塊砸壞支架掘進工作面無支護部分片幫冒頂推倒附近棚子冒頂多發地點斷層、褶曲等地質構造破壞帶預防措施（1）掘進工作面遇到斷層褶曲等地質構造破壞帶或層理裂隙發育的巖層時，棚子支護時應緊靠掘進工作面，嚴格控制空頂距。（2）嚴格執行敲幫問頂制度，嚴禁空頂作業。（3）冒頂區及破碎帶必須背嚴接實，必要時要掛金屬網防止漏空。（4）控制炮眼布置及裝藥量，防止放炮而崩倒棚子。預防措施（1）掘進工作面遇到斷層褶曲等地質構造破壞帶或進行臨時支護進行臨時支護巷道交叉處冒頂事故的原因及預防致因巷道開岔時，頂部存在與巖體失卻聯系的巖塊，開岔口新支設抬棚的強度不足，或穩定性不夠；交叉點面積大，支護力不足。巷道交叉處冒頂事故的原因及預防致因交叉點處空頂地質及技術條件煤層巷道巷道凈斷面：6.8擴大到10.5無臨時支護經過空頂作業，頂板突然冒頂原因交叉地點套修屬特殊作業，沒有制定詳細技術補充措施麻痹大意，誤認為頂板穩定先拆支架后支護交叉點處空頂地質及技術條件交叉點處空頂地質及技術條件頂底板均為巖石巷道凈斷面：6.8m*m掘進方式：炮掘支護方式：u型鋼拱形支架臨時支護背板：木板與木條2#碹已掘進9.6m，右邊3.6m已砌碹，斷面3.9m*3.6m事故發生原因及經過2#碹向前打眼掘進時局部冒頂三架支架被推倒交叉點懸頂面積大，沒有專人觀察頂板情況支架穩定性不好，臨時支護不起護頂作用交叉點處空頂地質及技術條件預防措施（1）開岔口應避開原來巷道冒頂的范圍；（2）必須在開口抬棚支設穩定后再拆除原巷道棚腿。（3）抬棚材料的質量與規格符合要求；（4）當開口處圍巖尖角被擠壓壞時，應及時采取加強抬棚穩定性的措施。預防措施（1）開岔口應避開原來巷道冒頂的范圍；支架支護巷道冒頂防治致因壓垮型：巷道壓力過大，損壞了支架，頂部已破碎的巖塊冒落；漏垮型：無支護巷道或支護失效（非壓壞），巷道頂部游離巖塊在重力作用下冒落；推垮型：巷道頂幫破碎巖石在運動過程中存在平行巷道軸線的分力，巷道支架的穩定性不夠，被推倒而冒頂。支架支護巷道冒頂防治致因支架嚴重變形破壞支架嚴重變形破壞支架穩定性差支架穩定性差工程因素影響工程因素影響替換支架時空頂空幫地質及技術條件工作面出口處煤層巷道將4.7m*m拱形支架替換為1.8*1.8m的木棚經過木棚先支三架回收第三架拱形支架時費力用錘猛擊，頂板突然冒落原因換棚前支架受力大換棚后支架頂板和兩幫不接回拱形支架時，木棚沒打中柱替換支架時空頂空幫地質及技術條件預防措施（1）巷道布置在穩定的巖體中，避免采動影響；（2）巷道支架應有足夠的支護強度；（3）巷道支架有足夠的可縮量；（4）支架施工時要嚴格按工序質量要求進行，并特別注意頂與幫的背嚴背實問題；（5）凡因支護失效而空頂的地點，重新支護時應先護頂，再施工；（6）巷道替換支架時，必須先支新支架，再拆老支架。預防措施（1）巷道布置在穩定的巖體中，避免采動影響；錨桿支護巷道冒頂防治致因巷道頂板出現離層錨桿強度不足錨桿支護巷道冒頂防治致因

距頂板2.0m處存在軟弱夾層時剪應力及頂板破壞過程

巖層結構距頂板2.0m處存在軟弱夾層時剪應力及頂板破壞過程巖層錨桿支護失效錨桿支護失效防治措施1.應用地應力為基礎的錨桿支護設計方法2.鉆孔、錨桿、樹脂卷直徑進行合理匹配3.使用高強錨桿及全長錨固4.使用小孔徑預應力錨索加強支護5.進行煤巷錨桿支護監測防治措施1.應用地應力為基礎的錨桿支護設計方法高（超高）強度錨桿支護系統左旋螺紋桿體結構，低稠度雙速錨固劑，鉆孔、桿體、樹脂卷三徑合理匹配所形成的全長錨固技術，使巷道圍巖變形量比端錨錨桿減少50%以上。高（超高）強度錨桿支護系統左旋螺紋桿體結構，低稠度雙速錨固劑測力錨桿、頂板離層指示儀測力錨桿、頂板離層指示儀頂板巖層結構探測利用錨桿鉆機鉆孔這一施工過程，每0.8m－1.0m對頂板地質情況逐一查明，由此發現易冒頂頂板冒頂隱患，從而采取必要的支護措施。本項技術是原創型的，屬于中國礦業大學獨有技術。頂板巖層結構探測利用錨桿鉆機鉆孔這一施工過程，每0.8m－1合理煤柱尺寸研究留設煤柱護巷時的基本要求盡量減少煤柱損失煤柱寬度要符合采場頂板運動規律及支承壓力分布規律煤柱寬度要有利于充分發揮先進錨桿支護技術的作用合理煤柱尺寸研究留設煤柱護巷時的基本要求煤柱破壞機理分析煤柱的幾種破壞形式影響煤柱工作狀態的因素分析錨桿加固煤柱機理(a)煤柱頂部無軟夾層(b)煤柱頂部有軟夾層(c)煤柱高1/2處有軟夾層a－切破壞，b－縱向劈裂，c－沿弱面或斷層破壞，d－煤柱壓入底板出現底臌煤柱常見的幾種破壞形式載荷大小煤柱強度的尺寸--形狀效應承載時間煤柱與圍巖的相互作用煤柱破壞機理分析(a)煤柱頂部無軟夾層(b)煤柱頂部有軟夾層頂板支護新技術——錨桿頂板支護新技術錨桿尾部斷裂的危害

錨桿尾部斷裂的危害等強金屬錨桿技術特征：錨桿整體強度提高20％延伸量由原來10mm提高到230mm使用效果：原來在變形量大的回采巷道破斷率為5~10％井下錨桿不破斷生產工藝：中頻加熱鐓頭機鐓頭切削滾絲一體機滾絲等強金屬錨桿技術特征：錨桿整體強度提高20％生產工藝：中實施效果井下錨桿不破斷原來在變形量大的回采巷道破斷率為5~10％實施效果井下錨桿不破斷可切割可切割柔性好柔性好刀柱法充填法緩慢下沉法全部垮落法采煤作業時的頂板管理方式刀柱法充填法緩慢下沉法全部垮落法采煤作業時的頂板管理方式精品課件！精品課件！精品課件！精品課件！謝謝！謝謝！地質常識及巖層控制吳國輝徐州能源工業學校地質常識及巖層控制引言

學員們：煤炭資源大多數埋藏在地下，采掘過程非常復雜，是一項綜合性很強的工程。煤礦井下存在頂板、瓦斯、水、火、粉塵等自然災害，要從事這一職業，必須具備很強的專業技術知識、安全管理知識和從事這一職業的決心、毅力。本節通過對巖層及巖層控制的分析介紹以解決井下頂板的問題，保障采掘空間的安全。引言學員們：本課程是頂板控制的基礎知識，是采場支護設計的基礎，也是理解采礦設計原理和形成采礦新方法、新技術的理論基礎。本課程既具有理論性，又具有較強的實踐性，是培養創新思維和實踐能力的重要課程。本課程授課時間為2學時。

課程性質本課程是頂板控制的基礎知識，是采場支護設計的基礎，也是理解課程內容巖層的概念。巖層控制的基本情況采掘現場運用及案例分析課程內容巖層的概念。巖石分類：1．巖石成因：巖漿巖、沉積巖、變質巖2．顆粒結合特征：固結性、粘結性、散粒狀、流動性3．強度和堅實性：堅硬巖石、松軟巖石一巖石的基本概念巖石：組成地殼的基本物質，由各種造巖礦物或巖屑在地質作用下按一定規律組合成的巖塊。巖石分類：一巖石的基本概念巖石：組成地殼的基本物質，由

巖塊巖塊巖體巖體地質構造地質構造巖層及頂板控制課件一、巖石的質量指標1．巖石密度和體積力2．巖石相對密度二、巖石體積指標1．巖石孔隙性2．巖石碎脹性和壓實性二巖石的基本物理性質

一、巖石的質量指標二巖石的基本物理性質三巖層頂板控制概述基本概念原巖體地下巖體在受到人類工程活動影響前稱為原巖體,原巖體在地殼內各種力的作用下處于平衡狀態。礦山壓力由于在地下進行采掘活動而在井巷、硐室及回采工作面周圍煤、巖體中和支護物上所引起的力，就叫做礦山壓力三巖層頂板控制概述基本概念1、基本頂；2、直接頂；3、偽頂；4、煤層；5、底板巖層煤層頂底板巖層煤層頂底板巖層的構成1、基本頂；2、直接頂；3、偽頂；4、煤層；5、底板巖層煤層1、保證安全生產2、生態環境保護3、減少資源損失4、改善開采技術5

、提高經濟效益

巖層及頂板控制的作用煤礦開采設計、生產管理、科學研究的基礎1、保證安全生產巖層及頂板控制的作用煤礦開采設計、生產管頂板下沉與支架承載頂底板移近兩幫鼓出冒頂、片幫礦壓顯現的形式頂板下沉與支架承載頂底板移近兩幫鼓出冒頂、片幫礦壓顯現礦山壓力顯現圍巖運動支架受力兩幫運動頂板運動底板運動載荷增減支架壓折支架變形概念？采動后表現出的礦山壓力現象礦山壓力顯現圍支兩頂底載支支概念？采動后表現出的礦山壓力現象

礦山壓力的來源礦山壓力根源？采動前的原巖應力隨采深的增加而增加是不確切的來源？1.巖層重力2.構造運動作用力3巖體膨脹作用力各點主應力的大小、方向、垂直應力與水平應力之間的比值等決定了采動后圍巖應力重新分布的規律礦山壓力的來源礦山壓力根源？采動前的原巖礦壓顯現對巷道的影響礦壓顯現對巷道的影響原巖應力重新分布掘進過程支護不及時支架強度不足頂板事故支架不適應圍巖的變形與破壞類型變形的時間效應圍巖破壞特殊地質條件采礦及掘進活動開挖空間周邊應力集中頂板事故的發生機理原巖應力重新分布掘進過程支護不及時支架強度不足頂板事故支架不利用礦山壓力活動規律采用合理的開挖順序和過程避免頂板事故，保證采礦作業安全人工控制與支護巖層及頂板控制的過程利用礦山壓力活動規律采用合理的開挖順序和過程避免頂板事故，保斷層與褶曲擠壓與破碎帶節理、裂隙煤層傾角開采深度上部煤層殘留煤柱工作面推進速度采高與控頂距影響工作面礦山壓力顯現的基本因素斷層與褶曲擠壓與破碎帶節理、裂隙煤層傾角開采深度上部煤層殘留1950-2003年煤礦各類事故發生起數及死亡人員統計四巷道冒頂事故的致因及防治1950-2003年煤礦各類事故發生起數及死亡人員統計四

1954-1985年頂板事故死亡人數占總數的45%，其中工作面頂板事故占75%，巷道頂板事故占25%；1986-1992年頂板事故死亡人數占總數的40%，其中工作面頂板事故占66%，巷道頂板事故占34%；頂板事故總體呈下降趨勢，其中工作面頂板事故亦呈下降趨勢，而巷道頂板事故呈上升趨勢。頂板事故發展趨勢1954-1985年頂板事故死亡人數占總數的45%，其中巷道冒頂事故分類1、掘進工作面冒頂2、巷道交叉處冒頂3、支架支護巷道冒頂4、錨桿支護巷道冒頂巷道冒頂事故分類1、掘進工作面冒頂冒頂多發地點斷層、褶曲等地質構造破壞帶層理裂隙發育的巖層中放炮不慎崩倒附近支架接頂不嚴實而導致巖塊砸壞支架掘進工作面無支護部分片幫冒頂推倒附近棚子冒頂多發地點斷層、褶曲等地質構造破壞帶預防措施（1）掘進工作面遇到斷層褶曲等地質構造破壞帶或層理裂隙發育的巖層時，棚子支護時應緊靠掘進工作面，嚴格控制空頂距。（2）嚴格執行敲幫問頂制度，嚴禁空頂作業。（3）冒頂區及破碎帶必須背嚴接實，必要時要掛金屬網防止漏空。（4）控制炮眼布置及裝藥量，防止放炮而崩倒棚子。預防措施（1）掘進工作面遇到斷層褶曲等地質構造破壞帶或進行臨時支護進行臨時支護巷道交叉處冒頂事故的原因及預防致因巷道開岔時，頂部存在與巖體失卻聯系的巖塊，開岔口新支設抬棚的強度不足，或穩定性不夠；交叉點面積大，支護力不足。巷道交叉處冒頂事故的原因及預防致因交叉點處空頂地質及技術條件煤層巷道巷道凈斷面：6.8擴大到10.5無臨時支護經過空頂作業，頂板突然冒頂原因交叉地點套修屬特殊作業，沒有制定詳細技術補充措施麻痹大意，誤認為頂板穩定先拆支架后支護交叉點處空頂地質及技術條件交叉點處空頂地質及技術條件頂底板均為巖石巷道凈斷面：6.8m*m掘進方式：炮掘支護方式：u型鋼拱形支架臨時支護背板：木板與木條2#碹已掘進9.6m，右邊3.6m已砌碹，斷面3.9m*3.6m事故發生原因及經過2#碹向前打眼掘進時局部冒頂三架支架被推倒交叉點懸頂面積大，沒有專人觀察頂板情況支架穩定性不好，臨時支護不起護頂作用交叉點處空頂地質及技術條件預防措施（1）開岔口應避開原來巷道冒頂的范圍；（2）必須在開口抬棚支設穩定后再拆除原巷道棚腿。（3）抬棚材料的質量與規格符合要求；（4）當開口處圍巖尖角被擠壓壞時，應及時采取加強抬棚穩定性的措施。預防措施（1）開岔口應避開原來巷道冒頂的范圍；支架支護巷道冒頂防治致因壓垮型：巷道壓力過大，損壞了支架，頂部已破碎的巖塊冒落；漏垮型：無支護巷道或支護失效（非壓壞），巷道頂部游離巖塊在重力作用下冒落；推垮型：巷道頂幫破碎巖石在運動過程中存在平行巷道軸線的分力，巷道支架的穩定性不夠，被推倒而冒頂。支架支護巷道冒頂防治致因支架嚴重變形破壞支架嚴重變形破壞支架穩定性差支架穩定性差工程因素影響工程因素影響替換支架時空頂空幫地質及技術條件工作面出口處煤層巷道將4.7m*m拱形支架替換為1.8*1.8m的木棚經過木棚先支三架回收第三架拱形支架時費力用錘猛擊，頂板突然冒落原因換棚前支架受力大換棚后支架頂板和兩幫不接回拱形支架時，木棚沒打中柱替換支架時空頂空幫地質及技術條件預防措施（1）巷道布置在穩定的巖體中，避免采動影響；（2）巷道支架應有足夠的支護強度；（3）巷道支架有足夠的可縮量；（4）支架施工時要嚴格按工序質量要求進行，并特別注意頂與幫的背嚴背實問題；（5）凡因支護失效而空頂的地點，重新支護時應先護頂，再施工；（6）巷道替換支架時，必須先支新支架，再拆老支架。預防措施（1）巷道布置在穩定的巖體中，避免采動影響；錨桿支護巷道冒頂防治致因巷道頂板出現離層錨桿強度不足錨桿支護巷道冒頂防治致因

距頂板2.0m處存在軟弱夾層時剪應力及頂板破壞過程

巖層結構距頂板2.0m處存在軟弱夾層時剪應力及頂板破壞過程巖層錨桿支護失效錨桿支護失效防治措施1.應用地應力為基礎的錨桿支護設計方法2.鉆孔、錨桿、樹脂卷直徑進行合理匹配3.使用高強錨桿及全長錨固4.使用小孔徑預應力錨索加強支護5.進行煤巷錨桿支護監測防治措施1.應用地應力為基礎的錨桿支護設計方法高（超高）強度錨桿支護系統左旋螺紋桿體結構，低稠度雙速錨固劑，鉆孔、桿體、樹脂卷三徑合理匹配所形成的全長錨固技術，使巷道圍巖變形量比