頂板大面積來壓

2.1 頂板大面積來壓的成因與力學(xué)機(jī)理

頂板大面積來壓基本上都發(fā)生在頂板巖層比較堅(jiān)硬的回采工作面，頂板大多是砂巖或礫巖，開采后頂板大面積懸露不冒.在回采工作面初采時(shí)，頂板初次垮落步距可達(dá)50-70 m，甚至達(dá)100 m以上.這樣大面積的頂板一旦冒落會造成巨大的危害.礦井生產(chǎn)中常采用刀柱法開采，但也因采空區(qū)面積太大，壓垮煤柱而發(fā)生大面積冒頂.即使采用綜采設(shè)備的長壁工作面，也仍然出現(xiàn)上萬平方米頂板大面積來壓的現(xiàn)象.關(guān)于頂板大面積來壓產(chǎn)生的力學(xué)原因，一般認(rèn)為，當(dāng)開采過程中的堅(jiān)硬難冒頂板大面積懸露時(shí)，在自重力的作用下，頂板會產(chǎn)生彎曲和離層.不管是作為板處理，還是作為梁來分析，當(dāng)彎曲應(yīng)力超過其強(qiáng)度極限時(shí)，便會產(chǎn)生裂隙和裂隙的擴(kuò)展.一旦這些裂隙貫穿堅(jiān)硬巖層時(shí)，則發(fā)生突然的垮落，造成災(zāi)害.另一種情況是，頂板大面積懸露，使采空區(qū)形成扁平狹條孔，煤柱上的頂板巖層內(nèi)產(chǎn)生巨大的切應(yīng)力，導(dǎo)致頂板切斷，突然垮落。頂板大面積來壓造成的災(zāi)害有以下3個(gè)方面的機(jī)理。

2.1.1 能量釋放造成的破壞

由于煤巖體處于復(fù)雜的自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力場中，在強(qiáng)大的地應(yīng)力作用下，其體積與形狀會發(fā)生變化，這是外力做功的結(jié)果。當(dāng)巖塊處于彈性狀態(tài)，且變形不能解除時(shí)，外力做功就以能量的形式貯存在煤巖體內(nèi)，稱為彈性能.而這種彈性能又分為由體積變化產(chǎn)生的體變彈性能已，及由形狀變化而產(chǎn)生的形變彈性能叭。又因采空區(qū)上方頂板巖層大面積懸露不冒落，頂板巖層會產(chǎn)生彎曲下沉，因而又會聚積頂板彎曲彈性能。俄國學(xué)者阿維爾申教授認(rèn)為，煤體內(nèi)的彈性能就是由這3部分彈性能所組成，即：

式中，E,μ為巖層的彈性模量和泊松比；ρ, H為巖層的密度和采深；q為作用在巖梁上的均布荷載；J為巖梁的慣性矩；L為頂板巖梁的懸伸長度。

從上式可以看出，能量的聚積隨采深的增大而增大，也隨采空區(qū)面積即懸頂長度的增大而增大。當(dāng)圍巖中的彈性能積聚到足夠大時(shí)，所產(chǎn)生的應(yīng)力超過了煤體本身的強(qiáng)度，則彈性能突然釋放，使煤體猛烈破壞，或產(chǎn)生煤的彈射和突出等沖擊礦壓現(xiàn)象，在工作面或巷道中造成災(zāi)害。

2.1.2 冒頂沖擊力造成的破壞

采空區(qū)大面積懸露的頂板因斷裂失穩(wěn)而冒落，其產(chǎn)生的沖擊力是巨大的。頂板在冒落前具有的勢能為EP = mgh.當(dāng)冒落的頂板巖層面積大，即質(zhì)量m大時(shí)，其勢能EP則大；當(dāng)采高h(yuǎn)大時(shí)，其勢能EP也大，頂板冒落后勢能轉(zhuǎn)變的動能Ek=mv2 /2必然也大。如果頂板冒落的面積為5萬m2，冒落巖層的厚度為3m，采高為2.5m，則在不到1s的時(shí)間內(nèi)，就有37. 5萬t的巖石冒落，其沖擊力之大是可想而知的。好在這巨大的沖擊力絕大部分作用在采空區(qū)的底板上，但對工作面的破壞力也是很大的。比如大同王村礦402盤區(qū)8106工作面，一次冒頂達(dá)88 271 m2，壓壞4×550型道梯支架46架，頂板下沉0.5 m。

2.1.3 大面積冒頂產(chǎn)生暴風(fēng)形成的破壞

由于頂板堅(jiān)硬完整性好，冒落的面積大、時(shí)間短，采空區(qū)的空氣瞬間壓出，形成劇烈的暴風(fēng)，破壞力極大。為便于定量分析，將采空區(qū)簡化成一個(gè)體積很大的扁平容器，將上下順槽看成容器底部的兩個(gè)小孔，如圖1所示。頂板大面積冒落時(shí)，容器內(nèi)的氣體承受著比巷道內(nèi)氣體高得多的壓力po，采空區(qū)的面積為Ao空氣的流速為vo，巷道內(nèi)空氣的壓力為p1，巷道的橫斷面積為A1，空氣的流速為v1。假定空氣為理想流體，其密度為ρa(bǔ)，由伯努利能量方程v02/2g po/ρa(bǔ)g = v12/2g p1/ρa(bǔ)g，根據(jù)連續(xù)性方程voAo=2A1 v1，vo=2A1v1/A0，得v1={2g(p1-po)/ ρa(bǔ)g[(2A1/A0)2-1]}1/2，考慮到A1?A0，p0=p1 p0'，則：

式中po為冒落頂板對空氣的壓力；ρD為冒落頂板巖層的密度；H0為冒落頂板巖層的厚度。

考慮到阻力損失，以及模型與實(shí)際情況的差異，將上式的值乘以一個(gè)折減系數(shù)k，則頂板大面積冒落時(shí)，巷道中空氣的瞬時(shí)流速為

由上式可知，頂板大面積冒落在上下順槽中形成暴風(fēng)，其流動速度與大面積冒落頂板的厚度成正變關(guān)系取k=0. 4，則得到如下圖的變化關(guān)系：

由圖可見，采空區(qū)頂板冒落的厚度越大，其在巷道中形成的暴風(fēng)速度也越大，對巷道及各種設(shè)施的破壞力也越大。頂板大面積冒落形成的暴風(fēng)，在上下順槽以叭的速度移動，產(chǎn)生空氣沖擊波，根據(jù)流體運(yùn)動的阻力公式，其對物體的作用力為

式中，kD為阻力系數(shù)；S為物體的橫斷面積。

將上式代入，則有F=kDk2ρDHo S，對于平板kD=2，取k=0. 4；ρD=2550 kg/m3，則可以得到由采空區(qū)大面積冒落頂板形成的暴風(fēng)對巷道內(nèi)物體的作用力，其大小與冒頂?shù)暮穸燃拔矬w斷面積的關(guān)系見下表，從表中可見，隨著頂板冒落厚度的增大，以及風(fēng)流中物體斷面積的增大，作用在物體上的力也增大。例如某工作面采空區(qū)有2m厚的頂板大面積冒落，則在順槽中可形成v1=114. 52 m/s的暴風(fēng)，這時(shí)，如在順槽中有一臺It的礦車，其橫斷面積S≈1 m2，則由表中數(shù)據(jù)可知作用在這臺礦車上的力為F=16 kN。由于有這樣大的力，大冒頂時(shí)形成的暴風(fēng)摧毀巷道，掀翻礦車，破壞風(fēng)橋或密閉墻的現(xiàn)象就不難理解了。

2. 2切冒型大面積來壓機(jī)理

圖2為切冒型頂板冒落過程，圖2-a表示頂板變形首先將采空區(qū)的大部分煤柱壓酥，使之失去支撐頂板的能力；圖2-b為懸空頂板在四周煤體支撐下被拉裂破斷，變?yōu)楹喼Ш駧r梁；圖2-c是簡支巖梁由于受剪的截面積減小，而突然發(fā)生剪切冒落，即所謂切冒型冒落。

關(guān)于煤柱是否破壞的判據(jù)可用逐步破壞理論或極限強(qiáng)度理論，即

B≤2xo (1)

式中B—煤柱寬度；

xo—煤柱塑性區(qū)寬度，

M—煤層開采厚度；

f—煤柱與頂?shù)装宓哪Σ料禂?shù)；

ξ—三向應(yīng)力系數(shù)，

φ—煤的內(nèi)摩擦角；

C—煤的粘結(jié)力；

H—開采深度；

Y—巖石平均容重；

k—應(yīng)力集中系數(shù)；

Pi—支架對煤壁的阻力。

nσ≥σp (2)

式中。σ—煤柱平均應(yīng)力；

σ=η-1H Y

η一一煤柱面積比率，即煤柱面積與采空區(qū)總面積之比；

n一安全系數(shù)，n=2；

σp一一煤柱的極限強(qiáng)度，

σp =σC (0. 778 0. 222BM-1)

σC—立方體煤試件的單軸抗壓強(qiáng)度

關(guān)于簡支巖梁的切冒判據(jù)，依彈性力學(xué)(如圖3示)的應(yīng)力公式

當(dāng)巖梁中部底面(巖梁的抗拉強(qiáng)度) σx≥R’t時(shí)，則該處拉斷，將R’t=0，x=0，y=2-1H，代入(3)式得：

(4)

式中Ld—采空區(qū)短邊的極限垮距。

當(dāng)巖梁端部的τ≤R'時(shí)，即不大于巖梁的抗剪強(qiáng)度時(shí)，則該處發(fā)生切冒，將

R’t=τxy，x=2-1L，y=2-1L H，代入(3)式得

(5)

由于巖梁的剪應(yīng)力與跨度成正比，故公式(5)的Lc為采空區(qū)長邊的極限跨距。由此預(yù)測發(fā)生的切冒型頂板大面積來壓的面積為

A=Ld·Lc (6)

2. 3拱冒型大面積來壓機(jī)理

形成拱冒型大面積來壓的主要原因有二：其一是開采深度較大，使煤柱破壞的巖層厚度僅是覆巖的一部分，其二是組成覆巖的剛度多為交替剛度和遞增剛度。交替剛度的頂板一般是分組分次冒落，最下一組冒落后，其上一組變形冒落，兩者形成一定的時(shí)間差。遞增剛度頂板是分層分次冒落，由于各層冒落的跨度由下而上逐漸增大，故造成層間冒落的時(shí)間差。拱冒型的冒落過程與切冒型相似，只是層間組間不同步而已，即首先因部分覆巖的變形使煤柱破壞，然后在固支巖梁的條件下，四周逐層逐組拉斷，最后在簡支巖梁條件下切冒。因此拱冒型的來壓機(jī)理首先要預(yù)測使煤柱破壞的覆巖厚度。

令xo=2-1B，Pt=0，由xo式得：

(7)

式中Hp—使煤柱破壞的覆巖厚度。

由于煤柱是在H，厚的覆巖變形作用下破壞的，在其破壞前覆巖基本無離層，所以由下往上可利用下式計(jì)算覆巖剛度分組厚度：

(8)

式中q—第一組覆巖上的均布載荷；

H1， H2…. Hn—由煤層開始的各層覆巖厚度；

E1， E2...En—由煤層開始的各層覆巖彈性模量。

利用公式(8)逐層計(jì)算，直到qn≥qn 1則第一組覆巖為第1至n層，其厚度為

H=∑_(i=1)^n?H (9)

將H，q代入(4)，(5)，(6)，則可預(yù)測拱冒型初次冒頂面積。

由以上機(jī)理可知，頂板大面積來壓是否發(fā)生，關(guān)鍵在于煤柱是否破壞，煤柱未破壞就可有效支撐住頂板，不會發(fā)生大面積來壓，煤柱若被破壞，失去了支撐頂板的能力，則會發(fā)生大面積來壓。煤柱破壞與不破壞的主要影響因素是煤柱寬度B和煤柱面積比率夕。發(fā)生大面積來壓的采空區(qū)范圍則主要取決于堅(jiān)硬頂板的厚度或剛度分組厚度，以及巖體強(qiáng)度。

采空區(qū)覆巖剛度可用EJ來表述，根據(jù)剛度組成不同，覆巖可分為四類即：

遞增剛度E1J1

遞減剛度E1J1>E2J2>...>EnJn，

均勻剛度E1J1=E2J2=...=EnJn，

交替剛度E1J1>E2J2...

不同類型剛度的覆巖其頂板載荷q差距很大，故形成大面積來壓的范圍相差很大，從幾千m2到幾十萬m2。一般來說遞減剛度和均勻剛度的覆巖容易發(fā)生切冒型大面積來壓，遞增剛度或交替剛度的覆巖容易發(fā)生拱冒型大面積來壓。

頂板大面積來壓，是在具有堅(jiān)硬頂板煤層開采工作面存在的一種礦壓現(xiàn)象，其主要危險(xiǎn)是由于頂板大面積冒落而形成的沖擊載荷和暴風(fēng)。隨大面積冒頂巖層厚度的增大，形成暴風(fēng)的速度增大，處于暴風(fēng)中的物體受力增大，其對巷道及設(shè)施的破壞力也增大。防止和減弱頂板大面積來壓的危害，是繼續(xù)研究和探討的課題。從采取主動的措施上看，改變頂板巖層的物理力學(xué)性質(zhì)，減小頂板的懸露和冒落面積，以及減少頂板的下落高度，降低采空區(qū)內(nèi)空氣的排放速度，從理論上和實(shí)踐上都是可行的。

刀柱、房柱法開采堅(jiān)硬頂板的煤層，發(fā)生大面積來壓的動力現(xiàn)象，其主要原因是煤柱被破壞，煤柱是否破壞的關(guān)鍵是煤柱面積比率和煤柱的寬度。

頂板大面積來壓冒落的范圍主要取決于堅(jiān)硬頂板的厚度或覆巖剛度分組厚度，以及巖體的抗拉、抗剪強(qiáng)度，運(yùn)用本文的計(jì)算公式預(yù)測是可靠的。

切冒型和拱冒型大面積來壓的機(jī)理是相同的，區(qū)別在于采空區(qū)覆巖的剛度組成不同，一般來說均勻剛度和遞減剛度的覆巖易發(fā)生切冒型來壓，遞增剛度和交替剛度的覆巖易發(fā)生拱冒型來壓，兩種來壓型式均可運(yùn)用公式預(yù)測來壓范圍，但H，q值的計(jì)算方法不同。

本文預(yù)測頂板大面積來壓的切冒面積A是開采設(shè)計(jì)和采掘過程中預(yù)防大面積來壓的重要參數(shù)，以此可作為選擇采區(qū)走向長度、工作面長度，煤柱尺寸等開采參數(shù)的重要依據(jù)。

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1.1頂板大面積來壓現(xiàn)象

頂板大面積來壓是礦山堅(jiān)硬頂板下刀柱房柱式開采后，由于大面積的頂板懸空而突然冒落的一種劇烈的動力現(xiàn)象。一次冒落的面積少則幾千平方米，多則幾萬十幾萬平方米，這樣大面積的懸空頂板在極短時(shí)間內(nèi)冒落下來，不僅由于重力作用產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊破壞，而且更嚴(yán)重的是把已采空間的空氣瞬時(shí)排出，形成巨大的暴風(fēng)，其破壞力極強(qiáng)。

1. 2項(xiàng)板大面積冒落方式

頂板大面積來壓的冒落方式有整體一次冒落和分層分次冒落兩種。例如，1975年6月大同礦區(qū)馬脊梁煤礦的402盤區(qū)，在采空面積達(dá)151280 m2，的情況下，頂板突然冒落，工作面被壓垮，強(qiáng)大的氣流吹開三層2m厚的密閉，將180 kg的輸送機(jī)溜槽吹出16 m遠(yuǎn)，并貼在煤壁上，井口噴出300 m長的黑煙塵，地面房層搖晃，地震臺記錄達(dá)3. 2級，裂度4~5度，這是一次典型的整體一次冒落式來壓。地面出現(xiàn)一個(gè)橢圓形塌陷區(qū)，面積達(dá)7萬m2。

分層分次冒落式也常有發(fā)生，例如山西陽方口煤礦北坑?xùn)|大巷上山盤區(qū)，在采空面積8萬m2的情況下，頂板夜間冒落，將地面熟睡的工人驚醒，井下部分巷道壓垮，事隔一天后，又冒頂一次，一星期后又連續(xù)冒頂兩三次。大同忻州窯煤礦東二上山盤區(qū)，采空面積約10. 6萬m2，1962年4月也連續(xù)發(fā)生幾次冒頂，延續(xù)時(shí)間兩個(gè)月，停產(chǎn)3d，吹毀密閉一座。

1. 3切型冒落與拱型冒落

頂板大面積來壓的冒頂形式有切冒型和拱冒型，如圖1所示。圖1-a為切冒型，當(dāng)采空面積達(dá)到一定范圍時(shí)，頂板沿煤壁切落直達(dá)地表，其特征是冒落面積大，冒頂時(shí)間短，且多數(shù)發(fā)生在100 m以內(nèi)采深的淺部開采區(qū)，冒落形狀呈反漏斗，冒落角650^-850，冒落后的地面出現(xiàn)縱橫交錯(cuò)的張開裂縫。圖1-b為拱冒型，即頂板冒落后形成拱形空間，其特征是分層分次冒落，延續(xù)時(shí)間長，拱的四周頂板懸臂，冒落高度小，中部冒落高度大，但空頂面積小。

1. 4項(xiàng)板大面積來壓與煤柱分布

頂板大面積來壓與煤柱分布有關(guān)，煤柱面積比率大時(shí)，一般不易發(fā)生大面積來壓。例如對大同礦壓的調(diào)查，煤柱比率大于30%時(shí)很少發(fā)生大面積來壓，但小于20%的采空區(qū)，大都發(fā)生。煤柱的寬高比也直接影響大面積來壓發(fā)生，調(diào)查表明，寬高比大于3 ~ 4時(shí)一般不發(fā)生。煤柱的平面分布影響大面積來壓的范圍，一般情況下煤柱稀少的地方容易發(fā)生，煤柱密集的區(qū)域往往是塌陷區(qū)的邊緣。

3.1 頂板大面積來壓的預(yù)測

根據(jù)以上機(jī)理，在本文中各舉一例，分別預(yù)測切冒型或拱冒型大面積來壓的發(fā)生和范圍，并與實(shí)際的來壓情況加以比較。

3.1.1 切冒型大面積來壓預(yù)測

實(shí)例1，大同礦務(wù)局挖金灣煤礦青羊?yàn)尘?32盤區(qū)，采深84~104 m，1961年10月22日當(dāng)采空面積達(dá)16.3萬m2時(shí)發(fā)生了一次塌陷面積達(dá)12. 8萬m2的大面積切冒型來壓，冒落時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈暴風(fēng)，吹毀風(fēng)橋兩座，密閉9座，摧倒巷道支架90多架，地面沉陷深度0. 5~1. 0 m，是大同礦區(qū)多年來一次最大的來壓動力現(xiàn)象。該盤區(qū)煤層厚度5 m，頂板為厚層狀整體砂巖，用刀柱法開采，煤柱面積比率約0. 19，首先計(jì)算煤柱平均應(yīng)力σ=0. 19-1 ×100 × 2. 5 × 10-2 =13. 16 MPa，計(jì)算煤柱極限強(qiáng)度σp=25 × ( 0. 778 0. 222×5/5)=25 MPa，用(2)式判別nσ=26.32 MPa>σp，故該盤區(qū)中部煤柱已破壞。

若計(jì)算塑性區(qū)寬度xo，可取k=2，Pi=0，C=30 MPa，ctgφ =1. 2，f = 0.3，ε=4，則xo = 2. 72 m，根據(jù)公式(1)，煤柱寬度5m <2xo，故煤柱已破壞。

運(yùn)用公式(4)，(5)計(jì)算Ld，Lc，q=2.5 MPa，R't=5 MPa，R's=8 MPa，所以Ld =276 m，Lc=435 m。用(6)計(jì)算采空區(qū)的切冒面積A = 120060 m2，與實(shí)際塌陷面積128000 m2基本一致。根據(jù)這種預(yù)測，該盤區(qū)在采空達(dá)12萬m2時(shí)，必須留寬的隔離煤柱，預(yù)防大面積來壓的發(fā)生。在開采設(shè)計(jì)中可用此值選擇盤區(qū)、區(qū)段和工作面的長度參數(shù)。

3.1.2拱冒型大面積來壓預(yù)測

實(shí)例2，陽方口煤礦東大巷上山盤區(qū)用房柱法開采，煤層厚10 m，開采深度210 m，煤房寬8 m，煤柱寬5 m，由下往上頂板組成及其參數(shù)見附表，煤的內(nèi)聚力C=10 MPa，tgφ=1.2，f=0.3， ε=2.0。

首先用公式(7)計(jì)算使煤柱破壞的覆巖厚度Hp，k=4， Hp=163 m，再用公式(8)計(jì)算q，q1=0. 22 MPa， q2= 0. 284 MPa ， q3= 0. 254MPa，因?yàn)閝2 >q3，所以第一組覆巖厚H=H1 H2=16.9 m，q=q2=0. 284 MPa，將H，q分別代入公式(4)， (5)得Ld=133 m，Lc=468 m，所以拱冒型來壓的塌陷面積A=62244 m2，為了預(yù)防大面積來壓的動力成脅，該礦采區(qū)設(shè)計(jì)的范圍可以6萬m2為限，采區(qū)間留寬煤柱隔離，此值可作為開采參數(shù)選擇的重要依據(jù)。

3.2 頂板大面積來壓的防治技術(shù)與原理

分析頂板大面積來壓的原因，主要是開采工作面采空區(qū)懸頂面積太大，瞬時(shí)垮落時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力和暴風(fēng)，破壞力極大。如何防治頂板大面積來壓，許多專家、學(xué)者都做過這方面的研究。利用微震儀、地音儀和超聲波地層應(yīng)力儀等測試儀器來進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)，以及用堵和泄的辦法來預(yù)防暴風(fēng)造成的危害，這無疑是防治頂板大面積來壓災(zāi)害的措施之一但從主動的意義上講，防治頂板大面積來壓的基本原理是: 減小懸頂面積和能量聚積。其具體措施有兩個(gè)方面，一是改變頂板巖層的物理力學(xué)性質(zhì)，降低巖體的力學(xué)強(qiáng)度。一般可通過高壓注水等措施來實(shí)現(xiàn);二是改變頂板的力學(xué)條件。減小工作面頂板初次來壓和周期來壓的步距?？赏ㄟ^強(qiáng)制放頂?shù)母鞣N方法來實(shí)現(xiàn)。大同等礦一區(qū)的實(shí)踐證明，這些措施是很有效的。

3.2.1 頂板高壓注水

高壓注水處理堅(jiān)硬頂板是個(gè)非常方便和安全的方法，但是軟化效果決定于巖石的吸水性、巖石構(gòu)成和巖體的間斷性。水流隨著時(shí)間增大。初期的高壓相應(yīng)地降到穩(wěn)定壓力。穩(wěn)定壓力取決作用于對高壓水流的巖層強(qiáng)力。浸水巖石的強(qiáng)度降低主要取決于節(jié)理的平均尺寸、巖石的含水能力和巖石中的粘土含量。以述參數(shù)增大，巖石強(qiáng)度損失也會加大。用高壓將水注入巖石內(nèi)，水通過空隙、裂縫和層理，擴(kuò)大并加寬它們，同時(shí)還要產(chǎn)生新的空隙，以破壞巖體的整體性，降低巖石的強(qiáng)度。采煤后弱化的上覆巖經(jīng)?？迓湓诓煽諈^(qū)，形成采空區(qū)最小的懸頂。"para" label-module="para">

只有在易于吸水的巖層才適合使用這種方法，包括巖脈、巖塊大小和吸水性的巖性在決定巖石是否能注水弱化當(dāng)中起著重要的作用。這些研究有助于預(yù)測高壓注水強(qiáng)制冒落的效果。

3.2.2 強(qiáng)制放頂

所謂強(qiáng)制放頂就是用爆破的方式人為地將頂板切斷，使頂板冒落一定厚度形成矸石墊層。切斷頂板可以控制頂板冒落面積，減弱頂板冒落時(shí)產(chǎn)生的沖擊波，形成矸石墊層則可以緩和頂板冒落時(shí)形成的沖擊波及暴風(fēng)。為了形成墊層，挑頂?shù)母叨瓤砂葱枰纬蓧|層的厚度進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)大同礦區(qū)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采空區(qū)中矸石充滿程度達(dá)到采高個(gè)挑頂厚度之和的三分之二，就可以避免過大的沖擊載荷和防止形成暴風(fēng)。

強(qiáng)制放頂主要有以下幾種：

⑴循環(huán)式淺孔放頂。

其主要作用是爆破后破壞頂板的完整性，形成矸石墊層，具體做法是每1~2個(gè)循環(huán)，在工作面放頂線上打一排鉆孔，進(jìn)行爆破。

⑵步距式深孔放頂。

其主要作用是切斷頂板，避免大面積冒落，具體做法是在頂板周期來壓前，沿工作面向頂板打兩排深鉆孔，爆破后在頂板內(nèi)形成一道溝槽，堅(jiān)硬頂板就沿這個(gè)溝槽折斷。這種方法能有效的防止大面積冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)。

⑶超前深孔松動爆破。

對于綜采工作面，由于在工作面內(nèi)無法設(shè)置鉆頂板炮眼的設(shè)備，可以在上下順槽內(nèi)分別向頂板打深孔，在工作面未到以前進(jìn)行爆破，預(yù)先破壞頂板的完整性。

⑷地面深孔放頂。

對于歷史上有大面積冒頂隱患的地區(qū)，目前又無法從井下采取措施時(shí)，可在采空區(qū)上方的地面打垂直鉆孔，達(dá)到已采區(qū)頂板的位置，然后進(jìn)行爆破，將懸露的大面積頂板崩落。這樣，大面積采空的頂板切割成小塊，可以減小其冒落時(shí) 的強(qiáng)度。

3.2.3 預(yù)防暴風(fēng)的措施

主要有堵、泄兩個(gè)方面的措施。

堵是留置隔離煤柱和設(shè)置防暴風(fēng)密閉，把已采區(qū)和生產(chǎn)區(qū)隔離。

泄是通過專門泄風(fēng)道，使被隔離區(qū)域與地面相通，以便將形成的暴風(fēng)引出地面，避免進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)域。

頂板大面積來壓基本上都發(fā)生在頂板巖層比較堅(jiān)硬的回采工作面，頂板大多是砂巖或礫巖，開采后頂板大面積懸露不冒.在回采工作面初采時(shí)，頂板初次垮落步距可達(dá)50-70m，甚至達(dá)100m以上。

這樣大面積的頂板一旦冒落會造成巨大的危害，礦井生產(chǎn)中常采用刀柱法開采，但也因采空區(qū)面積太大，壓垮煤柱而發(fā)生大面積冒頂.即使采用綜采設(shè)備的長壁工作面，也仍然出現(xiàn)上萬平方米頂板大面積來壓的現(xiàn)象。

關(guān)于頂板大面積來壓產(chǎn)生的力學(xué)原因，一般認(rèn)為，當(dāng)開采過程中的堅(jiān)硬難冒頂板大面積懸露時(shí)，在自重力的作用下，頂板會產(chǎn)生彎曲和離層.不管是作為板處理，還是作為梁來分析，當(dāng)彎曲應(yīng)力超過其強(qiáng)度極限時(shí)，便會產(chǎn)生裂隙和裂隙的擴(kuò)展.一旦這些裂隙貫穿堅(jiān)硬巖層時(shí)，則發(fā)生突然的垮落，造成災(zāi)害.另一種情況是，頂板大面積懸露，使采空區(qū)形成扁平狹條孔，煤柱上的頂板巖層內(nèi)產(chǎn)生巨大的切應(yīng)力，導(dǎo)致頂板切斷，突然垮落。頂板大面積來壓造成的災(zāi)害有以下3個(gè)方面的機(jī)理 。

頂板來壓冒落

頂板大面積來壓的冒頂形式有切冒型和拱冒型，有整體一次冒落和分層分次冒落。分層分次冒落式也常有發(fā)生。

頂板來壓煤柱

頂板大面積來壓與煤柱分布有關(guān)，煤柱面積比率大時(shí)，一般不易發(fā)生大面積來壓。例如對大同礦壓的調(diào)查，煤柱比率大于30%時(shí)很少發(fā)生大面積來壓，但小于20%的采空區(qū)，大都發(fā)生。煤柱的寬高比也直接影響大面積來壓發(fā)生，調(diào)查表明，寬高比大于3~4時(shí)一般不發(fā)生。煤柱的平面分布影響大面積來壓的范圍，一般情況下煤柱稀少的地方容易發(fā)生，煤柱密集的區(qū)域往往是塌陷區(qū)的邊緣。