煤层顶板分类方法

针对现今煤层顶板分类方法存在计算量大、人工参与多、智能化程度低，为煤矿生产不能提供快速指导的问题，结合煤矿现场实际情况，确定了煤层顶板稳定性的影响因素。以层次分析和模糊聚类为理论核心，建立了煤层顶板稳定性层次分析模型，得出了影响因素的隶属度和合成运算方法。以Visual Basic6.0为编译环境，将Matlab与Surfer进行二次混合编程，对钻孔数据以及地质资料进行分析整理，自动绘制煤层顶板稳定性类型分区图，形成煤层顶板稳定性智能预测分区系统。将研究成果应用于贺西煤矿3号煤层顶板稳定的预测，通过钻孔窥视对预测结果进行了验证。

煤层顶板（coal seam roof）它是泥炭堆积后覆盖在泥炭层上的沉积物。常见的煤层顶板岩石以细碎屑岩和石灰岩为主；也有粗碎屑岩，这时煤层常受到明显冲蚀。煤层顶板性质与煤质，尤其是煤中的硫含量，有一定关系。

对于煤层开采顶板破断结构演化与控制问题的研究较多， 但多侧重于单层顶板结构的破断与控制方面的分析， 而对于多煤层开采条件下顶板破断结构的演化规律和在空间上的发育尺度，以及煤层间距较大时，上煤层开采后的遗留煤柱对下煤层工作面支架压力如何影响的研究则相对较少。深入研究以上问题， 对于煤层群开采顶板压力控制，以及减少甚至消除因压力集中而引发的强矿压显现等，具有重要作用。

多煤层开采时， 若煤层间距较近， 上、下煤层间隔层易破断，上、下煤层已垮落和破断的顶板结构连接形成破断顶板群结构；随着下部煤层的开采，破断顶板群高度向上发育扩展。

我国坚硬顶板煤层分布很广，煤炭储量也极丰富，主要分布在山西、陕西、内蒙古、新疆及北京京西等煤田。开采坚硬顶板煤层的矿区主要是大同矿务局和京西矿务局，尤其是大同，煤炭储量丰富、煤层条件好、开发强度也很大，全局每年约开采原煤近4×10⁷t。

为了研究煤层巷道粉砂质泥岩直接顶受基本顶裂隙水侵蚀后，巷道掘进过程中易于发生冒顶事故的原因，通过现场调研、取样、实验室试验和理论分析相结合的综合研究手段揭示出富水煤层巷道顶板失稳的机理在于：巷道开挖后产生的顶板裂隙形成了直接顶与基本顶含水层之间连通的通道，使得微结构裂隙发育和含有较高的亲水性矿物粉砂质泥岩吸水，其吸水后产生了较高的膨胀应力，并在三向受力状态下发生崩解、破坏，锚杆承载基础弱化和较高的膨胀应力引起了煤层巷道顶板失稳。同时针对富水煤层巷道顶板失稳机理，提出了通过减少顶板水运动对围岩的破坏、优化巷道断面和高预应力来实现该类巷道顶板的稳定。工程实践表明，采用半圆拱巷道、合理布置疏水孔以及高预应力锚带网索组合支护体系可确保对该类巷道顶板的有效控制。 2100433B

坚硬顶板煤层的开采也还存在一些始终没有得到解决的技术问题；如：

（1）适应于各类级别坚硬顶板的支护设备的研制；

（2）采空区顶板管理方法的选择；

（3）各类坚硬顶板条件下，坚硬顶板煤层开采方法的合理选择等等。

这些问题，尤其是采空区顶板管理问题能得到彻底的解决，不仅可以提高回采效率，减少材料消耗，降低吨煤成本，提高煤炭回收率，而且更重要的是能为采煤工作提高一个安全的生产环境。相反，如果这些问题得不到很好的解决，轻则影响生产，增加费用；重则可能发生顶板事故，尤其是顶板大面积冒落事故，不仅对生产设备造成损坏；对人员也会造成极大的威胁。所以，坚硬顶板煤层开采方法的合理选择；顶板管理技术的进一步完善。对改善我国煤炭生产形势，提高生产效益都会起着极其重要的影响。

为此，我国有关院校和科研单位的专家们从20世纪70年代中期起，对坚硬煤层顶板进行了大量的试验研究，得出了一些很有价值的结论。在此基础上，我国已形成了几种行之有效的开采坚硬顶板煤层的方法：

（1）长壁式自然垮落法；

（2）长壁式强制放顶法；

（3）长壁式预注水软化顶板法；

（4）煤柱支撑采煤法；

（5）仓房式扒斗采煤法 。