頂板事故防治講義

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,頂板事故防治,許廠煤礦安培中心,第一頁，共三十七頁。,頂板事故是煤礦五大災(zāi)害之一，其中冒頂事故發(fā)生頻繁，危害十分嚴(yán)重。頂板管理是煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理的主要內(nèi)容之一，頂板管理的好壞對(duì)于促進(jìn)煤礦生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和保證職工生命安全具有十分重要的意義。,在井下頂板事故

2、中，采煤工作面冒頂事故最多，約占冒頂事故總數(shù)的,70%,以上，其次是掘進(jìn)工作面。為了保護(hù)礦工的身心健康，做到安全生產(chǎn)，我們要積極采取措，加強(qiáng)頂板管理，防治頂板事故。,第二頁，共三十七頁。,二、頂板相關(guān)知識(shí),頂板可分為偽頂，直接頂，基本頂,偽頂：是指直接緊貼煤層上面、厚度在,0.5m,以下的一層松軟巖層。隨采隨垮。其巖性一般為粘土頁巖和層狀砂頁巖。,直接頂：是指位于偽頂之上的巖層，無偽頂時(shí)直接緊貼煤層。通常由泥巖、頁巖、粉砂巖等比較容易跨落的巖層組成，但均具有一定的穩(wěn)定性。所以當(dāng)工作面煤層被采落時(shí)，直接頂不會(huì)立即跨落。多數(shù)直接頂在回柱放頂時(shí)會(huì)跨落，有的則需要人工強(qiáng)制放頂。直接頂是采掘工作面的支護(hù)

3、對(duì)象，如果支護(hù)得不好，就會(huì)造成冒頂事故,.,第三頁，共三十七頁。,圖,1-1,煤層的總厚度及有益厚度,煤層厚度,第四頁，共三十七頁。,基本頂：是指位于直接頂之上、有一定厚度的堅(jiān)硬巖層，以前也稱為老頂。它也有可能緊貼煤層之上。基本頂在采空區(qū)上方懸露到一定面積后才能跨落，一般只發(fā)生緩慢下沉。如果工作面支護(hù)不好，往往會(huì)造成大面積冒頂事故。,從頂板管理的角度，可以把頂板分為易垮落的松軟頂板、中等跨落性頂板、難垮落的堅(jiān)硬頂板、極難垮落的堅(jiān)硬頂板和可塑性彎曲的頂板等,5,種類型。針對(duì)以上不同情況，可采取不同支護(hù)和采空區(qū)處理方法。,第五頁，共三十七頁。,老頂,直接頂,煤層,頂板,采礦開挖空洞,頂板巖石下沉變

4、形、破壞，產(chǎn)生事故,概 述,第六頁，共三十七頁。,采煤作業(yè)時(shí)的頂板管理方式,刀柱法,充填法,緩慢下沉法,全部垮落法,第七頁，共三十七頁。,頂板事故的產(chǎn)生,原巖應(yīng)力重新分布,掘進(jìn)過程支護(hù)不及時(shí),支架強(qiáng)度不足,頂板事故,支架不適應(yīng)圍巖的變形與破壞類型,變形的時(shí)間效應(yīng),空洞圍巖破壞,特殊地質(zhì)條件,采礦巖石開挖,開挖空洞周邊應(yīng)力集中,第八頁，共三十七頁。,三、頂板事故預(yù)兆,1.,響聲：巖層下沉斷裂、頂板壓力急劇加大時(shí)，木支架就會(huì)發(fā)生劈裂聲，緊接著出現(xiàn)折梁斷柱現(xiàn)象；金屬支柱的活柱急劇下縮，也發(fā)生很大聲響，有時(shí)也能聽到采空區(qū)頂板發(fā)生斷裂的悶雷聲。,第九頁，共三十七頁。,2.,掉碴：頂板嚴(yán)重破裂時(shí)，折梁斷柱

5、增加，隨著出現(xiàn)頂板掉碴現(xiàn)象。掉碴越多，說明頂板壓力越大。在人工頂板下，掉下的碎矸石和煤碴更多，工人叫“煤雨”。這就是發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)信號(hào)。,第十頁，共三十七頁。,3.,片幫：冒頂前煤壁所受的壓力增加，變得松軟，片幫煤比平時(shí)增多。,第十一頁，共三十七頁。,4.,裂縫：頂板的裂縫一種是地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的自然裂隙，一種是由于采空區(qū)頂板下沉引起的采動(dòng)裂隙。如果裂縫加深加寬，說明頂板繼續(xù)惡化，人們常常在裂縫中插上木楔子，觀察它是不是松動(dòng)或掉下來，判斷裂縫擴(kuò)大了沒有，作出預(yù)報(bào)。,第十二頁，共三十七頁。,5.,脫層：頂板快要冒落的時(shí)候，往往出現(xiàn)脫層現(xiàn)象，檢查脫層要用問頂?shù)姆椒?，如果聲音清楚，表明頂板完好，頂板發(fā)出

6、“空空”的響聲，說明上下巖層之間已經(jīng)脫離。,第十三頁，共三十七頁。,6.,漏頂：破碎的偽頂或直接頂，在大面積冒頂之前，有時(shí)因?yàn)楸稠敳粐?yán)或支架不牢出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象。漏頂如不及時(shí)處理，會(huì)使棚頂托空，支架松動(dòng)，頂板巖石繼續(xù)冒落，就會(huì)造成沒有聲響的大冒頂。,第十四頁，共三十七頁。,礦山壓力控制,利用礦山壓力活動(dòng)規(guī)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(yè)安全,人工控制與支護(hù),第十五頁，共三十七頁。,二 影響礦山壓力顯現(xiàn)的基本因素,斷層與褶曲,擠壓與破碎帶,節(jié)理、裂隙,煤層傾角,開采深度,上部煤層殘留煤柱,工作面推進(jìn)速度,采高與控頂距,第十六頁，共三十七頁。,第二節(jié) 頂板事故的致因及防治,一

7、采場(chǎng)頂板事故的致因及防治,（一）頂板事故分類,按冒頂范圍可將頂板事故分為,局部冒頂,和,大型冒頂,兩類。,局部冒頂,是指范圍不大，有時(shí)僅在,35,支架范圍內(nèi)，傷亡人數(shù)不多,(12,人,),的冒頂，常發(fā)生在靠近煤壁附近、采場(chǎng)兩端以及放頂線附近。實(shí)際煤礦生產(chǎn)中，局部冒頂事故的次數(shù)遠(yuǎn)多于大型冒頂事故，約占采場(chǎng)冒頂事故的,70%,，總的危害比較大。,大型冒頂,是指范圍較大，傷亡人數(shù)較多（每次死亡,3,人以上）的冒頂。,第十七頁，共三十七頁。,（二）局部冒頂事故的致因及防治,1,靠煤壁附近的局部冒頂,局部冒頂?shù)脑蛞话阌腥N：,一是直接頂被密集裂隙切割，形成了游離巖塊；,二是采高過大，在老頂來壓期間，煤

8、壁片幫，擴(kuò)大了無支護(hù)空間；,三是放頂煤開采，頂煤破碎。,煤層的直接頂中，常存在多組相交裂隙時(shí)，這些相交的裂隙容易將直接頂分割成游離巖塊，極易發(fā)生脫落，在采煤機(jī)采煤或爆破落煤后，如果支護(hù)不及時(shí)，這類游離巖塊可能突然冒落砸人，造成局部冒頂事故。,第十八頁，共三十七頁。,靠煤壁附近的局部冒頂事故的預(yù)防,（）單體支柱工作面：,采用能及時(shí)支護(hù)懸露頂板的支架，如正懸臂交錯(cuò)頂梁支架，正倒懸臂錯(cuò)梁直線柱支架等，提高支柱的初撐力。在金屬網(wǎng)下，可以采用長鋼梁對(duì)棚邁步支架。,盡量使工作面與煤層的主要節(jié)理方向垂直或斜交，避免煤層片幫。煤層一旦片幫，應(yīng)掏梁窩超前支護(hù)，防止冒頂。,正倒懸臂錯(cuò)梁直線柱支架布置,正懸臂交錯(cuò)頂

9、量支架,（）綜采工作面,支架設(shè)計(jì)上，采用長側(cè)護(hù)板，整體頂梁，內(nèi)伸縮式前梁，增大支架向煤壁方向的水平推力，提高支架的初撐力；,工藝操作上，采煤機(jī)過后，及時(shí)伸出伸縮梁，及時(shí)擦頂帶壓移架，頂梁的俯視角不超過,7,。當(dāng)碎頂范圍較大時(shí)（比如過斷層破碎帶等），則應(yīng)對(duì)破碎直接頂注入樹脂類粘結(jié)劑使其固化，以防止冒頂。,第十九頁，共三十七頁。,2,采場(chǎng)兩端的局部冒頂,（,1,）單體支柱工作面,原因,：兩端機(jī)頭機(jī)尾處，暴露的空間大,;,支承壓力集中,;,巷道提前掘進(jìn),;,引發(fā)了巷道周邊的變形與破壞。經(jīng)常要進(jìn)行機(jī)頭機(jī)尾的移置工作，拆除老支柱支設(shè)新支柱時(shí)，碎頂可能進(jìn)一步松動(dòng)冒落。隨著回采工作面的推進(jìn)，要拆掉原巷道支架

10、的一個(gè)棚腿，換用抬棚支承棚梁，在這一拆一支之間，碎頂也可能冒落。,預(yù)防,：在機(jī)頭機(jī)尾處各應(yīng)用四對(duì)一梁三柱的鋼梁抬棚支護(hù)（即四對(duì)八梁支護(hù)），每對(duì)抬棚隨機(jī)頭機(jī)尾的推移邁步前移；或在機(jī)頭機(jī)尾處采用雙楔鉸接頂梁支護(hù)。在工作面巷道相連處，宜用一對(duì)抬棚邁步前移，托住原巷道支架的棚梁。此外，在采場(chǎng)兩端還可以采用十字鉸接頂梁支護(hù)系統(tǒng)以防漏冒。,在超前工作面,10,米以內(nèi)，巷道支架應(yīng)加雙中心柱，超前工作面,1020,米，巷道支架應(yīng)加單中心柱以預(yù)防冒頂。,（,2,）綜采工作面,如果工作面兩端沒有應(yīng)用端頭支架，則在工作面與巷道相連處，需用一對(duì)邁步抬棚。此外，超前工作面,20,米內(nèi)的巷道支架也應(yīng)以中心柱加強(qiáng)。,第二十

11、頁，共三十七頁。,4.,地質(zhì)破壞帶附近的局部冒頂,地質(zhì)破壞帶及附近的頂板裂隙發(fā)育、破碎，斷層面間多充以粉狀或泥狀物；斷層面都比較尖滑,使上、下盤之間的巖石無粘結(jié)力,尤其是斷層面成為導(dǎo)水裂隙時(shí)，更是彼此分離。,單體支柱工作面,如果遇到垂直于工作面或斜交于工作面的斷層時(shí)，在頂板活動(dòng)過程中，斷層附近破斷巖塊可能順斷層面下滑。從而推倒工作面支架，造成局部冒頂。,為預(yù)防這類頂板事故，應(yīng)在斷層兩側(cè)加設(shè)木垛加強(qiáng)維護(hù)，并迎著巖塊可能滑下的方向支設(shè)戧棚或戧柱。,對(duì)于有些綜采工作面，高檔普采和普采工作面,，回采過程中，煤壁的前方頂板和煤層特別破碎，為保證正常割煤，不漏矸子，可采用全楔式木錨桿。,當(dāng)斷層處的頂板特別

12、破碎，用錨桿錨固的效果不佳時(shí)，可采用注入法，將較多的樹脂注入大量的煤巖裂隙中，進(jìn)行預(yù)加固,。,第二十一頁，共三十七頁。,(,三）大型冒頂事故的致因及防治,1.,老頂來壓時(shí)的壓垮型冒頂,發(fā)生的條件：,直接頂比較薄，其厚度小于煤層采高的,23,倍，冒落后不能充填滿采空區(qū)；直接頂上面老頂分層厚度小于,56m,，初次來壓步距為,2030m,，或更大一些。工作面中，當(dāng)支柱的初撐力較低時(shí)，老頂斷裂在煤壁之內(nèi)。當(dāng)工作面推進(jìn)到老頂斷裂線附近時(shí)，頂板出現(xiàn)臺(tái)階下沉，這時(shí)老頂巖塊的重量全部由采場(chǎng)支架承擔(dān)。,致因：,垮落帶老頂巖塊壓壞采場(chǎng)支架,垮落帶老頂巖塊,沖擊,壓壞采場(chǎng)支架,離層,沖擊壓壞支架,第二十二頁，共三十

13、七頁。,預(yù)防措施,采場(chǎng)支架的支撐力應(yīng)能平衡垮落帶直接頂及老頂巖層的重量,;,采場(chǎng)支架的初撐力應(yīng)能保證直接頂與老頂之間不離層,;,采場(chǎng)支架的可縮量應(yīng)能滿足裂隙帶老頂下沉的要求,;,遇到平行工作面的斷層時(shí),（,1,）如果工作面支護(hù)是單體支柱，當(dāng)斷層剛露出煤壁時(shí)，在斷層范圍內(nèi)就要及時(shí)加強(qiáng)工作面支護(hù)（最好用木垛），不得采用正?；刂?;,要擴(kuò)大控頂距，并用木支柱替換金屬支柱，待斷層進(jìn)到采空區(qū)后再回柱,;,（,2,）如果工作面支護(hù)是液壓自移支架，若支架的工作阻力有較大的富裕，則工作面可以正常推進(jìn)，若支架的工作阻力沒有太大的富裕，則應(yīng)考慮使工作面與斷層斜交或在采空區(qū)挑頂?shù)拇胧┻^斷層。,第二十三頁，共三十七

14、頁。,2.,厚層難冒頂板大面積冒頂,發(fā)生的條件,：整體厚層硬巖層頂板（如砂巖、砂礫巖、礫巖等其分層厚度大于,56,米）時(shí)，它們要懸露幾千平方米、幾萬平方米，甚至十幾萬平方米才冒落。這樣大面積的頂板在極短時(shí)間內(nèi)冒落下來，不僅由于重量的作用會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊破壞力，而且更嚴(yán)重的是會(huì)把已采空間的空氣瞬時(shí)擠出，形成巨大的暴風(fēng)，破壞力極強(qiáng)。,預(yù)兆,：頂板斷裂聲響的頻率和音響增大；煤幫有明顯受壓與片幫現(xiàn)象；底板出現(xiàn)底鼓或沿煤柱附近的底板發(fā)生裂縫；上下平巷超前壓力較明顯；工作面中支柱載荷和頂板下沉速度明顯增大；有時(shí)采空區(qū)頂板發(fā)生裂縫或淋水加大。,探測(cè)方法,：可以用微震儀、地音儀和超聲波地層應(yīng)力儀等進(jìn)行預(yù)測(cè)，厚

15、層堅(jiān)硬巖層的破壞過程，長的在冒頂前幾十天就出現(xiàn)聲響和其他異?，F(xiàn)象，短的在冒頂前幾天，甚至幾小時(shí)也會(huì)出現(xiàn)預(yù)兆，因此，根據(jù)儀器測(cè)量的結(jié)果，再結(jié)合歷次冒頂預(yù)兆的特征，可以對(duì)大面積冒頂進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，避免造成災(zāi)害。,預(yù)防措施：,（,1,）,頂板高壓注水 （,2,）強(qiáng)制放頂,第二十四頁，共三十七頁。,3.,漏垮型冒頂?shù)闹乱蚣胺乐?致因,：由于煤層傾角較大，直接頂又異常破碎，采場(chǎng)支護(hù)系統(tǒng)中如果某個(gè)地點(diǎn)失效發(fā)生局部漏冒，破碎頂板就有可能從這個(gè)地點(diǎn)開始沿工作面往上全部漏空，造成支架失穩(wěn)，導(dǎo)致漏垮工作面。,預(yù)防漏垮型冒頂?shù)拇胧?：選用合適的支柱，使工作面支護(hù)系統(tǒng)有足夠的支撐力與可縮量；頂板必須背嚴(yán)實(shí)；嚴(yán)禁放炮

16、、移溜等工序弄倒支架，防止出現(xiàn)局部冒頂。,工作面漏垮示意圖,第二十五頁，共三十七頁。,4.,復(fù)合頂板推垮型冒頂,復(fù)合頂板的特征,：,（,1,）,煤層頂板由下“軟”上“硬”不同巖性的巖層組成；,（,2,）“軟”、“硬”巖層間有煤線或薄層軟弱巖層；,（,3,）,0.5m,下部“軟”巖層的厚度,3.0m,。,復(fù)合頂板推垮型冒頂?shù)臋C(jī)理,：,(1),支柱的初撐力小，軟硬巖層下沉不同步，軟快而硬慢，從而導(dǎo)致軟巖層與其上部硬巖層離層,;,(2),下位軟巖斷裂出六面體 的原因,:,1),地質(zhì)構(gòu)造，即下位軟巖層中存在原生的斷層、裂隙或尖滅構(gòu)造；,2),巷道布置原因，即在工作面開采范圍內(nèi)存在沿走向或沿傾斜的舊巷，下沉、斷裂；,3),支柱初撐力低，由于支柱初撐力低，導(dǎo)致下位軟巖層沿煤幫斷裂。,下位軟巖層離層斷裂,第二十六頁，共三十七頁。,預(yù)防措施,應(yīng)用偽俯斜工作面并使垂直工作面方向的向下傾角達(dá),4,6;,掘進(jìn)上下順槽時(shí)不破壞復(fù)合頂板,;,工作面初采時(shí)不要反推,;,控制采高，使軟巖層冒落后能超過采高,;,盡量避免上下順槽與工作面斜交,;,靈活地應(yīng)用戧柱戧棚，使它們迎著六面體可能推移的方向支設(shè),;,在開切眼附近