顶板管理技术(培训).

顶板管理技术与案例综合分析主讲人：黄小四2015.7.16提纲1、加强顶板管理的重要性和紧迫性2、顶板管理的一些基本概念3、顶板管理技术简介4、我省煤矿顶板管理的实践§1、加强顶板管理的重要性和紧迫性一、近年顶板事故情况1、1995－2001年（7年）全省煤矿死亡事故中，顶板事故起数和死亡人数分别占事故总量的44％和28％。对比：瓦斯事故占30％和51％。2、2002－2005年（4年）全省煤矿死亡事故中：顶板事故起数和死亡人数分别占事故总量的55％和39.9％。CK：瓦斯事故分别占20％和36.2％。3、2006－2008年（3年）全省煤矿死亡事故中：顶板事故起数和死亡人数分别占总量的56％和43％。CK：瓦斯事故分别占17.3％和36％。4、2009年1－9月，全省煤矿死亡事故130起，死亡196人，顶板事故分别占58％和48％。44%－55%－56%－58%28％－40％－43％－48％5、2003－2008年，顶板较大事故21起，死亡68人，平均每年3.5起死亡11.3人，几乎每季度发生1次顶板较大事故，死亡人数占全部较大事故死亡人数的10.7％。09.3.18辰溪蒋家坪井坚硬顶板下采煤柱冒顶，死亡6人。顶板事故起数和死亡人数已稳操第一（达到43％－48％），占比呈连续上升态势，较大事故每年均有发生。二、顶板事故案例综合分析1、支护技术和理念落后支护落后，全省仍以木支护为主。支护材料、性能不同，支护效果不同。支护理念落后，多数煤矿不掌握顶板管理基本理论，以“不变（木支护、砌碹巷道）应万变”。支架与支护方式不同，控顶效果不同。现有煤矿数量生产矿井采用壁式采煤方法煤矿采面采用木支护煤矿2007年底2008年11月底2007年底2008年11月底全省合计110912617310381008长沙市29242929株洲市11500114114湘潭市15111515衡阳市96129694郴州市2701126259244永州市25232525娄底市2502952229222邵阳市1082628104104益阳市15001515常德市28662828怀化市62666262张家界3110103131自治州14221414湘煤集团51303317112、随心所欲，不按规程规范作业（1）技术素质低，作业不规范①采掘后不及时支护、空顶作业，超高、超前采掘，乱采乱挖放“浮煤”；05·4·4长沙市澄潭江煤矿－75生平452采区做回采面开切眼，作业人员放炮后空顶作业，黄某被突然掉下来的矸石打中头部死亡。05·7·18涟源市龙塘乡新腾煤矿一上山巷道式采煤，没有及时支护，当头来压发生冒顶，将2名作业人员掩埋致死。②进入工作面作业前或放炮后不“敲帮问顶”；05·7·10浏阳澄潭江镇桥头煤矿在小槽大巷南翼维修，进班时发现伪顶有点裂缝，认为裂缝不大，没有必要处理下来，于是开始砍树架棚。正在架棚时，一块1千多斤的矸石从顶板掉下，砸死1人。③处在不安全地点冒险作业或休息；05·4·21涟源安平镇新万三煤矿325工作面机巷吴某在处理顶板松石过程中，二块重约200公斤的岩石打中吴的头部，当场死亡。05·7·2湘潭韶山亿德煤矿在南大巷砌拱装模。8点进班后拖出2个拱子，拆了模板准备装模，装好一边后，杨某出去挂钩，郭某便在拱下休息，此时顶部矸石垮落下来，将郭埋住致死。④维修巷道不按操作规程要求作业；05·4·6安化县清塘铺镇新胜开发煤矿在维修巷道时，高某想把旧支护敲掉再装新支护，在拆旧支护时发生冒顶，将高掩埋致死。05·6·20冷水江市岩口镇新红煤矿三石门维修，大工阳某在没有加固维修地点的支架时，就拆换已变形的支架造成冒顶，将大工掩埋致死。⑤支柱支在浮煤上，软底不“穿鞋”；⑥回柱放顶锤打斧砍，不用回柱绞车。涟源七星街镇峡山煤矿05·9·24回收四石门运输巷木支架，用斧头撤支架时顶板冒落死亡1人。（2）不按质量标准施工作业①支柱规格小，棚距过大，支架之间无稳定措施，支护质量差；辰溪县煤矿肖家溪井05·4·14事故就存在支护材料直径过小、梁柱未亲口连接等原因。加禾县萝卜安煤矿05·9·11在225采区＋10沿煤回风上山修理，修好4架棚子后正准备抬栌，新架的棚子垮塌掩埋2人致死。②破碎顶板背顶背帮不严实，顶帮内空，来压时突然垮塌；05·7·13涟邵塘冲煤矿11237回采面补充风巷掘进，因当头空帮空顶，凌晨突然冒顶，将副队长吴某掩埋致死。③缺柱、折柱、无效支柱、断梁等不及时补充更换；④倾斜巷道支架无迎山角（“顺山棚”），压力大的巷道不抬栌，冒高巷道不接顶等；⑤分层开采工作面不铺假顶、不洒水灌黄泥浆；⑥不同类型支架混合使用。各种支架在顶板下沉不同时期作用不相同，木柱一般允许最大下沉量为200毫米，若与单体液压支柱混合使用，起初共同支撑顶板，中期木支柱发挥主要作用，当顶板下沉量大于200毫米时，木支柱大部分折损。3、管理上的缺陷①忽视必须的设计和有针对性的采、掘工作面作业规程；②巷道或回采工作面布置不合理，过于集中导致应力集中，巷道上下重叠措施不当造成掉底；04·6·30慈利县零阳胜利煤矿在三号下山往矿车里装煤的过程中突然底板垮落，致朱某死亡。③地质、测量工作薄弱，巷道测量和填图不及时，构造变化和巷道位置不清；④有关顶板管理制度形同虚设，现场无章可循，工程质量差，三违现象严重；⑤缺少顶板管理方面的安全教育和技术培训；⑥轻视巷道维修，巷道失修严重。05·4·26冷水江市涟溪矿业公司一工区＋270水平补二石门5煤巷道失修严重，作业人员进入巷道，李某的矿灯带挂上断梁引起冒顶，将李某掩埋致死。4、环境条件制约①煤层赋存不稳定，地质构造复杂；②开采造成围岩应力集中；③急倾斜煤层开采、残采、复采，环境条件差；④煤矿严重缺少采矿、地质工程技术人员；06年全省煤炭行业采矿工程技术人员共2267人，其中采矿1064人，地质241人；在煤矿企业的1622人，60％分布在国有煤矿。攸县150个煤矿，年产420万吨煤，其中148个非国有煤矿仅有1名科班的专业技术人员。⑤采掘工人过度流动，缺少熟练技术工人。如：洪山殿公司05年末1890名工人，其中采掘778人，均无技术职称；初中及以下文化程度占75％；778名采掘工人中，从事采掘工作2年以下的占46％；2004年招收476名采掘工人，到年底仅剩50人；班组长中30％只有2年以下工作经验。09.10.16浦溪煤矿发生突出死亡8人，除1人31岁，其余均在38岁以上；3名采掘工人和一名抽放管子工均为07.12以后入矿的。矿井生产规模与百万吨死亡率之间的关系y=109.39x-1.0184R2=0.9248024681012050100150200250300350矿井规模，万t/a百万吨死亡率国有重点煤矿采煤机械化程度与百万吨死亡率关系y=26620x-2.3338R2=0.944201234563540455055606570758085机械化程度,%百万吨死亡率三、顶板管理从经验到科学的转变针对煤层赋存条件各异、工作面不断推进、构造复杂多变的特点，进行顶板控制设计，实现科学管理。1、顶板控制设计基础：研究和掌握各类（个）具体煤层需要控制的上覆岩层范围及其运动规律（包括运动发生的时间和条件等）。（1）不同类型顶板事故往往与不同类型的顶板结构对应，分析顶板结构特征，认识和分析在该结构下可能发生的顶板事故类型和特点，是有针对性防治顶板事故的前提。结构面（弱面）对结构的影响（2）开采引起的上复岩层破断运动，对工作面直接顶的冒落活动有决定性影响。2、针对具体煤层条件选择和用好支护手段：掌握各类支架的特性及其在不同生产现场所能达到的有效支撑能力。了解支护，选好支护，发展支护（单体液压支柱、液压切顶支柱、十字顶梁、前探梁等），用好支护，监测支护（质量）。3、了解支架与顶板运动间的关系，确定支架对顶板的合理工作状态，设计安全上可靠、经济上合理的顶板控制方案。§2.顶板管理的一些基本概念概念（矿山压力控制，顶板管理）概念的本质特征描述概念的适用条件概念的特例概念的例外概念可能相互转换及其转化条件如直接顶与老顶相互转化基于以下原因：1、地质条件变化。岩层厚度变小，原为老顶的岩层可能随回柱冒落；岩层变厚，原垮落的岩层可能向老顶转化；大的断层构造，可以切割传递岩梁，使很大范围的老顶向直接顶转化。2、采动条件变化。增加采高，允许岩梁弯曲沉降的实际空间增大，老顶中的岩梁可能转化为直接顶；降低采高，原直接顶可能转化为老顶。3、改变采空区顶板处理方法。采用充填，减少岩层弯曲沉降的运动空间，原直接顶转化为老顶。1.煤层的顶、底板•煤系是含煤岩系的简称，它是指有成因联系且含有煤层的一套连续沉积而形成的沉积岩层。主要由各种粉沙岩、砂岩、页岩以及泥岩等沉积岩组成。煤层的顶底版是指煤系中位于煤层上下一定距离内的岩层。了解这些岩层的岩性特征、层厚、层理及节理发育程度、强度，可塑性等，对确定采煤方法、设备选择、顶板管理和巷道支护方式、估计煤与瓦斯突出的危险性均有重要意义。•通常用煤系地层地质柱状图来表示煤层的顶底板。•煤层的顶板。从采煤工作的角度，根据顶板岩层变形和垮落特征以及与煤层的位置关系，可将顶板分为伪顶、直接顶和老顶三种，如图2－1a所示。•根据岩层的相对位置及开采过程中岩层变形、垮落的难易程度，顶板可分为伪顶、老顶和基本顶3部分。•（1）伪顶――直接与煤层接触，极易垮塌的薄层岩石，常随采随落，厚度一般仅几厘米到几十厘米；岩性多为炭质页岩。•（2）直接顶――比伪顶不易垮落，但将煤采出后，一般自行垮落；它是顶板维护和管理的对象，一般厚度可达几米，岩性常为粉砂岩、泥岩。•（3）老顶――一般在长时间内不易自行垮塌，往往只发生缓慢下沉。一般厚度较大，岩性多为砂岩、石灰岩。•值得注意的是并不是每一煤层顶板都可分为上述三种。这取决于煤系沉积过程，比如山西大同等地于煤层直接接触的是老顶，为河相砂岩。2）煤层的底板。•煤层的底板岩石可分为直接底和老底两种，如图2－1b所示。•a－煤层顶板；b－煤层底板•1－中粒砂岩；2－砂质页岩；3－炭质页岩；4－煤；5－粘土岩；6－粉砂岩•（1）直接底――以富含炭质的粘土岩最为常见，厚度一般几十厘米。如果直接底的岩性是遇水后膨胀粘土岩，则可造成巷道底板隆起（底鼓）现象，轻者影响巷道运输于支护，重者使巷道遭受破坏。•（2）老底――位于直接底之下，常为粉砂岩或砂岩，在南方有些煤矿也可见到石灰岩老底。详细了解煤层底板各层岩石岩性、厚度、强度、含水性、遇水膨胀性等，对于合理布置岩巷（通常是大巷）及支护巷道有主要意义。2．煤层的结构、厚度•根据煤层中有无较稳定的夹矸层，可将煤层分为两类。•（1）简单结构煤层。这类煤层中没有呈层状出现的较稳定的矸石夹层，但可能含有透镜体或结核。•（2）复杂结构煤层：这类煤层中含有较稳定的矸石夹层。通常厚度较大的煤层往往是复杂结构的。•各个地区煤层厚度不一，由几厘米到几十厘米甚至上百米。在目前经济技术条件下，可以开采的煤层厚度称为开采厚度。国家或地区规定的开采厚度的最低标准称为最低开采厚度。根据煤层厚度对开采技术的影响，煤层可分为3类：•薄煤层―――小于1.3m的煤层；•中厚煤层――厚度在1.3~3.5m的煤层；•厚煤层―――厚度大于3.5m的煤层；•在生产工作中，习惯上将厚度大于6m的煤层称为特厚煤层。•任何煤层的厚度，实际上或多或少总有些变化。根据煤层厚度变化情况（稳定性），可将煤层分为四类，即稳定煤层、较稳定煤层、不稳定煤层、极不稳定煤层。（三）煤层的形态•原始沉积的煤层，应该是水平或近水平的并在一定范围内是连续的。由于后期地壳运动及外力地质作用的影响，使煤层随煤系地层发生变形和变位，形成各种构造形态。•煤层的空间形态及展布方向用产状要素，即走向、倾向和倾角来表示，被称为产状三要素，如图2－2所示。•走向：煤层层面与面的交•图2－2煤层的产状要素•ab－走向线；cd－倾斜线；•ce－倾斜线；a－煤层倾角•线称为走向线，它是水平一条水平线；走向线向两边延伸的方向称为走向，它代表了岩层层面在水平面上延伸方向。•倾向：即煤层的倾向方向，它与