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教案(十二)复合顶板“推垮型”冒顶浅析所谓复合顶,系指具有“软、弱、薄”三大特点的顶板。所谓软——系指岩性上,上硬下软,差异很大;所谓弱——系指结构上,软硬岩层之间存在弱面,构成了复合关系;所谓薄——系指下位软岩的总厚度较薄,冒落后不能充满采空区接上硬岩层。由于上述特点决定了在初次放顶期间,软硬岩层不能同步下沉,极易离层、极难管理、极易发生“推垮型”冒顶;因此复合顶板,是采面顶板管理的难点。以下就复合顶板“推垮型”冒顶的相关问题谈几点浅见:■推垮规律■推垮机理■推垮特点■推垮危害■防范措施本教案重点论述:◆复合顶板“推垮型”冒顶是怎样形成的﹖◆应如何避免﹖一、推垮规律由于上述特点,决定了在采煤工作面:■初次放顶期间■初次来压结束之后■周期来压结束之后的三个生产时段,尤其是在初次放顶期间,软硬岩层不能同步下沉,极易离层、极难管理、极易发生“推垮型”冒顶,这就是复合顶板“推垮型”冒顶的规律。因此说,初次放顶期间是“推垮型”冒顶的“多发期”,要严加防范。二、推垮机理1.部分局、矿,复合顶,初次放顶期间发生较大“推垮型冒顶”事故,部分案例:1972年某矿,采面摩、铰支护,初放推垮55m,死5人。1981年某矿,采面长23m,摩、铰支护,初放推垮18m,埋13人死7人。1981年某矿,采面摩、铰支护,初放推垮11m,埋12人死11人。1981年某矿,采面摩、铰支护,初放推垮37m,埋14人死13人。由此可见,各事故单位有以下的不同情况:(1)顶板岩性——复合顶、“再生复合顶”、伪顶、金属网顶等。(2)支护形式——摩铰、单铰都有;特殊支架也各不相同。(3)采面要素——长的短的、高的矮的、倾角大的小的都有。(4)推进度——装面的、撕帮的、推4m、5m、7m、8m的都有。(5)事故工序——采煤、回柱、放炮、割煤等。如何正确理解、分析和解决上述问题,无疑是生产矿井的重大课题。虽然各事故单位情况不同,我们应达成两点共识:①俗话说:“万事开头难”,而采面的初次放顶,是重大顶板事故的“多发期”,各级领导务必高度重视,切实抓好。②上述案例,虽然各自的地质条件、技术装备、采面要素、工序、事故造成的后果等各不相同,但却有其“共性的、内在的、真实的”原因,即:顶板有大面积离层,支柱初撑力低、稳定性差、支架质量低劣。2、推垮的原因与机理复合顶板推垮型冒顶事故的形成,原因往往是多方面的。现从表1中淮南谢二矿两起典型的同类推垮型冒顶案例的对比分析,看复合顶板推垮型冒顶事故形成的原因与机理:(见表1)。序号项目3.9事故2.16事故1事故时间1974年3月9日1976年2月16日2采面概况斜长(m)11064倾角(度)2323采高(m)1.52.0顶板岩性荆笆假顶与再生老顶荆笆假顶与再生老顶3上下分层压茬时间(月)15104切眼内错距离(m)35(外是薄煤带)55是否反采未反采半峒同类推垮型冒顶事故比较表表1—1同类推垮型冒顶事故比较表表1-2序号项目3.9事故2.16事故6基本支架一梁四柱木顺山棚一梁四柱木顺山棚7特殊支架上下口各一木垛、其余一梁二柱走向挑棚中~中10m一木垛、其余一梁三柱走向挑棚8初次放顶最大悬顶距5.6(违章超峒20m)6.4(违章超峒32m)空顶距3.63.2放顶距2.00.8+2.4=3.2分两次回9事故点离层面积m2548010推垮面积m26810211事故工序放顶沟放顶沟12伤亡情况死亡4人埋8人死亡5人万在分析“3.9”事故时,多数人认为特殊支架少,是发生“3.9”事故的主要原因,若能多装几个木垛,事故可能就会避免了。对3111b-2面初次放顶时,就片面接受了这一教训,把特殊支架增加到史无前例的程度(见表1),结果却发生了史无前例的推垮,教训极其沉痛。笔者是“2.16”事故的幸存者,在现场连续指挥初次放顶和参与事故抢救长达20小时,目睹了一切。惨痛的教训使我深刻认识到,此类推垮绝不是单纯的支护强度问题,也不是所谓的几条技术管理问题,它有其本质的内在原因。在分析“2.16”事故时,绝大多数人认为技术管理不善、违章作业,是发生“2.16”事故的根本原因,如:☆切眼未跟芭☆内错距离近☆压茬时间短☆悬顶距离大☆不应当反采这些原因似乎很有道理,但与“3.9”事故一比较就不难看出其片面性。“2.16”事故所谓的技术管理问题,在“3.9”事故中一条也不存在,如:切眼跟芭、内错距离大、压茬时间长、也未反采等。更值得深思的是,为什么“3.9”事故未在违章超峒、悬顶距离大的地段推垮,而偏偏发生在悬顶距离小的按章作业的区域﹖通过事故调查确认,两次典型的推垮型冒顶有其共同特点:※事故点垮前都有大面积离层※“事故钩”都位于离层区下方※离层区全部垮完离层为什么会导致推垮呢﹖因为离层顶板已失去了与老顶的依存和控制,呈自重状态存在于支架上,并时刻具有下滑趋势。由于其下方的顶板没有离层,对离层区的顶板形成了“相对支撑点”。阻碍了离层顶板的自重下滑,保持其暂时的、相对的平衡状态。一旦“相对支撑点”的支架被回掉,就会瞬间推垮。“相对支撑点”对其上方“离层区”的支架和顶板存在着以下特殊关系:■存在着“相对支撑”的特殊关系■存在着“同生死、共存亡”的特殊关系■存在着“牵一发动全身”的特殊关系■存在着“一支不动、百支不摇,动了一支、百支倾倒”的特殊关系。这就是说形成推垮的三个“充要条件”是:※顶板有大面积离层;※支柱初撑力低,稳定性差;※煤层有一定倾角。一旦三个条件同时具备,离层顶板自重形成的“下滑力”大于对其的“合阻力”时,就会在瞬间推垮,这就是复合顶板“推垮型”冒顶的机理。换言之:■顶板有大面积离层,支柱初撑力低稳定性差是发生推垮的“根本原因”;■离层顶板的自重下滑,是导致推垮的“唯一动力”;■老顶“不参与”推垮。三、“推垮”特点可概括为,“三无、一快、正向倾”:■垮前——采场无明显压力。■垮前——大都无明显预兆。■垮后——上位硬岩大面积悬露,但采场仍无明显压力。■垮时——时间短、速度快、面积大、来势猛。■支架——无折损现象大都沿正倾斜方向倾倒。推垮大都在活动顶板的工序(如回柱、放炮、割煤等)发生。四、推垮危害由于垮前没有明显预兆,垮时时间短、速度快、面积大、来势猛,因而防不胜防,往往来不及撤人,可能会导致多人伤亡事故。危害极大,应严加防范。五、防治措施理论与实践告诉我们,对“复合顶板”防治的主要任务是:防止下位软岩离层、控制“推垮”。其支护设计的指导原则是:“支、护”兼顾,以提高“初撑力”为主,单体液压支柱应中定位布置。只要采煤工作面工程质量优良,支柱“初撑力”达到或超过“理论公式”或“经验公式”的要求,就可把复合顶板的下位软岩支牢、贴紧,杜绝推垮。其防治措施,可概括为清、防、严、保四个字:清——一是要弄清煤层赋存条件、顶底板岩性。二是对复合顶推垮的机理、规律、防范措施要清楚。防——防止“下位软岩”离层。严——严格“精细化”管理;严格工程质量;严格规章制度;严格按章作业。保——要强化矿压监控,确保支柱的“初撑力”达到或超过“理论公式”或“经验公式”的要求,这样就可把复合顶板的下位软岩支牢、贴紧,杜绝推垮。对复合顶板“推垮型”冒顶的防治,必须牢固树立以下观念:★树立“推垮危险区”的观念;★树立“相对支撑”的观念;★树立“推垮机理”观念;★树立“初撑力第一”的观念;★树立“三个并重”观念。六、再实践多年来,多个国有重点矿井,对采面工作面复合顶板的管理,采取了上述措施,都获得了良好的安全效果。应用实例,略。上述理论公式、经验公式和预防措施,煤炭行业已达成共识,并被类似条件的矿区普遍采用,只要落实到位,复合顶板“推垮型冒顶”是完全可以避免的。
本文标题:(12)复合顶板“推垮型冒顶”浅析
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