顶板控制及监测111

采场顶板控制与监测技术前言我国煤矿中，因顶板事故而死亡的人数，多少年来一直居各种事故死亡人数之首，只有极个别年份与瓦斯事故而死亡的人数相当。本书要解决的就是预防发生顶板事故问题，对采矿工程专业的学子，这无疑是一门非常重要的课程。实践表明，只要领导重视，狠抓技术与管理，完全可能降低顶板事故的百万吨死亡率。例如，原煤炭部自1985年开始狠抓这项工作，至1996年煤炭部被撤销，部属大型煤矿顶板事故的百万吨死亡率由1.8减小到0.36。在这段时间中，技术上在采场大力推广应用液压自移支架与单体液压支柱，在巷道大力推广应用U形钢可缩支架及锚杆支护；管理上制定了许多控制措施与指标并大力推广应用“支护质量与顶板动态监测”新技术，把顶板管理工作由经验型推进到科学型。有关内容，本书中都有反映，而且在一些方面还有所发展。本书是按四年制本科采矿工程专业的要求编写的。由于学时的限制，一些只为定性用的力学推导，只保留其结论而不介绍其过程，这样做一点也没有降低解决实际问题的水平。此外，本书在紧密与生产实践相结合方面，可能做得更好一些。概述1、在我国煤矿（国有重点煤矿）中，顶板事故伤亡人数占煤炭行业总伤亡人数的比重较大。2、顶板事故又分为采场（工作面）顶板事故和巷道顶板事故3、54年－85年期间，顶板事故占总死亡人数的45%。4、采场（工作面）顶板事故占3/4，巷道顶板事故占1/4采场事故①按支护类型分：磨擦支柱、木支柱占93%、其它支柱占7%②按顶板类型分：直接顶板事故占93%、老顶事故占7%③按冒顶类型分：局部冒顶占70%、大型冒顶占30%④按地点分：机道炮道占26%、放顶线占15%、上下出口占15%、其他地点占44%采场事故①1986年----1992年顶板事故死亡人数占总死亡人数的40%，有所下降，但比例也发生变化。其中：采场顶板事故占2/3巷道顶板事故占1/3②科技发展；工作面支护改革；巷道断面加大、长度加长采场事故①1999年，顶板事故死亡1997人，占30.8%②2000年，顶板事故死亡人数1546人，占26.5%③2001年，顶板事故死亡人数2679人，39.79%（瓦斯2546）④2002年，顶板事故死亡人数2766人，占39.5%（瓦斯2407人）煤矿企业一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故占死亡人数的77%。2002、2003年按事故类别统计分析2002、2003年全国煤矿死亡事故发生次数对比图0200400600800100012001400水灾火灾顶板运输放炮瓦斯机电其他次数2002年情况2003年情况2004年全国20亿t,死亡6000人,百万吨死亡率3南方十省产煤近2亿t,死亡3000人,占全国的1/2,百万吨死亡率为15国有煤矿产量占61%,死亡1746人百万吨死亡率为1.4全国乡镇煤矿产煤为总产量的39%,死亡4263人占全国的70%,百万吨死亡率为6全国高产高效矿井177处(含瓦斯大的矿井)产量5.6亿t,百万吨死亡率0.06地质条件差(瓦斯与地应力复杂),经济状况不好,很易引发大事故中国煤炭资源埋藏浅、开采条件较好的地区主要集中在秦岭一太行以北的晋陕蒙宁和新疆地区，其余地区的开采条件都比较复杂。特别是浙江、福建、湖北、湖南、广西等省区的煤炭资源大部分不适宜机械化开采。内蒙古2008年产煤4.73亿t，百万吨死亡率0.053。湖南煤炭产量5856万t，百万吨死亡率为4.66，湖北煤炭产量1205万t，百万吨死亡率8.38,百万吨死亡率分别是内蒙的88倍和158倍。今年上半年，内蒙古煤炭产量达2.86亿t，同比增加6160万t，上半年煤炭增量几乎是湖南、湖北两省全年产量之和，折算并压减此两省煤炭产量，可以减少全国煤矿死亡人数近400人，见表2。科学的顶板管理1.科学管理顶板：“合理顶板控制设计”和“支护质量与顶板动态监测”。2.管好顶板、最大限度地消除冒顶事故，必须：合理顶板控制设计；支护质量与顶板动态监测（矿压观测）。3.支护质量监测：支护参数是否符合合理顶板控制设计的要求。4.顶板动态监测：保证顶板处于良好状态，保证采场正常而安全的生产。顶板事故发生原因分析（1）自然因素（2）技术因素（3）人为因素2002、2003年全国煤矿死亡事故发生次数0100200300123456789101112月份事故次数03年事故次数02年事故次数煤矿重大事故构成及发展动态分析1我国煤矿工亡事故构成及动态分析死亡率居高不下的原因和条件死亡率居高不下的原因和条件瓦斯瓦斯30.87%30.87%机电机电4.06%4.06%运输运输13.06%13.06%顶板顶板36.14%36.14%放炮放炮2.34%2.34%水害水害5.06%5.06%火灾火灾1.51%1.51%其它其它6.97%6.97%1986~19951986~1995年全国煤矿死亡事故按事故性质统计所占比例年全国煤矿死亡事故按事故性质统计所占比例死亡率居高不下的原因和条件死亡率居高不下的原因和条件瓦斯瓦斯42.96%42.96%机电机电1.70%1.70%运输运输8.70%8.70%顶板顶板33.10%33.10%放炮放炮1.20%1.20%水害水害8.00%8.00%火灾火灾1.00%1.00%其它其它3.10%3.10%20012001年全国煤矿死亡事故按事故性质统计所占比例年全国煤矿死亡事故按事故性质统计所占比例1995年2001年2不同体制管属煤矿工亡事故构成及动态分析（1）不同体制管属煤矿产量比重及发展态势♦产量比重及态势1995年2001年（2）不同体制管属煤矿工亡事故（比重）构成♦比重及态势1995年2001年♦结论（分析）尽管乡镇煤矿产量比重较大幅度减少，居高不下的百万吨死亡率并没有得到根本性的转变。我国煤矿工伤事故控制的差距及原因分析（1）差距对比（百万吨死亡人数与先进国家对比）0.111.025.030.060.120246兖矿集团国有重点山东省全国美国澳大利亚1.2我国百万吨死亡人数是美国等先进采煤国家的50~10倍♦2000年百万吨死亡率：5.68是美国（0.039）的145倍；工伤总数：超过6000人，是世界工亡总数的3倍；♦与印度（发展中国家）对比：是印度（0.42）的13倍（2）原因分析①开采煤层条件复杂；②乡镇煤矿比重大；③采掘机械化装备水平低；④管理水平低（缺少高素质技术人员和管理干部，缺乏高新技术武装的安全监控装备）；⑤针对国情的事故控制理论、方法、手段研究不深入。1.1984年开始，顶板事故调查。2.1988年，支护质量与顶板动态监测。3.1992年，顶板控制设计。4.1985~1996年，全国顶板管理工作会议。5.1989、1991年全国统配煤矿九次支护质量与顶板动态监测新技术培训班。采场顶板控制及监测技术顶板活动基本规律顶板事故及预防防冒顶的采场控制设计顶板动态与支护参数支护质量与顶板动态监测顶板与底板垮落带与裂隙带顶板事故分类压垮型机理及预防漏冒型机理及预防推垮型机理及预防特殊条件防冒措施对支架的基本要求顶板控制原则综采面的控制原则单体面的控制原则老顶参数的估算顶板状态参数支护质量参数老顶来压预报支护与顶板监测关系单体面的监测综采面的监测基础机理及预防设计监测与保障第一章采场顶板控制基础知识一、顶板：煤层上方的岩层第一节顶板与底板1.顶板运动方式1）采煤后，顶板岩层按“分层”由下而上依次逐个下沉、断裂、冒落。2）“分层”可能是：—同一岩性的整体岩层—同一岩性中较厚岩层中的一部分岩层—由下硬上软不同岩性岩层组成的岩层，此时软岩层为硬岩层的附加岩层。2.分层的硬(强度大)与软(强度小)1）分层的硬与软，不仅与岩性和强度有关，而且与分层的厚度有关。2）分层厚度小的岩层，分层强度较小。3）分层厚度大的岩层，分层强度较大。3.老顶与直接顶1）顶板：煤层上方的岩层。2）老顶(牢顶)：厚度大于1.5~2.0m，较坚硬的分层，岩性多为砂岩、砂砾岩、石灰岩等。3）直接顶：直接在煤层上面，厚度小于1.5~2.0m，较软弱、下面又无老顶的分层，岩性多为页岩、砂页岩等。4）底板：直接在煤层下面的岩层。在煤层和直接顶(或老顶)之间，有时存在一层厚度小于0.5m、随采随冒的软弱岩层，叫做伪顶，常见的伪顶有碳质页岩、泥质页岩等。当老顶分层基础岩层厚度大于4m时为厚层难冒顶板。与煤层顶板相对应，直接在煤层下面的岩层叫做直接底。顶板管理主要是管好直接顶和老顶。直接底过于软弱时，也会给顶板管理带来一定困难。