【采矿课件】第六章煤矿顶板灾害防治

第六章煤矿顶板灾害防治目录•第一节基本理论概述•第二节回采工作面顶板的日常管理•第三节回采工作面顶板灾害防治技术•第四节巷道顶板灾害的防治•第五节顶板事故处理•复习题•问题思考第一节基本理论概述主要内容•一、项板事故的形式和特点•二、影响顶板事故的主要因素•三、支护原理一、项板事故的形式和特点井下回采工作面和巷道由于其支护要求、方式和支护空间的差异，其冒顶的表现形式通常不同。（一）回采工作面顶板事故1.局部冒顶事故工作面局部冒顶事故多发生在单体支护工作面,尤其是在木棚及金属摩擦式铰接顶梁支护工作面。2.大冒顶事故回采工作面的大冒顶事故也叫采场大面积切顶、落大顶、垮面。第一节基本理论概述1）由直接顶运动所造成的垮面事故就其作用力的始动方向可分为以下两大类：（1）推垮型事故。包括走向推进工作面常发生的倾向推垮型事故，如图6-1-1a、b所示，及倾斜推进工作面容易发生的向采空区方向推垮型事故，如图6-1-1c、d所示。图6-1-1直接顶运动引起的推垮型事故a-顶板沿倾斜方向推垮前；b-顶板顶板沿倾斜方向推垮后；c-顶板向采空区方向推垮前；d-顶板向采空区方向推垮后（2）压垮型事故。包括向煤壁方向压垮，如图6-1-2a、b所示，及向采空区方向压垮型事故，如图6-1-2c、d所示。图6-1-2直接顶运动引起的压垮型事故a-顶板向煤壁方向压垮前；b-顶板向煤壁方向压垮后；c-顶板向采空区方向压垮前；d-顶板向采空区方向压垮后2）由老顶运动所造成的垮面事故就其作用力的性质和始动力的性质和始动方向不同也可分为以下两种类型：(1)冲击推垮型（即砸垮型）事故图6-1-3所示。图6-1-3老顶运动引起的冲击推垮（砸垮）型事故a-煤壁片塌和顶板下切；b-老顶把直接顶推垮（2）压垮型事故。事故过程如图6-1-4所示。图6-1-4老顶运动引起的压垮型事故a-靠近采空区支柱先压断；b-支柱全部压断而垮面应该指出的是，整体液压支架一般由于其初撑力及其工作阻力比较高，可缩量大，发生大冒顶的机率较小。归纳上述各类顶板事故，大致情况如图6-1-5所示。图6-1-5采场顶板事故分类3）大冒顶事故发生的时间地点图6-1-6老顶初次来压前状况这是由于老顶岩梁在初次来压前其两端由煤壁等高支撑，顶板下沉很小，如图6-1-6所示。图6-1-6老顶初次来压前状况（二）巷道顶板事故巷道的变形和破坏形式是多种多样的，巷道中常见的顶板事故按照围岩破坏部位可分为：巷道顶部冒顶掉矸、巷道壁片帮以及巷道顶、帮三面大冒落三种类型。按照围岩结构及冒落特征又可分为：镶嵌型围岩坠矸事故、离层型围岩片帮冒顶事故、松散破碎围岩塌漏抽冒事故以及软岩膨胀变形毁巷事故等几种形式另外，巷道中的冒顶还会由于斜巷跑车冲倒支架、车辆掉道和车上的物料突出车外引起支护受损以及支护方式选择不当或质量不合格而不能承受矿山压力等因素引起。二、影响顶板事故的主要因素（一）影响回采工作面顶板事故的因素1.自然因素（1）煤层倾角。煤层倾角对回采工作面矿山压力显现的影响是很大的。对于缓倾斜煤层来讲，老顶来压步距较短，来压较易控制。特别是急倾斜特厚煤层水平分层开采，在顶板为坚硬岩层时，来压时顶板大面积冒落往往形成强烈的冲击地压现象。（2）回采工作面的围岩组成。回采工作面的围岩，一般是指直接顶、老顶以及直接底的岩层。老顶的失稳、来压强度以及老顶和直接顶的相对位置关系不仅对直接顶的稳定性有直接影响，而且对确定支护强度、支架具备的可缩量以及选择采空区处理方法等，都起着决定性作用。（3）地质构造。（4）开采深度。（5）煤层厚度。中厚及厚煤层要比薄煤层发生顶板事故的机率大。其主要原因：一是厚煤层分层开采的下分层在假顶条件下，工作面刚开始推进时顶板胶结不好，容易首先发生局部冒顶，二是采出空间大，不利于老顶形成自稳结构。2.开采技术开采技术对回采工作面顶板管理的影响是多方面的，不仅与支护方式有关，还受到回采工艺及其参数（采高、控顶距、循环进度等）、采空区处理方式、是否分层开采等开采技术因素的影响。另外，不同的回采工序对顶板下沉量的影响也是不同的。在一定地质条件下，采高与控顶距是影响上覆岩层破坏状况的最重要因素之一。因此，随采高与控顶距的增大，在支承压力的作用下，工作面煤壁也越不稳定，易于片帮。（二）影响巷道顶板事故的因素1.自然因素(1)岩石性质及其构造特征。(2)开采深度。采深大时，由于上覆岩层重量大，形成的支承压力较大。(3)煤层倾角。煤层倾角不同往往使巷道破坏形式有差别。(4)地质构造因素。(5)水的影响。(6)时间因素的影响2.开采技术因素影响巷道顶板事故的开采技术因素主要包括：(l)巷道与开采工作的关系，如巷道是处于一侧采动还是两侧采动的条件下，是受初次采动还是受多次采功影响；(2)巷道的保护方法，如巷道是依靠留煤柱保护还是在巷旁用专门的刚性充填带保护；(3)巷道本身采用的支架类型和支护方式。三、支护原理1.回采工作面支护原理根据矿山压力的理论，整个回采工作面上覆岩层中，裂隙带老顶岩层能够形成一种“大结构”，如图6-1-7所示图6-1-7回采工作面裂隙带岩梁“大结构”A煤壁支撑影响区（a-b）；B-离层区（b-c）；C-重新压实区（c-d）；-冒落带；-裂隙带；-弯曲下沉带；a-支撑影响角2.巷道支护原理图如图6-1-8所示。图6-1-8支架与围岩相互作用关系图1-围岩松动破坏前的承载和变形曲线；2-围岩松动破坏后的承载和变形曲线；3-支架承载变形曲线岩层应力线第二节回采工作面顶板的日常管理主要内容•一、回采工作面顶板情况和来压的预测•二、回采工作面顶板管理的技术要求•三、回采工作面顶板管理的制度要求一、回采工作面顶板情况和来压的预测（一）破碎情况的预测预报工作（1）构造破碎的推断（2）支承压力影响分析。（3）预测预报顶板情况（二）老顶来压的预测预报1．在生产中反映老顶动态情况的主要现象有：（1）顶板下沉速度的变化，老顶在两次强烈运动之间，特别是临近再次运动前夕，将有一个十分沉静的阶段，在这一阶段的顶板下沉速度小而稳定，采煤过程如此，放顶过程中可以更明显的看到。（2）支柱的承载情况，支柱受力是顶板运动的结果。（3）直接顶中强度较高、支承压力破坏不严重的都分，在上覆岩层相对静止时期，可能顶板放不下来而出现悬顶现象。（4）“板炮”（铁柱子“放炮”）、顶板高速沉缩时发出雷鸣般的声响，是老顶活动的标志，顶板愈坚硬，这一现象愈明显。2．预示来压的支承压力显现主要有：（1）顶板的挠曲程度。（2）煤壁片帮。（3）支柱钻底。二、回采工作面顶板管理的技术要求在做好工作而顶板活动和来压预测的基础上，搞好日常顶板管理需要抓住如下几方面关键的工作：1．单体支护密度在确定了必要的支护强度PT后，支护密度n即可由下式求出，即：式中RT为支柱在工作面实际能够达列的平均承载能力，可由下式求得，即：式中KZ－支柱增阻系数；KB一支柱承载不均匀系数；RB一支柱的终工作阻力。TTRPn（6-2-1）BZBTRKKR（6-2-2）2．单体支护控顶方式根据现场实践经验和理论上的分析研究，其原则可大致归纳如下：1）周期来压不明显的采场，特别是在直接顶松软或者是采底分层的情况下，应当尽可能的缩小控顶距和放顶步距。2）周期来压明显、强度较大的采场，单体支护工作面一般应适当加大控顶步距。3.采煤、控顶之间的时、控关系组织其中：1）对于周期来压不明显的采场，特别是直接顶本身岩性强度不高，顶板稳定性差的情况下，单体支护工作面应当强调跟随机后架设临时支柱、采煤、控顶平行作业，尽可能缩小采煤、回柱放顶操作间的距离，以增加工作面推进速度。2）对于周期来压明显，来压较大，顶板稳定性好的采场，应当在来压前后采取不同的时、控组织方案4．单体支护工作面辅助性控顶支护（特种支护）的选用1）周期压力不明显，特别是直接顶板强度不高，采空区无悬顶（或悬顶很小）的情况下，只要基本支柱的承载能力满足要求，一般无需增设辅助性支护。2）对于周期来压明显的采场，应当在来压前夕增设特种支护加强顶板管理，直接顶强度高（有较大跨度的悬顶）应在靠放顶排打斜撑戗柱棚。5．来压前顶板的管理单体支护工作面，要求：1）保证支柱有足够的初撑力，架设时打紧水平楔。2）防止支柱钻底。对于支承压力大（来压步距大），底板强度低的采场，应在来压前让支柱穿上“硬鞋”，防止来压时支柱钻入底板，否则支护密度再大，操作质量再好，也起不到作用。3）提前打好戗柱、木垛等特种支护，起到双保险的作用。4）在接近来压时刻要尽可能避免在采场同时进行采煤和放顶工作。三、回采工作面顶板管理的制度要求首先，要严格执行《煤矿安全规程》的有关要求：(1）采煤工作面必须按照作业规程的规定及时支护，严禁空顶作业。所有支架都必须架设牢固，并有防倒柱措施。(2）严格执行敲帮问顶制度。在开工前，班（组）长和安全检查工必须对工作面安全情况进行全面检查，确认无危险时，方准工人进入工作面。(3）采煤工作面必须及时放顶或充填，控顶距离超过作业规程规定时禁止采煤。(4）用垮落法控制顶板时，回柱放顶的方法和安全措施，放顶、爆破、机械落煤等工序平行作业的安全距离，以及放顶区内支架、木柱、木垛的回收方法，都必须在作业规程中明确规定。(5）开采近距离煤层，上一煤层采用刀柱法、条带法或带状充填法控制顶板，下一煤层采用垮落法控制顶板时，必须制定控制顶板的安全措施，报矿务局（公司）、矿总工程师批准。（6）采煤工作面的伞檐不得超过作业规程的规定，不得任意丢失顶煤和底煤。（7）采煤工作面必须经常存有一定数星的备用支护材料。(8)采用人工假顶分层垮落法开采的采煤工几作面，人工假顶必须铺没好，搭接严密；（9）采用倾斜分层垮落法回采时，下一分层的采煤工作必须在上一分层顶板垮落的稳定区域下面进行。（10）采用综合机械化采煤时，必须遵守下列规定：①必须根据矿井各个生产环节、煤层地质条件、煤层厚度、煤层倾角、瓦斯涌出量、自燃发火倾向和矿山压力等因素，编制设计（包括设备选型、选点）。②运送、安装和拆除液压支架时，必须有安全措施，明确规定运送方式、安装质量、拆装工艺和控制顶板的措施。③工作面煤壁、刮板输送机和支架都必须保持直线。支架间的煤、矸必须清理于净。④液压支架必须接顶。⑥采煤机采煤时必须及时移架。严格控制采高，严禁采高大于支架的最大支护高度。当煤层变薄时，采高不得小于支架的最小支护高度。⑦当采高超过3m或片帮严重时，液压支架必须有护帮板，防止片帮伤人。⑧工作面两端必须使用端头支架或增没其他形式的支护。⑨工作面转载机安有破碎机时，必须有安全防护装置。⑩处理倒架、歪架、压架以及更换支架和拆修顶梁、支柱、座箱等大型部件时，必须有安全措施。另外，对于容易发生冒顶事故的单体支护工作面，还应该注意如下的问题：(1）工作面端头支护形式、材料、规格必须在作业规程中明确规定，总的要求应该是加强支护且有长梁抬棚，抬棚梁的长度应能保证在移动输送机头尾且替换支柱时不松动顶板，一般长度应为最大控顶距加循环进度，通常为2.4md的Π型钢梁或工字钢梁。(2）工作面支架、煤壁、刮板输送机都要保持直线，拉线检查误差不大于土0.lm。支架排柱距符合《规程》要求，误差不大于士0.lm，支架必须坚固完好，迎山有力，不准有缺梁缺柱或折损弯曲和松动空顶的“等劲柱”。(3)应提倡和推广交错支设方式，交错长度应为0.6m，齐头梁不利于对顶板的有效支护，因此应避免齐头梁，如果作业规程规定交错布置，则应杜绝齐头梁现象。(4）回柱放顶应有明确规定和安全措施。密集支柱、安全出口及分段放顶的开口和合拢位置的选择，以及分段放顶之间的距离都应明确规定。(5）整个回柱工作必须在有经验的老工人指挥下进行，并且要清理好安全退路，一旦顶板发生险情，能立即撤离险区。采空区要每隔一段距离留有信号柱子。(6）采煤机割煤时应追机支设临时贴帮点柱。割煤、移输送机和支设正式支架的距离在规程中应有明确规定，一般应不小于15m、不大于20m，第三节回采工作面顶板灾害防治技术主要内容•一、局部冒顶事故预防措施一、局部冒顶事故预防措施应该采取以下几方面防范措施：1.防止应力集中和放顶不实2．