顶板管理及顶板灾害防治基础知识

掘进（巷修）工培训教案新庄孜矿培训中心魏国山顶板管理基础知识一、顶板事故的定义二、巷道顶板管理三、冒顶事故的预防与处理四、冒顶前的预兆五、冒顶事故的主要预防措施主要内容顶板事故的定义一、顶板事故的定义矿井开采过程中的采掘工作面或在已掘的巷道内所发生的冒顶、片帮、掉矸等造成的人身伤亡和生产事故统称为顶板事故。二、掘进巷道顶板管理第一节顶板管理的主要内容1.掌握巷道开掘后受影响围岩体的范围及围岩应力分布情况。这就需要了解与巷道围岩应力分布有关的因素：围岩的性质、巷道所处的深度、巷道周围地质构造、水文变化、巷道的断面形状和尺寸等。了解了围岩应力分布情况及在此应力作用下围岩的变形和位移，才能选择合适的支护材料、支护形式，达到维护巷道的目的。顶板管理的主要内容2.从有利于巷道围岩的稳定性出发，合理选择巷道的施工方法，合理确定钻眼眼位、钻眼角度、钻眼深度、炮眼装药量和放炮等各工序的有关参数，减少对顶板管理的影响。3.按作业规程规定控制工作面空顶距离和临时支护巷道的长度，尽可能缩短工作面空顶时间和临时支护巷道的长度。顶板管理的主要内容4.施工中，做好基础资料的积累和隐蔽工程的记录工作。施工中和竣工时，按工程质量标准进行检查和验收。第二节掘进工作面施工期间，日常顶板管理工作的内容1.敲帮问顶进入工作面，打眼前、装药前、放炮后等工序均要敲帮问顶，处理隐患，排除不安全因素后再作业。2.控制工作面空顶距离超过规定的空顶距应先支护后再掘进；发现顶板破碎或变松软时应采取超前临时支护维护顶板。掘进工作面施工期间，日常顶板管理工作的内容3.独头长距离掘进巷道，要经常检查工作面后方的支护情况，发现断梁折腿或变形严重的支架，应加固修复；修复巷道时，修复地点以里的人员应全部撤出，预防冒顶堵人；工作面因放炮倒塌的棚子应由外向里逐架扶棚复位。4.熟悉掘进巷道出现冒顶事故的原因，加强日常检查，采用针对性措施，预防冒顶、片帮事故的发生。第三节顶板管理的针对性措施1.新开窝巷道顶板管理安全措施内容(1)开窝地点要求顶板稳定、支护完好并且避开地质构造区、应力集中区、顶板冒落区。(2)新掘巷道与原有巷道的方位要保持较大的夹角(最好大于45°)。(3)必须加固好开窝处及其附近的巷道支护，若近处有空顶空帮情况，小范围的可加密支架，背好顶帮；大范围的应用木垛接顶处理，同样用背板背好打紧。对将受施工影响的棚子进行加固，其方法有挑棚、打点柱、设木垛；在锚网（锚喷）支护巷道内开窝时，可以提前采取加补锚网、锚索等方式。(4)新巷开窝施工期间，要打浅眼，少装药，放小炮；或用手镐挖掘的方法，尽量避免震动围岩或因放炮引起冒顶。(5)新巷开窝处应及时进行支护，尽量缩短顶板暴露时间和减小暴露面积。若压力增大，则应及时采用适合现场情况的特殊支护。顶板管理的针对性措施2.沿空掘巷顶板破碎时，应采取的顶板管理措施(1)避开动压影响巷道施工要在上阶段回采工作已经结束，避开回采期间的动压影响，待岩层活动稳定后再进行掘巷工作。(2)尽量减小掘进时的空顶面积。放炮前支架紧跟到工作面，放炮后及时架设支架。要减少装药量，避免对顶板的振动。如果放炮难以控制和管理顶板，改用手镐方法掘进。(3)巷道支架要加密，同时将下帮腿与底板的夹角由80°缩小为75°，将顶帮用木板等背严接实。(4)擦边掘进时，如遇上区段巷道的棚腿外露时，其下帮棚腿不要抽掉，可以捆上木板或笆片，起到挡矸帘的作用。顶板管理的针对性措施3.有淋水的工作面、顶板的管理措施掘进工作面有淋水时，要通过水文地质工作，弄清水的来源，掌握水量的变化。再根据实际条件分别采用探放水措施等方法将水引离工作面。顶板淋水不大时，用风管边吹边喷砂浆止水。有淋水的地段，要加大支架密度、背严顶帮，提高支架的稳定性，防止冒顶事故的发生。顶板管理的针对性措施4.掘进工作面过断层、裂隙和岩性突变地带时，应采取的顶板管理措施(1)加强掘进地段的地质调查工作，根据所掌握的地质资料(包括地质构造分布情况与产状以及岩性变化的可能地段)，及时制定具体的施工方法与安全措施。对于特殊地段，要制定针对性措施，否则不能开工。(2)在破碎带中掘进，应做到一次成巷，尽可能缩短围岩暴露时间，减小顶板出露后的挠曲离层，提高顶板的稳定性。(3)施工中要严格执行操作规程、交接班和安全检查制度。要经常观察围岩稳定状况的变化，及时掌握断层、裂隙带、岩性突变带出露的时间。一旦发现异常要及时处理，防患于未然。(4)掘进工作面临近断层或穿断层带时，巷道支护应尽量采用U型钢可缩性支架支护，棚距要缩小。在距断层前5m左右时，就要采取加强支护措施。(5)采用爆破法落煤岩时，要尽量多打眼、少装药，放小炮，尽量保持围岩的稳定性。如果放炮中顶板难以控制与管理、有冒顶的危险时，应改用手镐方法掘进。(6)减小空顶距离，及时架设临时支架，永久支护要紧跟工作面迎头。若采用砌碹式支护时，每次掘砌进度不得超过1m。(7)巷道支架背板要严实，提高支架对围岩的支护能力，防止掘进中漏顶或漏帮。(8)当顶板特别松软破碎时，可打撞楔控制破碎顶板。有条件时，也可采用对顶板注浆锚固的方法，增强破碎顶板的稳定性与承载能力。(9)在顶板岩性突变地段，要及时打点柱支护突变带顶板。对伞檐状危岩要及时敲掉，敲不下来时，要在伞檐下打上点柱或锚杆。(10)巷道临近断层等构造时，要加强对瓦斯的检查以及断层水的疏排工作。三、冒顶事故的预防与处理■随着掘进工作面的不断向前推进，顶板暴露面积也随着加大，致使顶板经常出现弯曲、下沉、裂隙、掉碴、冒落等，甚至造成生产停顿及人身伤亡的严重事故。■为了保证掘进工作面的安全生产，预防巷道顶板事故的发生，必须根据事故发生的原因，采取针对性措施。第一节掘进工作面冒顶事故的原因1.地质方面的原因有：巷道围岩松软或极易风化，如煤、页岩等；巷道围岩节理裂隙发育；巷道通过断层、褶曲等构造变动剧烈地带，岩层破碎；巷道穿过岩层的岩性突然发生变化，在其交界处易产生塌冒，如石门透煤；有害气体涌出，如瓦斯、煤尘。2.由于设计不合理造成的原因有：巷道位置选择不当，使巷道处于松软岩层中；缺乏详细的地质和水文地质资料，使施工缺乏指导，缺少应变措施；支护形式与结构不合理，不足以承受地压等。3.施工方面的工作失误造成的原因有：对巷道穿过松软岩层缺乏准备；施工措施不当或错误；不是一次成巷，围岩暴露时间过长，造成风化、松动，引起塌冒；支护不符合设计要求，不按作业规程要求架设，忽视质量，使支架不能发挥作用，支架失稳引起塌冒；工作面空顶距离过长，临时支护失效；在松软层中施工，炸药量使用过多，破坏了围岩的稳定性；不进行工作面敲帮问顶工作，对检查和处理浮石重视不够、不及时处理危岩、活矸等。第二节掘进工作面冒顶事故的处理方法一、巷道发生局部冒顶事故的处理方法1.先加固好冒落区前后的完好支架。使用棚子支护的，应根据围岩压力大小加密棚距，把棚子扶正扶稳。棚子之间要安设好拉杆等，使支架形成一个联合体，棚子顶帮要背严刹实。2.及时封顶，控制冒顶范围的扩大。一般是采用架设木垛的方法处理。人员站在安全地点，用长柄工具将冒落的顶部活矸、危岩捣掉。在没有冒落危险的情况下，抓紧时间架好支架，排好护顶木垛，一直到冒顶最高点将顶托住。3.岩石巷道采用锚喷支护处理冒顶区。具备锚喷支护条件时，应优先考虑采用锚喷支护处理冒顶区。(1)首先将冒落区顶帮活石捣掉，喷射人员站在安全一侧向冒顶区喷射一层30mm～50mm厚的混凝土层，先封固顶，然后再封两帮；(2)初喷的混凝土凝固后再打锚杆，并挂网复喷一次，复喷的厚度一般不超过20mm；(3)冒顶处理完，按要求架设金属支架，背严顶帮，四周可充填一层矸石，支架间安设拉杆，使棚子之间联成整体，提高稳定性。二、冒顶范围较大时的处理方法1．小断面快速修复法顶范围大，影响通风或有人堵在里面等，可用此法。即先架设比原来巷道规格小得多的临时支架，使巷道能暂时恢复使用，等清理完煤矸后再架设永久支架。对冒顶部分的处理是：采用撞楔法把冒落矸石控制住，等顶板不再冒落时，从巷道两侧清除矸石，且边清除边管理两帮，防止煤矸流人巷道。顶帮维护好以后，就可以架设永久支架。2．一次成巷修复法冒顶面积大的次要巷道和修复时间长短对生产影响不大时适用此法。修理时，可根据原有巷道规格，采用撞楔法一次成巷。撞楔间用木板插严，支架两帮也应背严。撞楔以上必须有较厚的矸石层，如果太薄，还应在冒顶空沿内堆塞厚度不少于0.5m的不然材料或矸石。棚梁与撞楔之间要背实。处理冒顶和架设支架整个过程，应设专人观察顶板。■3.木垛法■木垛法是一种比较常用的方法，如巷道冒顶高度在5m以内，冒落长度在10m以上，冒落空间以上岩石基本稳定，就可将冒落的岩石清除一部分，使之形成自然堆积坡度，留出工作人员上、下及运送材料的空间并能通风时，就可以从两边在冒落的煤矸上相向架木垛，直接支撑顶板。■先在冒顶区附近的支架上打两排抬棚，提高支架支撑能力。在支架掩护下出矸。架设前处理人员站在安全地点用长柄工具将顶帮活石处理。架设木垛要保证有畅通的安全出口。架木垛前，在冒落区出口处并排架设两架支架，用拉条拉紧，打上撑杆，使其稳固。■打顶柱，但要在穿杆上铺上坑木或荆笆的条件下进行，防止掉矸伤人。架木垛时，第一个木垛最上一层应用护顶穿杆，以保证架第二个木垛时的安全。木垛要撑上顶，靠上帮，靠板处要背一层荆笆，用楔子背紧。然后架第二个木垛，以此类推一直到处理完毕。■4.打绕道法■如果冒顶长度大，不易处理以及冒顶堵人时，可打绕道，绕过冒落区去抢救被堵人员，或绕过冒落区后再转入正常掘进。四、冒顶前的常见预兆1．发出响声岩层下沉断裂，顶板压力急剧增大时，木支护就会发出劈裂声，并出现折断现象；金属支柱的活柱急速下缩，也会发出很大声响；液压支架或支柱，安全阀经常开启，喷出液体时，也有“吱吱”的声响，有时也可听到采空区内顶板断裂的闷雷声。2．掉渣(俗称“煤雨”)顶板严重破裂时，折梁断柱现象增加，出现顶板掉渣现象。掉渣越多，说明顶板压力越大。在人工假顶下，如灌浆铺网效果不好，冒落的碎矸石和煤渣更多，这就是发生冒顶的危险信号。3．片帮冒顶前煤壁所受压力增加，使煤壁变得松软，片帮量比平时增加。4．出现裂缝、裂缝增加或扩大顶板的裂缝，一种是地质构造产生的自然裂隙，一种是由于采空区顶板下沉引起的采动裂隙。人们常常在裂缝中插上木楔子，看它是否松动或掉下来，观察裂缝是否扩大，以便作出预报。有时也用其他方法监测裂缝的动态。5．脱层(也称“离层”)顶板快要冒落的时候，往往出现脱层现象。检查是否脱层可用“问顶’’的方法，如果声音清脆，表明顶板完好，如果顶板发出“空空”的响声，说明上下岩层之间已经脱离。6．漏顶破碎的伪顶或直接顶，在大面积冒落以前，有时因为背顶不严和支架不牢出现漏顶现象。漏顶如不及时处理，会使棚顶漏空、支架松动。顶板岩石继续冒落，就会造成因支架不吃劲而没有声响就冒顶。7．瓦斯涌出量突然增加当巷道围岩正常时，其瓦斯涌出量应当是在某一数值左右浮动或徘徊，当工作面瓦斯浓度突然增加时，说明巷道的围岩空隙或瓦斯的分子间距大了，使得瓦斯易于涌出。8．顶板有淋水而且逐渐增大一般岩石含水后，其强度降低1／5～1／3，软岩强度降低幅度更大。我们都知道，顶板的岩层是由岩块组成的，这是由于岩层里的节理和裂隙造成的，当顶板好，说明是由大的岩块组成的；当顶板破碎，说明是由小的岩块组成的。当顶板有水时，水就要沿着顶板的层理或岩块间的节理和裂隙面渗出或下流，致使岩块间的摩擦力减小而极易滑落(也即工人们常说的“水滑矸”)，尤其是淋水逐渐增大时更加危险。五、巷道冒顶事故的主要预防措施1、严格执行《煤矿安全规程》、《作业规程》及施工措施的规定：“巷道更换支护时，拆除原有支护前，应先加固临近支护，拆除原有支护后，必须及时排除顶帮活矸，必要时还应采取临时支护措施。在倾斜巷道中，必须有防止矸石、物料滚落和支架歪倒的安全措施。”棚腿柱脚必须接触实底，不得打在浮矸上。要按专门措施要求进行安全施工，决不允许冒险作业。撤换支架的工作应连续进行，否则每次工作结束前，必须及时接顶封帮，确保工作地点的安全。巷道冒顶事故的主要预防措施