顶板灾害.docx
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顶板灾害
顶板灾害
弓I言
顶板事故是指在地下采煤过程中,因为顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损害、生产中止等事故。
2001年我国煤矿伤亡事故中,顶板事故的伤亡人数仍高达25%。
按冒顶范围可将顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两大类;按发生冒顶事故的力学原因进行分类,可将顶板事故分为压垮型冒顶、漏顶型冒顶和推垮型冒顶三类。
1、局部冒顶范围不大,有时仅在3〜5架范围内,伤亡人数不多(1人〜2人)的冒顶,经常发生在靠近煤壁附近、采煤工作面两端以及放顶线附近。
2、大型冒顶是指冒顶范围较大,伤亡人数较多(3人以上)的冒顶。
它包括老顶来压时压垮型冒顶、厚层难冒顶板大面积冒顶、大面积漏垮型冒顶、直接顶导致的压垮型冒顶等。
第一节采煤工作面大面积冒顶事故
1、老顶来压时压垮型冒顶
压垮型冒顶是指因工作面支护强度不足和顶板支
架大量压坏而造成的冒顶事故。
(1)、发生压垮型冒顶事故的一般原因
!
直接顶比较薄,厚度小于煤层采高2〜3倍,直接顶冒落后不能充填满采空区。
Z直接顶上面老顶分层厚度小于5〜6米,初次来压步距为20〜30米,或更大一些。
(2)、老顶来压时压垮型冒顶事故的致因
O垮落带老顶岩块压坏采煤工作面支架导致冒顶。
迂跨落带老顶岩块冲击压坏采煤工作面支架导致冒顶。
(3)、预防老顶来压时压垮型冒顶事故的措施!
采煤工作面支架的支撑力应能平衡垮落带直接顶及老顶岩层的重量。
(2采煤工作面支架的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层。
◎采煤工作面支架的的可缩量应能满足裂隙带老顶下沉的要求。
◎普采工作面遇到平行工作面的断层时,在断层范围内加强工作面支护,不得采用正常办法回柱。
◎普采要扩大控顶距,并用木柱替换金属支柱,待断层进到菜空区后再回柱。
2、厚层难垮顶板大面积冒顶
大面积切顶又称大面积塌冒,是指采空区内大面积悬露的坚硬顶板在短时间内突然塌落而造成的大型顶板事故。
(1)、大面积切冒的机理
关于厚层难垮顶板大面积切顶的机理,有两种解
释:
一是顶板面积悬露后,因弯曲应力超过其强度导致顶板岩层断裂,并大面积垮落;二是顶板大面积悬露后,采空区周边煤柱上方岩层内剪应力超过其极限强度,导致顶板岩层大面积冒落。
(2)、大面积切冒的主要预兆
[顶板短裂声响的频率和音响增大。
Z煤帮有明显手压与片帮现象。
3底板出现底鼓或煤柱附近的底板发生裂缝。
圧巷道(上、下巷)超前压力较明显。
3工作面支柱载荷和顶板下沉速度明显增大。
3有时米空区顶板发生裂缝或淋水加大,向顶板打的眼原先流清水后变为流白糊状的液体,这是断裂岩块相互摩擦的岩粉与水的混合物。
(3)、大面积冒顶的处理方法
防止和减弱大面积切冒危害的原则是:
改变岩体的物理力学性质,以减小顶板悬露及冒落面积,减小顶板冒落高度,降低空气排放速度。
具体的做法有下列几种。
①顶板高压注水。
2强制放顶。
3、大面积漏垮型冒顶
由于煤层倾角较大,直接顶又异常破碎,采煤工作面支护系统中如果某个地点失效发生局部漏顶,破碎顶板就可能从这个地点开始沿工作面往上全部漏空,造成支架失稳,导致漏垮型工作面冒顶。
预防漏垮型冒顶的措施有:
2选用合适的支柱,使工作面支护系统有足够的支
撑力与可缩量。
2严禁放炮、移溜等工序弄倒支架,防止出现局部冒顶。
1、复合顶板推垮型冒顶
推垮型冒顶是指因水平推力作用使工作面支架
大量倾斜而造成的冒顶事故。
(1)、典型的复合型冒顶的特征
2煤层顶板是由下“软”上“硬”不同岩性的岩层组成。
2“软”“硬”岩层间有煤线或薄层软弱岩层。
(3下部“软”岩层的厚度通常情况下不小于0.5米,而且不大于3.0米。
(2)、预防推垮型冒顶的措施
。
应用伪俯斜工作面并使垂直工作面方向的下倾角达到40°-60°。
g掘进上下平巷时不破坏复合顶板。
0工作面初采时不反推。
在控制采高,使软岩层冒落后能超过采高。
①尽量避免上下平巷与工作面斜交。
◎灵活地应用戗柱戗棚,使它们迎着岩体可能推移的方向打设。
0在开切眼附近于空区内,系统的布置树脂锚杆。
第二节采煤工作面局部冒顶事故
局部冒顶是指在采掘工作空间或井下其他工作地点局部范围内顶板岩石坠落造成的冒顶事故。
1、工作面两端的局部冒顶
工作面两端包括机头、机尾附近以及与工作面相连的一段巷道。
在工作面两端机头、机尾处,暴露的空间大,支撑压力集中,巷道提前掘进,引发巷道周边的变形和破坏。
经常进行机头机尾的移置工作,支架拆除和新架设时,破碎顶板可能进一步松动冒落。
为预防工作面两端发生漏顶,可在机头机尾处各
应用四对一梁三柱的钢梁抬棚等支护。
在超前工作面20米内,巷道加打超前支护等。
2、靠近煤壁附近的局部冒顶
靠近煤壁附近的局部冒顶原因:
1直接顶被密集裂隙切割,形成了游离岩块。
Z采高过大,在老顶来压期间,煤壁片帮,扩大了无支护空间。
1放顶煤开采,顶煤破碎。
预防措施:
1采用能及时支护悬露顶板的支架。
2炮采时,炮眼布置及装药应合理,尽量避免崩倒支架。
3尽量使工作面与煤层的主要节理方向垂直后斜
交,避免煤层片帮。
煤层一旦片帮,应掏梁窝超前支护,防止冒顶。
第三节地质破坏带附近的局部冒顶
地质破坏带及附近的顶板裂隙发育、破碎,断层面间多充以粉状或泥状物;断层面都比较光滑,使上下盘之间的岩石几乎没有黏结力,尤其是断层面成为导水裂隙时,彼此分离。
单体支柱工作面如果遇到垂直与工作面或斜交与工作面的断层时,在顶板活动过程中,断层附近破断岩块可能顺断层面下滑,从而推倒工作面支架,造成局部冒顶。
为预防这类顶板事故,应在断层两侧加打木垛来加强维护,并迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或戗柱。
对于综采工作面、普采工作面,回采过程中煤壁的前方顶板和煤层特别破碎,为保证正常割煤、不漏矸,可采用切割锚杆锚固。
当断层处的顶板特别破碎,用锚杆锚固的效果不佳时,可采用注浆法,将树脂类等浆液注入大量的煤岩裂隙中,进行预加固。
第四节巷道冒顶事故
巷道冒顶事故多发生在掘进工作面及巷道交叉点,巷道顶板事故80%以上发生在这些地点。
可见,预防巷道顶板事故,关注事故多发点是十分必要的。
当巷道围岩应力比较大、围岩本身又比较弱或破碎、支架的支撑力和可缩量又不够时,已被应力破裂的围岩或本来就是破碎的围岩,在较大应力作用下,可能损坏支架,形成巷道冒顶,从而导致巷道顶板事故。
因此,从总的方面看,要防治巷道顶板事故,在开掘巷道时就应该避免把巷道布置在由采动引起的高应力区内,或布置在很软弱破碎的岩层里。
如果实在避不开软弱破碎岩层,那么就要在支架的支撑力与可缩量上下功夫,使其能和围岩状况相适应。
对于在破碎岩层中开掘的巷道,支架间还要用背板背严。
一、掘进头冒顶事故的原因及防治
1.掘进头冒顶事故的原因
H掘进破岩后,顶部存在将与岩体失却联系的岩块,如果支护不及时,该岩块可能与岩体完全失却联系而冒落;
g掘进头附近已支护部分的顶部存在与岩体完全失去联系的岩块,一旦支护失效,就会冒落造成事故。
在断层、褶曲等地质构造破坏带掘进巷道时顶部浮石的冒落,在层理裂隙发育的岩层中掘进巷道时顶板抽条冒落等都属于第一类型的冒顶。
因放炮不慎崩倒附近支架而导致的冒顶,因接顶不严实而岩块导致砸坏支架的冒顶,贝y属于第二类型的冒顶。
此外,第一类型冒顶也可能同时引起第二类型冒顶,例如掘进头无支护部分片帮冒顶推倒附近棚子导致更大范围的冒顶等。
2.掘进头冒顶事故的防治措施
!
根据掘进头岩石性质,严格控制空顶距。
当掘进头遇到断层或褶曲等地质构造破坏带或层理裂隙发育的岩层时,棚子应紧靠掘进头。
g严格执行敲帮问顶制度,危石必须挑下,无法挑下时应采取临时支撑措施,严禁空顶作业。
3在地质破坏带或层理裂隙发育区掘进巷道时要缩小棚距;在掘进头附近应采取拉条等把棚子连成一体防止棚子被推垮,必要时还要打中柱以抗突然来压。
二、支架支护巷道冒顶事故的原因及预防措施
1.支架支护巷道冒顶事故的原因
支架支护巷道的冒顶可分为压垮型、漏垮型和推垮型三类。
OE垮型冒顶是因巷道顶板或围岩施加给支架的压力过大,压垮了支架,从而导致巷道顶部已破碎的岩块冒落。
3漏垮型冒顶是因为无支护巷道或支护失效巷道顶部存在游离岩块,这些岩块在重力作用下冒落,造成事故
的发生。
0推垮型冒顶是因为巷道顶帮破碎岩石,在其运动过程只存在平行巷道轴线的分力,如果这部分巷道支架的稳定性不够,可能被推倒而发生冒顶。
2.支架支护巷道冒顶事故的预防措施
根据冒顶的原因,提出如下几条预防措施:
1可能的情况下巷道布置在稳定的岩体中,并尽量避
免采动的影响;
1巷道支架应有足够的支护强度以抗衡围岩压力;
1巷道支架所能承受的变形量,应与巷道使用期间围岩可能的变形量相适应;
4尽可能做到支架与围岩共同承载;
5凡因支护失效而空顶的地点,重新支护时应先护顶,再施工;
6巷道替换支架时,必须先支新支架,再拆老支架;
7在易发生推垮型冒顶的巷道中要提高巷道支架的稳定性,可以在巷道的支架之间用拉撑件连接固定,增加棚架的稳定性,以防倾斜巷道中支架被推倒的可能性更大,其支架间拉撑件的强度、密度要适当加大。
三、锚杆支护巷道的冒顶
锚杆支护巷道的冒顶事故的发生除了地质因素外,主要是锚杆支护系统的冒固力不足引起的。
巷道成巷后,在原岩应力和次生应力的作用下,巷道围岩产生变形,如果岩石不能自稳,且锚杆支护系统的锚固力不足,这种变形就得不到有效的控制,就会不断发展,最终导致围岩冒落和冒顶。
锚杆间排距过大、锚杆支护材料选择不当、锚杆支护系统的匹配不合理、施工质量差等都会产生这一后果。
四、巷道交叉处冒顶事故的原因及防治
巷道交叉处冒顶事故往往发生在巷道开岔的时候。
因为开岔口需要架设抬棚替换原来巷道棚子的棚腿,如果开岔处巷道顶部存在与岩体失却联系的岩块,并且围岩正向巷道挤压,而新支设抬棚或强度不够,或稳定性不够,就可能造成冒顶事故。
防治巷道开岔处冒顶的措施如下:
1开岔口应避开原来巷道冒顶的范围;
◎必须在开口抬棚支设稳定后再拆除原巷道棚腿,不得过早拆除,切忌先拆棚腿后支抬棚;
1注意选用抬棚材料的质量与规格,保证抬棚有足够的强度;
1当开口处围岩尖角被压坏时,应及时采取加强抬棚
稳定性的措施。
思考题
1.顶板事故一般如何分类?
2.工作面大面积冒顶事故有哪些?
3.工作面局部冒顶事故主要发生在哪些地点?
应怎样防治?
4.巷道冒顶事故主要发生在哪些地点?
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