顶板灾害防治培训(班组长).ppt

顶板灾害防治,华润联盛能源投资有限公司运营部,顶板灾害防治,主要内容 第一节 矿山压力基础知识 第二节 采煤工作面的顶板管理 第三节 巷道的顶板管理 第四节 顶板事故及其防治 第五节 冒顶事故的处理,第一节 矿山压力基础知识,一、顶板的基本概念,一、顶板的基本概念,1、煤层的顶板 位于煤层上面的岩层叫顶板，位于煤层下面的岩层叫底板。 2、顶板事故： 是指在地下采掘过程中，由于围岩破坏、支护失效而引起的顶板垮塌造成的人员伤亡、设备损坏或生产中止的事故。 3、顶板分类 1）根据顶板岩层和煤层的相对位置以及顶板岩层在开采后垮落的难易程度，煤层顶板可分为伪顶、直接顶、老顶。,（1）伪顶：直接位于煤层之上，多为几厘米至十几厘米厚的炭质泥岩，富含植物化石，在采煤过程中，常常随采随落，不易维护，一般小于0.5米。 （2）直接顶：覆盖在伪顶之上的岩层，常为数米厚的粉砂岩、页岩、泥岩等，比伪顶稳定，在采煤过程中，经常在采过一段时间后自行垮落，少数砂岩层需要进行人工放顶。 （3）老顶：位于直接顶之上的岩层，一般为厚层的粗砂岩、砾岩或石灰岩，采空后，较长时间内不易垮落，仅发生缓慢变形。 2）从顶板管理的角度将顶板分为： 易垮落顶板、中等垮落顶板、难垮落顶板、极难垮落顶板和塑性弯曲顶板等五类顶板。,一、顶板的基本概念,一、顶板的基本概念,4、底板分类 分为直接底和老底 1）直接底：直接位于煤层之下的岩层，多为富含植物根化石的泥岩和泥质页岩。由于这种岩石遇水后膨胀，容易引起底鼓现象，可造成运输线路或巷道支架的破坏。 2）老底：位于直接底之下，常为厚层状砂砾岩或石灰岩。 煤层顶、底板的发育程度受当时沉积作用和后期构造运动的影响，因此不同地区的煤层顶底板性质及发育程度不同，有的煤层顶底板发育完好，几种类型的顶底板都有，有的煤层缺少某种类型的顶板或底板。,二、 矿山压力的基本概念,1、矿山压力 由于采掘活动的影响，而在采掘空间周围岩体上及支护物上所产生的力称为矿山压力。,二、 矿山压力的基本概念,2、矿山压力显现 由于矿山压力的作用将引其围岩及支 护物的位移、变形、破坏等一系列的力学现象称为矿压显现。,二、 矿山压力的基本概念,3、矿山压力与矿山压力显现的关系 1）矿压是矿压显现的原因，矿压显现是矿压作用的结果。 2）矿压存在是绝对的、不可控制的，矿压显现是相对的、有条件的、可以控制的。 3）矿压显现与矿压大小并不成比例,二、 矿山压力的基本概念,4、矿山压力变化的一般规律 1）顶板暴露面积越大，压力也就越大。 2）顶板悬露时间越长，压力越大。 3）顶板越破碎、越松软，压力越大。 4）巷道越宽，顶板压力越大。 5）护巷煤柱越小，巷道承受的压力越大。 6）巷道交叉点越多，顶板压力越大。,三、采煤工作面矿压显现规律,1、全部垮落法控制顶板时矿压显现规律 1）直接顶的初次垮落 回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大，当达到其极限跨距时开始垮落（一般620m）。 直接顶的第一次大面积垮落称直接顶的初次垮落。 直接顶初次垮落时的跨距称初次垮落步距。,三、采煤工作面矿压显现规律,2）老顶的初次来压 直接顶垮落后，工作面继续向前推进，老顶呈现梁的状态，老顶的跨度愈来愈大，老顶逐渐弯曲下沉，达到极限跨度时就会断裂（此时的跨距称老顶的初次断裂步距），随着工作面推进将失稳，从而造成工作面顶板急剧下沉，工作面支架普遍增大，称老顶的初次来压（工作面回采以来的第一次大规模来压）。 由开切眼到初次来压时 工作面推进的距离称为老顶 的初次来压步距。 （一般2035m）。,三、采煤工作面矿压显现规律,3）老顶的周期来压 老顶初次来压后，老顶的结构将发生变化，将经历“稳定失稳再稳定”的周期性过程，老顶岩梁将周期性失稳下沉，导致工作面周期性来压，称为老顶的周期来压（老顶的周期性来压现象）。 老顶岩梁周期断裂的 距离，称为老顶的周期来 压步距。 （一般为初次来压步距的 1214） *注意直接顶的初次垮落与老顶的初次来压的区别。,2、分层开采时的矿山压力显现 由于在第一分层回采时顶板岩层已经历了一次悬露、破裂、折断和垮落的过程，完整性受到了破坏；因此，下分层工作面的老顶来压将会显著减弱或者不再显现，即通常所说的在回采顶分层时可能出现“动压”，而在回采下分层时则主要表现为“静压”。 其基本表现为老顶来压步距小；强度小；支架载荷变小；顶板下沉量变大。（三小一大）,三、采煤工作面矿压显现规律,3、放顶煤工作面矿山压力显现,三、采煤工作面矿压显现规律,放顶煤开采技术,由于放顶煤开采的支架上方存在一层厚而破碎且随采随放的顶煤，因而与分层开采相比，其矿压显现也有一些其自身的特点： 1）放顶煤开采时，一次性采出厚度增大，直接顶的垮落高度成倍增加，并且与煤层的采出厚度显著相关。综放开采时，采场上方仍可形成稳定的砌体梁式老顶结构，但其形成的位置相对远离采场，其稳定性也发生了相应的变化。 2）顶煤运移规律及对矿压显现有显著影响。支架上方的顶煤经过了支承压力作用发生了破碎，刚度降低，但破碎程度与顶煤强度，裂隙分布和支承压力分布情况等有关，坚硬顶煤的运移始动点距煤壁距离较小，累计位移量较小，顶煤的破碎效果较差，传递上覆岩层作用的能力较强，则表现出的矿压显现明显。,三、采煤工作面矿压显现规律,3）支承压力分布区前移。放顶煤开采时，工作面前方的支承压力区距煤壁距离较大，发生前移。对软煤而言，支承压力峰值点距煤壁距离较硬煤的大，峰值小，分布平坦。 4）支架工作阻力变化不大。放顶煤工作面的支架阻力不大于单一煤层或分层开采的顶分层开采的工作面的。来压的动载系数也没有明显变化，支架以初撑和一次增阻工作状态为主。前柱工作阻力普遍大于后柱的，一般为10 - 15%，对于软顶煤而言，顶煤的破碎和放出较充分，支架顶梁后部上方的顶煤较少，不利于传递上覆岩层的作用，因此相对硬顶煤而言，支架前柱的工作阻力大于后柱的工作阻力这一特点表现的更明显。,三、采煤工作面矿压显现规律,四、掘进巷道矿压显现规律,巷道掘进阶段（） 掘进巷道仅对小范围岩体造成扰动，故一般情况下矿压显现不会很剧烈. 无采掘影响阶段（） 顶底板移近速度比掘进期间要小得多，故巷道基本上处于稳定状态。 采动影响阶段（） 采动影响是由于回采工作引起围岩应力再次重新分布而造成的。这阶段中矿压显现也最强烈。 采动影响稳定阶段（） 这是巷道围岩经受一次采动影响后重新进入相对稳定的阶段，故其围岩移动特征基本上与无采掘影响阶段类似 二次采动影响阶段（） 二次采动影响的时间和空间规律与一次采动影响类似，但由于这种情况下巷道受到下区段工作面超前支承压力和巷道煤体一侧残余支承压力的叠加作用，二次采动影响的剧烈程度和影响范围都会比一次采动影响稍大。,五、顶板事故的产生,原岩应力重新分布,掘进过程支护不及时,支架强度不足,顶板事故,六、矿山压力控制,避免顶板事故，保证采矿作业安全,第二节 采煤工作面的顶板管理,采煤工作面顶板控制又称顶板管理，是采煤工作面工作空间支护和采空区处理工作的总称。 采煤工作空间的直接维护对象是直接顶，直接顶的好坏将对安全生产有直接影响。而直接顶的完整性又受到老顶平衡特征的影响。 从一定意义讲控制采煤工作面矿山压力显现主要是控制老顶的活动规律，使其不危及到工作面的安全。 工作面支护的直接对象是直接顶。通过直接顶间接地对老顶的活动起一定的控制作用。 采煤工作面顶板控制实质是控制采煤工作面矿山压力显现。,一、采空区顶板处理方法,二、采煤工作面顶板的支护管理,单体支柱支护工作面顶板支护 木支柱。 摩擦式金属支柱 单体液压支柱 综采工作面顶板支护 综采工作面顶板主要是通过液压自移支架来控制的。 液压支架按照支架的支撑特点和结构特点分为： 支撑式 掩护式 支撑掩护式,二、采煤工作面顶板的支护管理,1、单体支架 材料：单体液压支柱、金属铰接顶梁或型梁。 1）基本支架 （1）带帽点柱：（用于直接顶比较完整时）有矩形排列和三角形排列。 （2）悬臂支护： 按悬臂方向（一梁一柱） 正悬臂 倒悬臂,二、采煤工作面顶板的支护管理,按支柱、顶梁布置 齐梁齐柱 错梁齐柱 错梁错柱,二、采煤工作面顶板的支护管理,2）特殊支架 （1）丛柱（图a） （2）排柱（密集支柱）（图b） （3）木垛（图c） （4）戗柱（斜撑）（图d）,二、采煤工作面顶板的支护管理,3）端头支架 （1）端头四对八梁 2-长钢梁 4-刮板机,二、采煤工作面顶板的支护管理,（2）端头十字绞接顶梁,二、采煤工作面顶板的支护管理,（3）双钩双楔梁 4 输送机;6 木垛;7 双钩双楔梁;8 绞车,二、采煤工作面顶板的支护管理,（4）抬棚长梁，十字绞接顶梁 1基本支架;2 抬棚长梁;3 转载机;4 输送机; 5 十字绞接顶梁;,二、采煤工作面顶板的支护管理,2、悬移组合支架,二、采煤工作面顶板的支护管理,3、液压支架 1）基本支架 （1）支架类型： 支撑式、掩护式、支撑掩护式,二、采煤工作面顶板的支护管理,（2）移架方式 液压支架单架依次顺序式移架 支架沿采煤机牵引方向依次顺序逐架前移，移动步距等于截深，支架移成一条直线。 操作简单，易保证移架质量，能适应不稳定顶板，移架速度慢，用的较多。,二、采煤工作面顶板的支护管理,液压支架分组交错式移架 组 组 组 组 将相邻的23支架分为一组，组内的支架间隔交错前移，相邻组间沿采煤机牵引方向顺序前移，组间的一部分支架可以平行前移。 移架快，移架质量不易保证，要求顶板较稳定,二、采煤工作面顶板的支护管理,液压支架成组整体顺序式移架 支架分组，每组23架。 组内联动，整体移架， 组间顺序前移。移架快， 质量不易保证， 要求顶底板条件好。,二、采煤工作面顶板的支护管理,（3）割煤、移架、推移输送机的配合方式 割煤后，按推移输送机与移架的先 后关系，分为：及时支护和滞后支护 及时支护： 先移架，后移输送机。 工作空间大， 行人，通风，运料 及时支护顶板，但控顶宽度大,二、采煤工作面顶板的支护管理,滞后支护： 先推移输送机，后移架 工作空间小，行人，通风，运料 滞后支护顶板，但控顶宽度小 要求顶板稳定 两者由设备结构及尺寸决定， 使用时不能改动,二、采煤工作面顶板的支护管理,2）端头支架 （1）单体支柱加长钢梁组成的迈步抬棚 适应性强，支设麻烦，费工费时。 （2）自移式端头支架 移架速度快，对平巷适应性差。 （3）用工作面液压支架支护端头 （4）自移式端头过渡支架 d1zy35型端头支架,二、采煤工作面顶板的支护管理,综采面端头支架 1，2掩护梁，3机头，5千斤顶，6机尾 煤层倾角小，滞后一个截深,1、工作面初次放顶的安全措施 一般把从第一次回柱到顶板冒落状况符合作业规程规定为止的整个过程称为初次放顶。初放时由于断裂直接顶可能沿倾斜方向移动，支架容易因失去稳定被成片推倒，造成工作面冒顶，为此应采取有效顶板管理措施： （1）适当加大控顶距，防止直接顶回转推垮工作面支架； （2）使用切顶支柱，密集放顶； （3）加强支柱的稳定性。尽量加打木垛，在不能打木垛的密集支护区，加打斜撑。,三、特殊条件下采煤工作面顶板控制,2、老顶初次来压和周期来压时的安全措施 1）老顶的初次来压 老顶 初次来压是工作面矿山压力显现的重要现象，衡量其指标是来压强度和初次来压步距，顶板坚硬、直接顶薄的工作面初次来压强度大、来压步距大。 初次来压特征： 老顶初次来压比较突然。来压前回采工作空间上方的顶板压力比较小。因而往往容易使人疏忽大意。初次来压时，老顶垮距比较大，影响的范围也比较广，工作面易出现事故。,三、特殊条件下采煤工作面顶板控制,老顶初次来压对工作面的影响较大，因此必须掌握初次来压步距的大小，以便及时采取对策。在来压期间，必须加强支架的支撑力，尤其要加强支架的稳定性。一般可以采用木垛、斜撑等特种支架加强回采工作空间的支护。 老顶来压前，回采工作面的顶板压力并不大。但煤壁内的支承压力却达到了这种情况下的最大值。所以，煤帮的变形与塌落（片帮），常常是预示工作面顶板来压的一个重要标志。,三、特殊条件下采煤工作面顶板控制,三、特殊条件下采煤工作面顶板控制,2）周期来压的主要表现形式： 顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱所受的载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生台阶下沉等现象。如果支柱参数选择不合适或者单体支柱稳定性较差，则可能导致局部冒顶、甚至顶板沿工作面切落等事故。,三、特殊条件下采煤工作面顶板控制,3）采取的措施 （1）通过矿压观测，准确判断周期来压的时间和位置，做好预测预报工作。 (2）做好来压前的支护工作，保证支架的规格质量，保证一定的支护密度和支架稳定性。 （3）合理缩小控顶距，以利于工作面维护。 （4）保证直接顶垮落的质量。采空区冒落的矸石可以减轻老顶的来压强度。 （5）加强正规循环，保持工作面推进速度。 （6）综采工作面保证采高，使立柱有一定的伸缩量。 （7）及时护帮，防止煤壁片帮。,三、特殊条件下采煤工作面顶板控制,3、采煤工作面过旧巷时的安全措施 （1）维护加固老巷。（2）调整过老巷方向。 （3）液压支架过老巷。 （4）老巷在工作面下方。开采厚煤层时，老巷大都在采煤工作面下方。位于老巷处要加打木垛托顶。 厚煤层过老巷,三、特殊条件下采煤工作面顶板控制,4、采煤工作面过小地质构造时的安全措施 1）过断层时先要弄清工作面与断层走向交角，如断层走向与煤壁夹角太小，则断层破碎带暴露范围大，顶板维护困难。应提前调整工作面与断层夹角（3045），减少断层在工作面揭露长度；在断层揭露出及其两侧影响范围内加打木垛或戗棚，提高支架稳定性；卧底过断层如丢顶底煤时应刹紧背严，支架要穿鞋或穿方木。 2）过褶曲时需事先挑顶或卧底，使底板起伏变化平缓；顶煤及时挑落，底煤及时穿鞋。 3）过陷落柱时及时支护顶板，防止漏顶；地软时穿鞋，保证支架有足够的初撑力。 4）遇劈口支护方法： 劈口是在地质应力作用下，使岩层产生裂隙和节理。这些裂隙和节理把岩层分割成不同的形状，即所谓的劈口。劈口的冒落顶兆很不明显，一般采用敲帮问顶方法和眼睛观察法。劈口比节理和裂隙开的缝要大，使顶板失去了连续性和完整性，有时有掉渣现象。,三、特殊条件下采煤工作面顶板控制,5、采煤工作面收尾时预防冒顶的安全措施 1）单体支柱工作面收尾时 （1）工作面保持最小控顶距，上下出口畅通； （2）工作面回收要严格由下向上，先柱后梁，先空区后煤壁，一次性回完； （3）遇顶板压力大，煤壁活，支架不稳，可先套临时支架，然后回收； （4）专人负责巡回检查、观察顶板，保证退路畅通； 2）综采面收尾回撤时 制定详细的回撤措施，并严格执行。,第三节 巷道的顶板管理,一、巷道支护 常用的巷道支护形式有架棚支护、砌碹支护和锚喷支护。 1、架棚支护 分为木支架、金属支架和装配式混凝土支架。 1）金属支架有梯形棚支架和拱形支架。 架棚巷道防止倒棚的措施 (1）所有架棚巷道施工，迎头10棚必须使用棚撑或防倒器。 (2）10的倾斜巷道必须使用永久性棚撑。 (3）地质构造变化带及岩石破碎地带，必须使用永久性棚撑 。 (4）棚撑材料可用钢材，也可用直径不小于 50 mm 的塘材棍或40 mm40 mm 的方水。 (5）可缩性拱形支架，每棚都必须使用永久性拉杆，其数量、 规格、质量要在作业规程中规定。,一、巷道支护,2、锚喷支护 有锚杆支护、锚网支护、锚喷联合支护、锚索支护等。 1）锚杆支护原理 （1）打锚杆就像穿糖葫芦，把顶板岩石用锚杆串起来，挂在坚硬岩石上，起悬吊作用； （2）打锚杆又像纳鞋底，鞋底纳了以后耐穿耐磨，打锚杆后围岩被锚成一个整体，打多深锚杆就等于砌了多厚的碹拱，起了组合梁、压缩拱和挤压体的作用； （3）喷浆就像门窗刷油，防止腐蚀。巷道围岩表面有了喷层以后，隔绝了与空气的接触，防止风化，并把围岩凹凸处和岩石裂缝充填起来，与围岩紧密结成一体，缓和应力集中，达到共同作用的目的。,一、巷道支护,2）锚杆支护施工注意事项 （1） 成孔质量包括三个方面 孔直度要高，即接换钻杆时，应确保钻机位置不动，保持一条中心线； 孔深应准确，即要求采用与锚杆等长的钻杆完成钻孔，误差不能大于2cm； 孔壁要清洁，钻孔完成后，应反复冲刷直至孔内出清水，不留煤岩粉。,一、巷道支护,（2）保证锚杆具有较高的初锚力 搅拌及时，匀速搅拌至孔底，并保证整个搅拌时间达到30s； 等待充分，确保50s后树脂凝固一次上紧； 掉顶处应及时采用各种规格的木楔调节，木楔位置必须放置在钢带和金属网之间，使金属网紧贴岩面； 采用锚杆钻机检查螺母扭紧程度时，单体锚杆钻机不能继续转动； 必须有专人对锚杆进行二次加扭，使锚杆的预紧力达到设计要求。,一、巷道支护,（3）锚杆安装合格应有以下几个标志 丝扣外露40mm，确保锚杆上紧时，仍留有丝扣； 塑料减摩垫圈严重变形或挤出； 网应封闭顶帮岩煤体，金属网搭接长度为100mm，接扣间距50mm。,一、巷道支护,3）锚索（梁）安装时注意事项 (1)锚索钻孔的施工 锚索钻孔施工的过程中，必须保证三径(钻孔直径、锚索直径、药卷直径)合理匹配； 孔深要适当，不得过深或过浅，保证钢绞线外露150350mm； 钻头直径为27mm，钻孔要直，施工过程中尽量不要晃动钻机，防止将钻孔扩张。,一、巷道支护,(2)安装药卷、锚索及搅拌时间 锚索钻孔施工完毕后，立即安装药卷，1节k2550药卷加3节(或4节)z2550药卷； 树脂药卷安装后，推进钢绞线挤压树脂入孔底，再搅拌2030s，保证钢绞线深入孔底； 锚索锚固效果差时，可在锚索锚固段用一些细铁丝做成毛刺，成“”型，同时在锚固段底部加挡环，辅以搅拌药卷，保证药卷的搅拌均匀到位。,锚杆支护工艺,二、掘进工作面顶板管理,1、掘进工作面顶板管理的主要内容 1）掌握巷道开掘后围岩体的范围及围岩应力分布情况； 2）合理选择巷道的施工方法； 3）控制工作面的空顶距离，使用临时支护； 4）做好记录和验收。 2、日常顶板管理的内容 1）敲帮问顶； 2）临时支护； 3）检查维护后部巷道； 4）加强日常检查，防止冒顶。,第四节 顶板事故及其防治,顶板事故是指在井下采掘活动过程中，顶板意外冒落造成人员伤亡、设备损坏、生产终止等的事故。 过去，顶板事故据资料显示占全部死亡人数的40%以上。现顶板事故虽有减少，但仍是煤矿生产的主要灾害之一。 顶板事故是煤矿事故中最常见、最容易发生的事故。特别是局部冒顶事故频繁发生, 对煤矿煤炭生产安全的危害极大，一是造成人员伤亡, 二是经济损失, 同时也影响到企业的正常生产, 并对国家和社会的稳定也造成不良影响。 顶板事故是煤矿不容忽视的重要灾害事故之一，它不同于瓦斯煤尘爆炸，群死群伤的重特大恶性事故通常比较少见，而零散事故却频繁发生，凡是有人工作的地点，都有可能发生这类事故，分布范围也特别广泛。也正因为一次死亡人数难以构成群死群伤的恶果，往往人们的重视程度不够，管理不细，忽视其累计的恶果，这一点特别要引起煤矿广大管理干部和职工的警觉。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,1、顶板事故分类,1、顶板事故分类 1）大型冒顶: 是指范围较大，伤亡人数较多（每次死亡3人以上）的冒顶。大型冒顶事故的特点是面积大，来势凶猛，后果严重，不仅严重影响生产，往往会导致重大人身伤亡。事故原因是直接顶和老顶大面积运动造成。 2）局部冒顶: 是指范围不大，伤亡人数不多(1-2人)的冒顶，这类事故的原因是已破坏的顶板失去依托而造成的，其触发原因：一部分是采煤工作（包括破煤、装煤等）过程中，未能及时支护已露出的破碎顶板；另一部分是回柱操作过程中发生的局部冒落事故。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,一 、采煤工作面顶板事故的防治,2、局部冒顶事故的防治 采煤工作面局部冒顶容易发生的地点： 1）工作面煤壁附近的局部冒顶； 2）两端头的局部冒顶； 3）放顶线附近的局部冒顶； 4）地质破坏带附近的局部冒顶。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,(1)原因 煤层的直接顶中，常存在多组相交裂隙时，这些相交的裂隙容易将直接顶分割成游离岩块，极易发生脱落，在采煤机采煤或爆破落煤后，如果支护不及时，这类游离岩块可能突然冒落砸人，造成局部冒顶事故。,1）靠煤壁附近的局部冒顶,(2)预防 单体支柱工作面： 采用能及时支护悬露顶板 的支架，如正悬臂交错顶梁支 架，正倒悬臂错梁直线柱支架 等，提高支柱的初撑力。在金 属网下，可以采用长钢梁对棚 迈步支架。 尽量使工作面与煤层的主 要节理方向垂直或斜交，避免 煤层片帮。煤层一旦片帮，应 掏梁窝超前支护，防止冒顶。,正倒悬臂错梁直线柱支架布置,正悬臂交错顶梁支架,一 、采煤工作面顶板事故的防治,综采工作面 提高支架的初撑力,使端面冒高不超过300mm。 采用及时移架方式，擦顶带压移架，顶梁的俯视角不超过7，并使端面距不超过340mm。 采高大于2.5-3.0m时，及时使用护帮板护帮，以免煤壁片帮到无支护空间。 当碎顶范围较大时（比如过断层破碎带等），则应对破碎直接顶注入树脂类粘结剂使其固化，以防止冒顶。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,一 、采煤工作面顶板事故的防治,2）两端头的局部冒顶 （1）原因 两端机头机尾处，暴露的空间大，支承压力集中。 巷道提前掘进，引发了巷道周边的变形与破坏。 经常要进行机头机尾的移置工作，拆除老支柱支设新支柱时，碎顶可能进一步松动冒落。 随着回采工作面的推进，要拆掉原巷道支架的一个棚腿，换用抬棚支承棚梁，在这一拆一支之间，碎顶也可能冒落。,（2）预防 在机头机尾处各应用四对一梁三柱的钢梁抬棚支护（即四对八梁支护），每对抬棚随机头机尾的推移迈步前移；或在机头机尾处采用双楔铰接顶梁支护。在工作面巷道相连处，宜用一对抬棚迈步前移，托住原巷道支架的棚梁。此外，在采场两端还可以采用十字铰接顶梁支护系统以防漏冒。 在超前工作面10米以内，巷道支架应加双中心柱，超前工作面10-20米，巷道支架应加单中心柱以预防冒顶。 综采工作面如果工作面两端没有应用端头支架，则在工作面与巷道相连处，需用一对迈步抬棚。此外，超前工作面20米内的巷道支架也应以中心柱加强。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,一 、采煤工作面顶板事故的防治,3）放顶线附近的局部冒顶 （1）原因 当顶板中存在被断层、裂隙、层理等切割而形成的大块游离岩块时，回柱后游离岩块就会旋转，可能推倒采场支架导致发生局部冒顶，在金属网假顶下回柱放顶时，由于网上有大块游离岩块，也可能会发生上述的因游离岩块旋转而推倒支架的局部冒顶。 放顶线附近的局部冒顶主要发生在使用单体支柱的工作面。放顶线上支柱受力是不均匀的，当人工回拆“吃劲”的柱子时，往往柱子一倒下顶板就冒落，如果回柱工来不及退到安全地点，就可能被砸着而造成顶板事故。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,顶板中游离岩块旋转推倒支架,（2）预防 加强地质及观察工作，记载大岩块的位置及尺寸； 在大岩块范围内用木垛等加强支护； 当大岩块沿工作面推进方向的长度超过一次放顶步距离时，在大岩块的范围内要延长控顶距； 如果工作面用的是单体金属支柱，在大岩块范围内要用木支架替换金属支架； 待大岩块全部都处在放顶线以外的采空区时，再用绞车回木支柱。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,一 、采煤工作面顶板事故的防治,4）地质破坏带附近的局部冒顶 （1）原因 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；断层面都比较尖滑,使上、下盘之间的岩石无粘结力,尤其是断层面成为导水裂隙时，更是彼此分离，容易发生局部冒顶。 单体支柱工作面如果遇到垂直于工作面或斜交于工作面的断层时，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。,（2）预防 工作面与构造带轴线部平行时应斜交通过； 单体支柱工作面应在断层两侧加设木垛加强维护，并迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或戗柱； 综采工作面，高档工作面回采过程中，煤壁的前方顶板和煤层特别破碎，为保证正常割煤，不漏矸子，可采用全楔式木锚杆； 当断层处的顶板特别破碎，用锚杆锚固的效果不佳时，可采用注入法，将较多的树脂注入大量的煤岩裂隙中，进行预加固。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,一 、采煤工作面顶板事故的防治,3、大型冒顶事故的防治 大型冒顶常发生地点：开切眼附近、地质破坏带附近、老巷附近、倾角大的地段、顶板岩层含水地段、局部冒顶地段等。 大型冒顶事故的类型有 1）老顶来压时的压垮型冒顶 2）坚硬难冒顶板大面积切冒 3）破碎顶板大面积漏垮型顶板冒顶 4）复合顶板推垮型冒顶,一 、采煤工作面顶板事故的防治,1）老顶来压时的压垮型冒顶 （1）发生的条件： 直接顶比较薄，其厚度小于煤层采高的2-3倍，冒落后不能充填满采空区；直接顶上面老顶分层厚度小于5-6m，初次来压步距为20-30m，或更大一些。工作面中，当支柱的初撑力较低时，老顶断裂在煤壁之内。当工作面推进到老顶断裂线附近时，顶板出现台阶下沉，这时老顶岩块的重量全部由采场支架承担。老顶来压时，支架容易破坏，从而导致冒顶。 综采工作面如遇老顶冲击来压，可能将支架压死、压坏，从而导致顶板事故。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,（2）预防措施 采场支架的支撑力应能平衡垮落带直接顶及老顶岩层的重量； 采场支架的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层； 采场支架的可缩量应能满足裂隙带老顶下沉的要求； 遇到平行工作面的断层时： 如果工作面支护是单体支柱，当断层刚露出煤壁时，在断层范围内就要及时加强工作面支护（最好用木垛），不得采用正常回柱法；要扩大控顶距，并用木支柱替换金属支柱，待断层进到采空区后再回柱; 如果工作面支护是液压自移支架，若支架的工作阻力有较大的富裕，则工作面可以正常推进，若支架的工作阻力没有太大的富裕，则应考虑使工作面与断层斜交或在采空区挑顶的措施过断层。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,一 、采煤工作面顶板事故的防治,2）坚硬难冒顶板大面积冒顶 （1）发生的条件： 整体厚层硬岩层顶板（如砂岩、砂砾岩、砾岩等其分层厚度大于56米）时，它们要悬露几千平方米、几万平方米，甚至十几万平方米才冒落。这样大面积的顶板在极短时间内冒落下来，不仅由于重量的作用会产生严重的冲击破坏力，而且更严重的是会把已采空间的空气瞬时挤出，形成巨大的暴风，破坏力极强。 （2）预兆： 顶板断裂声响的频率和音响增大；煤帮有明显受压与片帮现象；底板出现底鼓或沿煤柱附近的底板发生裂缝；上下平巷超前压力较明显；工作面中支柱载荷和顶板下沉速度明显增大；有时采空区顶板发生裂缝或淋水加大。,（3）探测方法： 可以用微震仪、地音仪和超声波地层应力仪等进行预测，厚层坚硬岩层的破坏过程，长的在冒顶前几十天就出现声响和其他异常现象，短的在冒顶前几天，甚至几小时也会出现预兆，因此，根据仪器测量的结果，再结合历次冒顶预兆的特征，可以对大面积冒顶进行较准确的预报，避免造成灾害。 （4）预防措施： 顶板高压注水 强制放顶,一 、采煤工作面顶板事故的防治,一 、采煤工作面顶板事故的防治,一 、采煤工作面顶板事故的防治,一 、采煤工作面顶板事故的防治,3）漏垮型冒顶 （1）致因：由于煤层倾角较大，直接顶又异常破碎，采场支护系统中如果某个地点失效发生局部漏冒，破碎顶板就有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，导致漏垮工作面。,工作面漏垮示意图,（2）预防漏垮型冒顶的措施： 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； 顶板必须背严实； 严禁放炮、移溜等工序弄倒支架，防止出现局部冒顶； 若出现局部漏冒，立即加以堵塞，以防其进一步扩大。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,一 、采煤工作面顶板事故的防治,4）复合顶板推垮型冒顶 （1）复合顶板的特征： 煤层顶板由下“软”上“硬”不同岩性的岩层组成； “软”、“硬”岩层间有煤线或薄层软弱岩层； 下部“软”岩层的厚度0.5-3.0m。,复合顶板离层断裂,（2）复合顶板推垮型冒顶的机理： 支柱的初撑力小，软硬岩层下沉不同步，软快而硬慢，从而导致软岩层与其上部硬岩层离层; 下位软岩断裂出六面体的原因: 地质构造，即下位软岩层中存在原生的断层、裂隙或尖灭构造； 巷道布置原因，即在工作面开采范围内存在沿走向或沿倾斜的旧巷，下沉、断裂； 支柱初撑力低，由于支柱初撑力低，导致下位软岩层沿煤帮断裂。 六面体周围出现一个自由空间，推力大于阻力时导致六面体下滑而出现推垮型冒顶。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,（3）预防措施 应用伪俯斜工作面并使垂直工作面方向的向下倾角达46; 掘进上下顺槽时不破坏复合顶板; 工作面初采时不要反推; 控制采高，使软岩层冒落后能超过采高; 尽量避免上下顺槽与工作面斜交; 灵活地应用戗柱戗棚，使它们迎着六面体可能推移的方向支设; 必须提高单体支柱的初撑力，使初撑力不仅能支承住顶板下位软岩层，而且能把软岩层贴紧硬岩层，让其间的摩擦力足够阻止软岩层下滑，从而支架本身也能稳定。,一 、采煤工作面顶板事故的防治,二 、巷道冒顶事故的防治,巷道冒顶事故分类 1、掘进工作面冒顶 2、巷道交叉处冒顶 3、支架支护巷道冒顶 4、锚杆支护巷道冒顶,二 、巷道冒顶事故的防治,1、掘进工作面冒顶 1）冒顶事故发生的原因： （1）掘进破岩后，顶部存在将与岩体失去联系的岩块，如果支护不及时，该岩块可能与岩体失去联系而冒落； （2）掘进工作面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。,二 、巷道冒顶事故的防治,2）预防掘进工作面冒顶事故的措施 （1）严格控制空顶距。当遇到断层褶曲等地质构造破坏带或层理裂隙发育的岩层时，棚子支护时应紧靠掘进工作面，并缩小棚距，在工作面附近应采用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； （2）严格执行敲帮问顶制度，危石必须挑下，无法挑下进应采取临时支撑措施，严禁空顶作业。 （3）掘进工作面冒顶区及破碎带必须背严接实，必要时要 挂金属网防止漏空。 （4）掘进工作面炮眼布置及装药量必须与岩石性质、支架与掘进工作面距离相适应，以防止因放炮而崩倒棚子。 （5）采用临时支护，使工人在顶板有防护的条件下出渣，支棚腿，以防止冒顶伤人。,二 、巷道冒顶事故的防治,2、巷道交叉处冒顶 1）巷道交叉处的冒顶事故原因： （1）开岔口需要架设抬棚替换原巷道棚子的棚腿，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，而新支设抬棚的强度不够，或稳定性不够。 （2）交叉点面积大，支护力不足。 2）预防措施 （1）开岔口应避开原来巷道冒顶的范围； （2）必须在开口抬棚支设稳定后再拆除原巷道棚腿。 （3）抬棚材料的质量与规格符合要求； （4）当开口处围岩尖角被挤压坏时，应及时采取加强抬棚稳定性的措施。,二 、巷道冒顶事故的防治,3、支架支护巷道冒顶 支架支护巷道的冒顶可分为压垮型、漏垮型和推垮型。 1）原因： 压垮型：巷道压力过大，损坏了支架，顶部已破碎的岩块冒落； 漏垮型：无支护巷道或支护失效（非压坏），巷道顶部游离岩块在重力作用下冒落； 推垮型：巷道顶帮破碎岩石在运动过程中存在平行巷道轴线的分力，巷道支架的稳定性不够，被推倒而冒顶。,支架严重变形破坏,支架稳定性差,支设质量差,二 、巷道冒顶事故的防治,2）预防措施 （1）巷道布置在稳定的岩体中，避免采动影响； （2）巷道支架应有足够的支护强度； （3）巷道支架有足够的可缩量； （4）支架施工时要严格按工序质量要求进行，并特别注意顶与帮的背严背实问题； （5）凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护好顶，再施工； （6）巷道替换支架时，必须先支新支架，再拆老支架。,二 、巷道冒顶事故的防治,4、锚杆支护巷道冒顶 1）原因 （1）巷道顶板出现离层 （2）锚杆强度不足 2）预防措施 （1）应用地应力为基础的锚杆支护设计方法 （2）钻孔、锚杆、树脂卷直径进行合理匹配 （3）使用高强锚杆及全长锚固 （4）使用小孔径预应力锚索加强支护 （5）进行煤巷锚杆支护监测,锚杆支护失效,第五节 冒顶事故的处理,主要内容 一、顶板事故处理基本原则 二、采煤工作面冒顶事故处理 三、巷道冒顶事故处理 四、自救与互救,一、顶板事故处理基本原则,1、采煤工作面冒顶的处理原则 （1）顶板冒落范围不大时，如果遇难人员被大块矸石压住，可采用干斤顶、液压起动器等工具把大块岩石顶起，将人迅速救出。 （2）顶板沿煤壁冒落，矸石块度比较破碎，遇难人员又靠近煤壁位置时，可采用沿煤壁由冒顶区从外向里掏小硐，架设梯形棚子维护顶板，边支架边掏硐，把遇难人员救出。 (3）如果遇难者位置靠近放顶区时，可采用沿顶板区由外往里掏小硐，架设梯形棚子，木板背帮背顶，或用前探棚边支护边掏硐，把遇难人员救出。 (4）工作面冒落范围较小，矸石块度小，比较破碎、并且继续下落、矸石扒一点漏一点。救护人员在这种情况下处理冒顶，抢救人员时，可采用撞楔法处理，控制住顶板。,一、顶板事故处理基本原则,(5）分层开采的工作面发生事故，底板是煤层，遇难人员位置在金属网或荆条假顶下面时，可沿底板煤层掏小硐，边支护边掏硐，接近遇难者后将其救出。如果底板是岩石，掏不动，遇难者位置在金属网或荆条假顶下面时，可沿煤壁掏小硐寻找遇难人员。 (6）工作面冒落范围很大时，遇难者的位置在冒落工作面的中间，采用掏小硐和撞楔法处理，时间长，不安全。可沿煤层重开开切眼的方法处理。新开切眼与原工作面距离一般为35 m左右，边支护边掘进。也可沿煤壁掏硐法处理，但靠冒落区的一帮必须用木板背好，防止漏矸石。 (7）如果工作面两头冒顶，把人堵在中间，采用掏小硐和撞楔法穿不过去，可采用另开巷道的方法，绕过冒落区或危险区将遇难人员救出。,一、顶板事故处理基本原则,2、巷道冒顶的处理原则 （1）先外后里。先检查该处前后5m范围内支架的完整情况，有问题先处理。必要时可采取临时加固措施 （2）先支后拆。换巷道支护时，在拆除原有支护前，应先加固临近支护； （3）先上后下。倾斜巷道维修支架和处理冒顶时应该由上至下进行。 （4）先近后远。 （5）先顶后帮。为了保证操作人员的人身安全，在处理程序上必须注意先维护，支撑住顶板，再维护好两帮。,二、采煤工作面冒顶事故处理,1、局部小冒顶的处理方法 1）掏梁窝架棚法 具体方法步骤是： （1）在掏梁窝或挂顶梁之前， 用单腿棚处理局部冒顶 必须先检查冒顶地点附近的支架情况。 （2）在冒顶范围内清理出一部分塌矸 后，进行掏梁窝架单腿棚子或金属悬臂 梁的工作。 （3）架好单腿棚子或挂好悬臂梁后， 棚梁上的空隙要用木料架设小木垛接到顶。 （4）小木垛架好后，便可清理浮煤煤 矸，打好贴帮柱，防止片帮。,二、采煤工作面冒顶事故处理,（2）撞楔法 在顶板冒落矸石块度较小，而且冒顶区顶板碎矸继续往下流或者一动就流的情况下，可采取撞楔法。 撞楔法处理采煤工作面冒顶,二、采煤工作面冒顶事故处理,2、大冒顶的处理方法 1）小巷法 （1）从采面冒顶的两头，由外往里，先用双腿套棚维护好顶板，保护后路畅通无阻。梁棚上用板皮刹紧背严，防止顶板继续错动、垮落。 （2）边整工作面，边支棚子，把垮落的矸石清理并倒入采空区，每整0.5 m支一架板梁棚管理顶板。 （3）遇到大块岩石不易破碎，应采用电钻（如有压风，最好是用风钻）打眼放小炮的方法破碎岩石。 （4）如顶板垮落的矸石很碎，一次整巷不易通过时，可先沿煤帮运输机道整修一条小巷，支架形式可采用人字形掩护支架。 （5）若采煤机在冒顶区前方，当运输机除矸时，应先将采煤机吊起，以便矸石能顺利通过。,二、采煤工作面冒顶事故处理,二、采煤工作面冒顶事故处理,2）开巷绕道法 有三种情况： （1）冒顶发生在工作面机尾处 可以沿工作面煤壁从回风巷重开一 条补巷绕过冒顶区。 补巷的支架多数采用一梁二柱或 一梁三柱棚子。 冒顶区埋压的设备、支架材料的 回收方法是：当新开的补巷紧靠冒顶区 （无煤柱）时可直接扒开矸石取出。 若冒顶区范围较大，岩石堵塞巷 道，造成采空区回风角瓦斯积存，可用 临时挡风帘或临时安装局扇排除,二、采煤工作面冒顶事故处理,（2）冒顶区在工作面中部 可以平行于工作面留 3-5m煤柱重开开切眼。 新开切眼的掘进可采用对打的方法，以加 快掘进速度。 对压埋在冒顶区的设备和材料，用整通小 巷的办法，分段进行回收。 回收完设备、支架和材料后，应在煤柱上 打眼放炮，人工倒采几个循环，最好采透直达冒 顶区，避免煤柱支撑顶板，给以后的回采造成困 难。,二、采煤工作面冒顶事故处理,（3）冒顶区在工作而的机头侧 处理方法基本与处理机尾侧冒顶区 相同。就是在离煤帮 3-5 m处由进风侧 向工作面斜打一条补巷和工作面相通。,三、巷道冒顶事故处理,冒落巷道的处理方法有木垛法、搭凉棚法、直接支架法、撞楔法、锚喷法、绕道法。 1、木垛法 如果巷道冒顶范围较大，冒落高度较高，且冒落空硐以上顶板基本稳定，可以采用木垛法。 1）“井”字木垛法。冒顶不超过 5 m，冒落范围已基本稳走，可用此法。,三、巷道冒顶事故处理,2）“井”字木垛和小棚结合法。 2、搭凉棚法 “井”字木垛和小棚结合法处理垮落巷道 搭凉棚法处理垮落巷道,三、巷道冒顶事故处理,3、直接支架法 在巷道围岩已经稳定，冒落矸石又不多，冒顶范围约为2-3 架时，可采用直接支架法。 4、撞楔法 5、锚喷法 6、绕道法,四、自救和互救,1、自救方法 1）发现冒顶事故征兆后迅速撤到安全地点 【案例1】某小煤窑的采煤工作面有6人上班，其中2人挖煤，4人运煤。当运煤工运煤至工作面后，剩下2名挖煤工因煤未出尽不能架棚，便在离挖煤地点5米6米远的地方休息，其中1人竟然睡着了。这时，顶板出现了冒顶预兆，不仅有响声，并伴有掉渣现象。未睡的工人立即喊醒睡觉的挖煤工，说：“有响声，我们快出去！”这名挖煤工睡眼惺忪地说：“就你怕死，我不出去。”由于他执意不走，另1名工人只得独自撤出。走了五六步远，只听“轰隆”一声，撤退工人的腿部被冒落煤矸埋住，他立即拉住一根柱腿挣扎几下才出来。回头一看，那位未走的挖煤工已被埋在里面。此时，顶板仍在继续冒落，冒顶长度达15米。后将被埋压工人抢救出来时，他早就死亡。这个实例说明：发现冒顶征兆后迅速撤离到安全地点是最好的避灾措施。否则，就会对自己造成伤害，甚至危及生命。,四、自救和互救,2）冒顶遇险时要靠煤帮贴身站立或到木垛处避灾 （1）在一般情况下，靠煤壁上方的顶板由于受煤壁支撑，故仍为整体不破碎，因此顶板沿煤壁冒落的情况很少。这就是说，当发生冒顶事故来不及撤退到安全地点时，靠煤帮贴身站立避灾，比其他地方避灾防止伤亡的可能性要大。但是，避灾者一定要注意躲避地点附近煤壁的状况，防止煤壁片帮伤人。 （2）冒顶时，有可能将支柱压断或推倒，但在一般情况下不可能压跨或推倒质量合格的木垛。因此，在木垛附近避灾可对遇险者起到保护作用。 （3）冒顶后，不少遇险者往往是在煤壁处和木垛附近被救出的，有的虽然受伤但经抢救后安全脱险，有的在遇险后并未受伤。而在其他地方避灾的人员，除少数特殊情况外，生还的可能性不大，即使抢救脱险也会因受伤严重而致残。,四、自救和互救,3）冒顶遇险后要立即发出呼救信号 无论是局部冒顶还是大冒顶，事故发生后一般都会推倒支架，埋压砸坏设备。尤其是有人遇险时，还会造成一片混乱。在这种情况下，遇险人员及时发出呼救信号，营救人员就可以与其联系，准确掌握受灾人员的位置、人数以及伤害情况，采取切实可行的营救措施。 另外，在营救遇险人员时，往往有一种惯例：抢救活人比抢救死人的紧迫感强。遇险人员发出呼救信号，就是证明他们还活着。因此，营救人员一般都会抓紧时间、千方百计地进行抢救。,四、自救和互救,4）在冒落区发呼救信号时不能敲打对自己已有威胁的物料和岩块 冒顶后人员被埋压或隔堵，在人员遇险地点的不少物料和岩块等只是处于暂时的平衡状态。如不注意观看，稍一敲打便会破坏平衡，使物料、岩块等移动，造成新的冒落，从而加剧对遇险者的伤害。 【案例2】某矿发生冒顶事故后，1名矿工下半身被掩埋。他在敲打身边的木料发信号时，由于震动使碎煤矸继续向他涌来。因此，他停止了敲打，改用呼喊的方法发信号，后被营救脱险。但由于发信号时敲打震动导致新的冒落，不仅增添了对自身的伤害，也增加了抢救工作量。,四、自救和互救,5）被埋压的人员在条件不允许时不能采用猛烈挣扎的方法脱险 冒顶后被煤矸、物料埋压的人员，在条件不允许时，不能采用猛烈挣扎的方法脱险。原因是： （1）猛烈挣扎会震动遇险者周围的物体， 使被埋压人员周围的煤矸、物料失去暂时的平衡，因此导致新的冒落和更大程度的埋压。这不仅不能脱险，还会扩大事故，增添伤害。 （2）遇险者被大块冒落岩石压住后，挣扎也没有用，根本无法脱险。正确的方法是：立即发出呼救信号；正视已发生的灾害，不要惊慌失措，坚信领导和同志们一定会积极抢救；注意保存体力，等待救援。,【案例3】如某矿采用长壁前进式采煤法的东翼采面上口发生冒顶，冒落长30多米，将上出口堵严。矿方立即组织19人到采面处理冒顶。由于他们未对采面下部的支护进行检查和加固，就开始在冒顶区附近打木垛。