煤矿顶板管理-2014

1 煤煤 矿矿 顶顶 板板 管管 理理 利川富源煤业集团有限公司总工程师谭耀武 2014 5 9 煤矿的五大灾害中 最常见的是顶板事故 我国煤矿 2013 年共发生安全伤亡事故 604 起 死亡 1067 人 百万吨 死亡率 0 288 第一次降低到 0 3 以下 其中顶板事故起数占 50 以上 死亡人数占 30 以上 我市煤矿前 4 个月共发 生安全事故 11 起 其中顶板事故 9 起 占比例 81 8 几乎全部是在巷道中发生的 在回采工作面仅有一起轻微伤 要确保集团公司煤矿生产安全 加强顶板管理是杜绝安全生产事故发生的关键 鉴于如此多发的顶板事故 我认为今天 这个会议对遏制顶板事故多发势头是非常及时的 煤矿井下生产中 顶板事故对矿井安全危害极大 严 重影响煤矿安全生产和井下职工的生命安全 顶板事故在煤炭企 业中时有发生 冒落的形式很多 冒落的原因也错综复杂 通过分析内因和外因导致顶板冒落的原因 采取相应措施 减少冒 顶事故的发生 一 我市煤矿顶 底板性质一 我市煤矿顶 底板性质 根据顶底板岩层相对煤层的位置和垮落性能 强度等特征的不同 从上至下顶板划分为基本顶 老顶 直接顶 伪顶三个部分 底板分为伪底 直接底及老底三个部分 不过 对于某个特定的煤层来说 其顶底板的这六个组成部分 不一定发育俱全 可能缺失某一个或几个组成部分的岩层 煤层的顶板 1 伪顶 是紧贴煤层之上的 极易随煤炭的采出而同时垮落的较薄岩层 厚度一般为 0 1 0 5m 多由页岩 炭质页岩 等组成 力学强度低 2 直接顶 是直接位于伪顶或煤层 如无伪顶 之上岩层 常随着回撤支架而垮落 厚度一般在 1 2m 多由泥岩 粉 砂岩等较易垮落的岩石组成 3 基本顶 又叫老顶 是位于直接顶之上或直接位于煤层之上 此时无直接顶和伪顶 的厚而坚硬的岩层 常在采空区 上方悬露一段时间 直到达到相当面积之后才能垮落一次 通常由砂岩 砾岩 石灰岩等坚硬岩石的组成 煤层底板 1 伪底 直接位于煤层之下的薄层软弱岩层 多为炭质页岩或泥岩 厚度一般为 0 2 0 3m 2 直接底 直接位于煤层之下硬度较低的岩层 厚度一般由几十厘米到 1 米左右 通常由泥岩 页岩或粘土岩 若直接 底为粘土岩 则遇水后易膨胀 可能造成巷道底鼓与支架插底现象 轻者影响巷道运输与工作面支护 重者可使巷道遭 受严重破坏 3 老底 指位于直接底之下 比较坚硬的岩层 多为砂层 石灰岩等 一 采煤工作面顶板分类 根据工作面顶板冒落的难易程度 将顶板分为五类 1 易冒落的松软顶板 该类顶板的特点是煤层顶板是易垮落的松软岩层 回柱后顶板能立即冒落 且能填满采空区 这类顶板由于冒落比较充分 使位于裂隙带的老顶岩层 在回采过程中 很容易取得平衡 因而老顶的开裂 弯曲下沉 对工作面几乎没有什么影响 工作面来压比较缓和 无明显的周期压力 靠采空区一侧的顶板下沉量较稳定 顶板容易 管理 2 中等冒落性的顶板 其上部为比较坚硬的老顶 虽然回柱后直接顶随之垮落 但因厚度不大 不能填满采空区 老 顶则置于悬露状态 当工作面推进一段距离后老顶才开始垮落 此时因采空区落差较大 致使工作面呈现周期来压状态 严重时可使采场切顶垮面 对于这类顶板应注意老顶的活动规律 3 难冒落的坚硬顶板 这类顶板的特点是老顶直接赋于煤层之上 或有一伪顶 无直接顶 由于老顶垮时采空区的落 差太大 使工作面呈现明显的周期来压 工作面平时的下沉量及下沉速度较小 而当周期来压时下沉速度急剧增加 工 作面顶板情况迅速恶化 应当注意及时采取措施 4 极难冒落的坚硬顶板 这类顶板的特点是煤层板为极其坚硬的整体性厚岩层 在采空区能悬露上万平方米而不垮落 当垮落时则能形成暴风 致使工作面造成垮面和严重破坏 5 可塑性弯曲的顶板 该类顶板是具有一定厚度的坚硬岩层 如砂岩 石灰岩 但由于其中存在有平行于工作面的节 理裂隙 采煤后顶板下沉 在移动过程中断裂成块 但仍互相挤在一起具有传递水平的能力 就像 砌体梁 一样 各 岩块互相牵制而成平衡 随工作面推进顶板弯曲下沉接触底 2 二 巷道围岩压力概念 地下岩体在开挖以前 由于自重和构造所引起的应力是处于平衡状态的 当开掘巷道或进行回采工作时 破坏了原来 的应力平衡状态 就会引起岩体内部应力的重新分布 表现为巷硐周围煤 岩体产生移动 变形甚至破坏 直到煤 岩体 内部形成一个新的应力平衡状态为止 在此过程中 巷道本身或安设在其中的支护物会受到各种应力的作用 这种由于 在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷 硐室及回采工作面周围煤 岩体中和其中的支护物上所引起的力 就叫做 矿山压 力 在矿山压力的作用下 会引起各种力学现象 如顶板下沉 底板臌起 巷道变形后断面缩小 岩体破坏散离甚至大面积冒 落 煤被压松产生片帮或突然抛出 支架严重变形或损坏 充填物被压缩 以及大量岩层移动 地表塌陷等等 这些由于矿 山压力作用 使围岩 煤体和各种人工支护物产生的种种力学现象 统称为 矿山压力显现 围岩膨胀 崩解体积增大 而施加于支护上的压力 称为膨胀压力 膨胀压力与变形压力的基本区别在于它是由吸水膨胀而引起的 从现象上看 属 于变形压力范畴 但两者的变形机制截然不同 前者是指与水发生物理化学反应 后者主要 是围岩应力与结构效应 影响巷道围岩压力的地质因素 影响围岩压力的因素很多 通常可分为地质 开采和支护等类 影响围 岩压力的 地质因素有 原岩应力状态 围岩力学性质及岩体结构等 1 原岩应力状态 原岩应力是引起围岩变形 破坏的基 本作用力 原岩应力随开采深度的增加而增长 所以 随采深的增加 巷道围岩压力会明显增长 原岩体中主应力的大小 和方向不同 对巷道的影响作用不同 也直接影响到围岩压力 2 围岩力学性质 围岩力学性质是指它的强度 包括 抗压 抗拉 抗剪等各种强度和粘聚力 c 内摩擦角 等值 和变形性质及其它力学属性 不言而喻 强度小的岩体 围 岩压力必然大 反之亦然 C 值大的岩体 其围岩压力小 反之亦然 其中 的影响要较 c 大 岩体的变形性质是指 它的弹性 塑性和粘性 岩体的塑性变形和粘性流动是影响围岩压力大小的重要因素 许多围岩压力较大的巷道 常常是 由它引起的 3 岩体结构 当结构面强度远小于结构体强度时 结构对围岩压力的影响极大 通常岩体破坏首先从弱 面开始 这是围岩压力在节理和层理等弱面发育区 破坏带 断层和褶皱区显现强烈的重要原因 由于层状岩体具有定 向弱面 所以层状岩体的走向和倾角也与围岩压力密切相关 如果岩层走向与巷道轴向平行或夹角很小 则岩体结构容易 与巷道轴线形成不稳定的松动体 因而围岩压力大 水平岩层沿巷道侧帮的稳定性较好 因而帮压较小 而顶压较大 4 膨 胀压力的影响因素 影响膨胀压力的因素主要有岩石的组成与胶结状态 物理化学性质 围岩中水分的补给状况 水与 岩石的接触条件 支护和充填层的可 塑性等 巷道矿压控制的三类方法及途径 第一类 巷道保护 第二类 巷道支护 第三类 巷道维护 维修 目前所 采用的各种矿压控制方法 其对付矿压的原理来看不外 抗压 让压 躲压 移压 等几种 抗 压 提高支架的 支撑能力或支护密度 用加强支护的手段去抑制或减少围岩移动 增强巷道抗变形能力 以对付矿压的作用 1 增大型钢重 量 提高支架承载能力 2 增加支护密度 3 充填支架背后空间 巷道布置地点及掘进时 间可不受限制 但为此要消耗大量 支护材料 支护劳动量大 使开采费用大幅度提高 让压 在采用适当支护措施和保持支架本身不遭受严重破前提下 容 忍围岩产生一定变形 以释放掉一些能量 也称应力释放 1 采用有一定工作阻 的大可缩支架 2 为巷道受压收缩预留 备 用断面 3 容忍巷道底鼓然后起底 可在一定程度上利用围岩自承力 减轻支架受载 躲压 将巷道布置在应力经重新分布 后 岩体已处于卸载状态的天然低应力区 从时间上和空间上躲开高压力的作用 1 在煤体边缘或煤体下 放的低压区内布 置巷道 2 错过高压作用的时间 等压力充分稳定后再掘巷 可在不同程度上减轻巷道受压 有利于支护工作 但有时要多 开一 辅助巷道 如联络眼等 或要求延迟掘 时间 不利于采掘接替工作 转移矿压 移压 通过人为方法使巷道围岩受到 松动 形成卸载槽孔或其他形式的卸载空间 迫使载荷转移到离巷道较远的地点 达到减轻巷道受 压的目的 1 在巷道或底 板中形成卸载槽孔 2 宽面掘进或在巷旁故意留出卸载空间 3 用跨采工作面使巷道 得到卸载 巷道布置地点及掘进时间 可不受限制 但要增加与采用卸载措施有关的额外费用 二 顶板事故发生的一般原因二 顶板事故发生的一般原因 顶板事故原因分析 1 认识不足 抓得不力 一些矿的领导对加强顶板管理的重要性缺 乏应有的认识 没有针对 本单位采掘工作进展情 况采取得力措施 特别是目前煤炭行情差 贷款压力大 只注重出煤 降低成本 挣钱还账 放松了安全教育和安全管理 这是顶板事故频频发生的根本原因 2 干部违章指挥 工人违章作业 从我市历年发生 的顶板事故看 80 以上是由于违章指挥 违章作业造成的 突出表现是不认真执行 煤矿安全规程 作业规程和操 作规程 干部为什么要违章指挥 主要是重产量 轻安全的思想所驱使 工人为什么要违章作业 除少数是不懂 三大 规程之外 大多数是图省事 侥幸心理作怪 认为违章不一定死人 质量差一点未必出事故 因此 对空顶作业 缺梁 少柱 迎山不够等违章现象司空见惯 不以为然 以致酿成事故 3 现场管理不严 工程质量低劣 从对顶板事故的 分析看 将近一半是由于工程质量低劣造成的 可见抓好工程质量 加强现场管理 是防止事故的重要基础和关键 有 3 人认为 煤矿是粗活 采场支护是临时的 得再好一回柱也什么都看不见了 费那么大劲没用 因此习惯于 眼睛当 线 镐把当尺 的老一套 对待工程质量 马乎 凑合 不在乎 有的金属支架长期不检修 不试验 承载力达不 到设计要求 有的支柱规格小 间距大 该 穿鞋 的不 穿鞋 该 戴帽 的不 戴帽 达不到应有的支撑效果 有的 工作面质量检查验收制度执行不严 致使工程质量放任自流 干部带班下井流于形式 工作责任心不强 对安全规程 质量标准化嗤之以鼻 缺乏现场指挥 指导和检查 由于劳动力资源越来越少 对职工不敢大胆管理 任凭一些技术差 操作水平不高又缺乏经验的临时工 农协工蛮干 4 技术管理工作薄弱 不少作业规程公式化 通用化 缺乏针对性 不能根据地质 条件的变化和事故多发地点的施工特点拿出有针对性的控制事故 的具体措施 有的作业规程编制完了就 束之高阁 不及时向工人传达贯彻 工人在井下盲目干活 工程技术人员应积极探索适合本矿地质条件和有利于顶板管理的工程设计方案 编制作业规程应从多方面考虑 尽 可能周全 严格执行 作业规程 审批 学习制度 作业规程 是煤矿指导生产 保证生产安全的纲领性文件 因此 要求采掘作业规程编制之前都要事先进行论证 编制时依据地质资料与矿压观测资料 包括顶板来压规律进行切合实际 的编写 矿长 总工程师应严格把关 制定 四不批 制度 即地质构造不清不审批 顶板管理措施不具体不审批 规 程编写不认真 措施没有针对性不审批 三大规程 出台后必须组织干部和职工认真学习 让大家领会和掌握 同时 通过考核合格后才能上岗作业 5 技术装备落后目前 对工作面顶板和巷道围岩的监测和预报几乎为零 我市近几年发生的顶板事故原因基本上是以下几个方面 缺乏支护 支护不当或不及时 背帮接顶不实 缺少支架 支架的初撑力与顶板压力不相适应 采矿方法不合理和顶板管理不善 采掘顺序 凿岩爆破 支架放顶等作业不妥当 检查不周和疏忽大意 在顶板事故中很多事故都是由于事先缺乏检查 没有认真执行 敲帮问顶 制度等原因造成的 地质条件不好 断层 褶曲等地质构造形成破碎带 或者由于节理 层理发育 破坏了顶板的稳定 容易发生顶板事故 操作不合规范 不遵守操作规程 发现问题不及时处珲 作业循环不正规 爆破崩倒支架等 三 顶板事故的防治措施分析三 顶板事故的防治措施分析 掘进巷道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 根 据影响巷道围岩应力的 因素 围岩的性质 巷道所处的深 度 巷道周围的地质构造 水文变化 巷道的断面形状尺 寸等 了解围岩应力分布情 况及在此应力作用下围岩的变 形和位移后 才能选择合适的支护材料 支护形式 达到维护巷道的目的 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 减少各工序对顶板管理的影响 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 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 按国家煤矿安全监察局颁发的井巷工程 质量标准进行检查和验收 巷道掘进期间日常顶板管理工作 1 敲帮问顶 上班进入工作面 打眼放炮前均应敲帮问顶 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掘进 3 长距离掘进 要经常检查工作面后方支 架的情况 对 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 崩倒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 顶板管理的措斲 架棚巷道的顶板管理的顶板管理 架棚巷道掘进工作面迎 头必须使用金属前探梁 严禁空顶作业 采用工字钢支护的炮掘工作面在爆破前迎头加固长度不少于 10m 巷道开口 时的顶板管理 1 开掘地点要选在顶板稳定 支护完好并目避开地质构造区 压力集中区 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 必须加固好开掘处及其附近的巷道支架 若近处有空顶空 的情况 小范围的可加密支架 背好帮顶 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 设木垛等 4 新巷开掘施工 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 新巷开掘处要及时进行支护 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 沿空掘巷顶板破碎时的顶板管理措施 1 避开动压影响 巷道施工必须在上区段回采工作结束 待岩层活动完全稳定 后再进行 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 板的震动 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 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 四 过断层 裂隙地质构造带的顶板管理措施 1 采用架棚支护时 棚距要缩小 提高支护应变能力 2 棚梁方向尽量正交节理面架 设 增大支架密度 减少空顶距离 永久支架要紧跟工作面 背帮背顶要严实 3 采用砌碹支护时 每次掘砌长度不大于 4 1m 4 顶板特别破碎时需采用超前支护的办法管理顶板 巷维修顶板管理 1 矿井在进行巷道维修前必须制定施工安全措施 确定临时支护方式 在井巷维修前应进行现场 顶板鉴定 确定施工方法 采取针对性措施并向维修人员贯彻 施工中明确顶板监护人员 维修巷道要执行 先外后里 先支后 撤 先上后下 先近后远 先顶板后帮 的原则 2 加强巷道巡回检查 及时除掉脱皮 危石 悬矸 对严重失修地段必须及时维 护 3 扩大断面和维修井巷时 必须保证有安全出口 独头巷道必须由外向里逐架进行 严禁维修人员进入维修地点里侧 严禁前后两处同时维修 严禁前掘后修 巷道对头维修时 两处都必须有安全出口 发生冒顶时必须木垛接顶 更换巷道支护 时 必须先加固支护 拆除和架设支架应连续进行 严禁留尾巴工程 4 生产采区的巷道有失效支架或有冒顶危险时 必 须立即处理 否则应停止生产 加强独头井巷维修和掘进工作面的维护 如出现断梁折柱 歪斜 弯曲 片帮 撑木 拉杆脱落等 情况 必须停止作业 防止发生顶板冒落伤人 堵人事故 5 巷道冒顶处理时应由外向里逐架进行 支护要牢固 要有专人观察 顶板 倾斜巷道处理冒顶时 处理人员要有护身柱或护身板 采煤工作面的顶板管理 1 采煤上作而必须按规定及时支护 严禁空顶作业 所有支护必须架设牢固 并有防倒柱措 施检查到有损坏 失效的支柱 必须立即恢复或更换 移动输送机机头 机尾需要拆除附近的支架时 必须先架好临时支架 回采工作面两端必须使用端头支架 或增加其它形式的支护 采煤工作面遇顶底板松软或破碎 过断层 过老空 过煤柱或冒 顶区以及托伪顶开采时 必须制定安全措施 2 采煤工作面必须经常存有足够的备用支护材料 使用单体液压支柱的工作 面 必须备有坑木 其数量 规格 存放地点和管理方法必须存作业规程中规定 在地质条件复杂的采煤工作面 必须制定安全 措施 3 采煤工作面必须及时回柱放顶或充填 控顶距超过作业规程时 禁止采煤 采煤作面采用密集支柱切顶时 必须有防 止工作冒顶和矸石窜入工作面的措施 4 减少工作面控顶时间 加快工作而推进速度 工作面推进速度对顶板下沉量和冒 顶影响很大 尤其对松软顶板影响更大 由干工作面进度慢 顶板下沉大 支架折损多 5 我们矿井的安全管理人员要密 切关注回采工作面顶板动态 掌握初次与周期来压规律 回采工作面初次来压和周期来压容易造成冒顶事故 特别是对 于断层 裂隙发育的顶板 一旦采面某个地点的支架失效 就有可能发生局部漏冒 破碎顶板从这点开始沿工作面往上 全部漏空 造成大片支架失去平衡 导致漏垮工作面 因此 必须认真搞好初次放顶和周期来压期间的顶板管理 预防 大型恶性顶板事故发生 日常工作中要摸索和掌握来压步距 在来压之前采取加强支护的措施 如加木垛 从柱等 确 保安全无事故 6 强化事故多发地点的顶板管理 局部冒顶实质是控顶区内已破碎的伪顶 直接顶失去有效支护而 造成的 采掘工作面较容易发生冒顶事故的位置 一是地质构造破坏附近 二是采面靠近煤壁处或顺槽掘进迎头 三是 巷道 顺槽交叉口及回采工作面上下出口处 四是采面放顶线附近 这四个位置是顶板事故多发区域 因此也是顶板管 理的重点部位 根据以上采掘工作面顶板管理分析 结合集团公司煤矿实际情况 我们提出以下防范措施 严格控制控顶距 工作面随采随支 遇顶板破碎时严格执行超前支护 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护措施 严禁空顶作业 架设支架要有足够的初撑力 顺槽上的支架要有 3 5 度的迎山角 支架的顶部与两侧应用木板背紧背牢 严防片帮 布置炮眼时 应使最小抵抗线处在相邻两柱之间 装药量要适度 合理 尽量采用小范围放炮方式 巷道 顺槽交叉口架设抬棚支护 特别是几个急倾斜煤矿的煤层巷道交叉口 其支柱不但要承受顶底板压力 还要 承受上面煤层的压力 工作面上下出口的支护必须加密 必要时增设特殊支架 每班检查一次支柱压力 压力不足的及时加压 目前还没有压力检测设备的必须每天加一次乳化液 但对坏柱没有 作用 所以没有压力检测设备的矿井要及时购买 发现有歪斜 断梁折柱等情况应及时更换 强化班组建设 定期培训教育 班组是企业管理和职工从事生产劳动的最基本单位 是有效控制事故发生的基本环 节 也是企业实现生产安全的基础 要实现安全生产 关键问题就是要把安全管理的各项工作 包括规章制度 作业规 程 安全措施和监督检查等都要在采掘班 组 当中落实 只有这样 才能让国家安全生产的方针和企业的安全工作部 署变成每个职工的自觉行动 把安全生产的标准 制度和措施等安全管理工作真正落实到生产工艺流程第一线的物和人 的不安全因素上 达到有效避免各种灾害事故 为此 要切实加强班组建设 特别是加强对班组长的培训和安全教育 提高他们的素质 使他们在顶板管理中发挥积极作用 加大安全监察执法力度 充分发挥监督部门的作用 矿井安全管理人员 集团公司工程技术人员 行业主管部门 安全监督管理部门都是安全管理的重要力量 监管部门应严格执行 煤矿安全管理条例 对 三违 人员一经查出 都要进行严肃处理 任何人不准讲情 不得护短 对于预防重大顶板事故的有功人员给予重奖 井下一旦发生顶板事故 5 必须以 三铁 手段按照 四不放过 原则 认真分析原因 严格追究事故责任人 同时以血的教训教育群众 并制定 防范措施 杜绝同类事故重复发生 以前因为行情低迷 工人难招 个人情感因素 对煤矿业主普遍抱有同情心 集团 公司工程技术人员因为特殊的身份 拿着煤矿的工资 如果提出问题多 部分业主也很反感等 基本上没有什么安全处 罚 而处罚是安全事故的预防疫苗 也是最有效的管理手段 如果我们的同情心给煤矿带来安全事故 那反而是害了煤 矿 现在一起死亡一人的安全事故一般是 200 万元的损失 而按现在的市场行情和生产成本需要挖 4 万吨煤炭才能弥 补 而生产 4 万吨煤炭要大半年 有的矿甚至一年还