浅谈对顶板灾害的防治

浅谈对顶板灾害的防治浅谈对顶板灾害的防治 在煤矿生产过程中 矿井五大灾害为水 火 瓦斯 粉尘 顶板灾害 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 生产终止等事故 顶板事故是 矿井的几大灾害之一 经过几个月的驻矿联系所学的专业知识 在驻矿工作中对煤矿的顶板管理有了新的认识 普鑫煤矿设计生产能力为十五万吨 采煤方式为炮采 工 作面的主要支护方式为单体液压支柱支护 巷道主要采用锚杆 锚网支护 破碎地段和矿山压力较大地段采用工字钢支护 普 鑫煤矿现在主采煤层为 9 号煤层 该矿采区范围内地质构造比 较复杂 断层较多 同时巷道长 顶板管理难度大 通过不断 的实践 根据普鑫煤矿的地质条件和实际生产情况 结合顶板 管理的理论知识 简单谈谈对顶板管理的认识 顶板事故按照 发生地点可以分为采煤工作面顶板事故和巷道顶板事故 一 采煤工作面冒顶事故的防治 采煤工作面顶板事故按照冒顶范围大小分为局部冒顶和大 型冒顶两类 大型冒顶指范围较大 伤亡人数较多的冒顶 局 部冒顶指范围不大 伤亡人数不多的冒顶 当前普鑫煤矿进行 回采的工作面为 9206 工作面和 9202 工作面 一 采煤工作面大面积冒顶事故的防治 采煤工作面大面积冒顶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 漏跨型冒顶和推跨型冒顶 三类 1 老顶来压时压跨型冒顶事故的防治 压垮型冒顶是指因工作面支护强度不足和顶板来压引起支 柱大量压坏而造成的冒顶事故 导致老顶来压时压垮型冒顶的 原因主要有垮落带老顶岩块压坏采煤工作面支柱导致冒顶 还 有就是垮落带老顶岩块冲击压坏采煤工作面支柱导致冒顶 由 于采煤工作面支柱初撑力不足 在老顶岩块未明显运动之前 直接顶与老顶已发生离层 当老顶岩块向下运动时 采煤工作 面支柱要承受冲击载荷 支架容易被损坏 从而导致冒顶 发 生压垮型冒顶事故的一般条件是直接顶比较薄 厚度小于煤层 采高的 2 3 倍 直接顶冒落后不能直接充填采空区 普鑫煤矿 9 煤的直接顶约为 0 8 0 9 米 能随工作面的回采自行垮落充 填采空区 平均采高为 1 米 因此发生压垮型冒顶的可能性不 大 但是在地质条件遇到特殊情况时应采取相应措施预防发生 压垮型冒顶事故的发生 其主要措施有 一 煤工作面支柱的支撑力应能平衡垮落 带直接顶及老顶岩层的重量 二 采煤工作面的支柱的初撑力 应能保证直接顶与老顶之间不离层 三 采煤工作面的支柱的 可伸缩量应能满足裂隙带老顶下沉的要求 四 当遇到平行工 作面的断层时 在断层范围内要及时加强工作面的支护 不得 采用正常办法回柱 2 厚层难跨顶板大面积切冒事故的防治 大面积切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 当煤层顶板是整体厚层硬 岩 如砂岩 砂砾岩 砾岩等 其分层厚度大于 5 6 米 时 要悬很大面积才会冒落 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 严重的是会把采空区的空气瞬时挤出 形成巨大的风暴 破坏 力极强 普鑫煤矿的直接顶为灰岩 厚度为 0 8 0 9 米 随着 工作面的回采可自行垮落充填采空区 老顶为粉砂岩 随着直 接顶的垮落发生弯曲变形下沉 在工作面初采时 直接顶需要 一定距离才会垮落 所以在回采中也要加强对厚层难跨顶板大 面积切冒事故的预防 大面积切冒顶发生前都会有相应的征兆 其主要征兆有 一 顶板断裂声响的频率和音响增大 二 煤帮有明显受压片 帮现象 三 底板出现底鼓或沿煤柱附近的底板发生裂缝 四 巷道 上 下 平巷超前压力较明显 五 工作面中支柱载 荷和顶板下沉速度明显增大 六 有时采空区顶板发生裂缝 或淋水加大 向顶板中打的钻孔原先流清水后变为流白糊状的 液体 这是断裂岩块互相摩擦形成的岩粉与水的混合物 大面 积切冒顶可以用威震仪 地音仪和超声波地层应力仪等进行预 测 可以采取相应的措施使顶板垮落充填采空区 如采用顶板 高压注水使顶板岩石疏散 裂隙增加 强度变低后在重力作用 下自行垮落 或者使用爆破的方法人为地将顶板切断强制放顶 使顶板冒落一定厚度形成矸石垫层 从而避免厚层难跨顶板大 面积切冒事故的发生 3 大面积漏跨型冒顶事故的防治 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 照成支柱失稳 导致漏跨 型失稳 现阶段普鑫煤矿所采的 9 煤煤层其倾角较小 属于缓 倾斜煤层 9 煤煤层顶板相对稳定 所以发生大面积漏跨型的 可能性不大 但当工作面遇到褶曲等构造且顶板比较破碎时 也应采取相应的技术措施加强工作面的支护 避免大面积漏跨 型冒顶 预防大面积漏跨型冒顶的主要措施有 一 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 二 顶板必 须背严实 三 严禁放炮 移溜等工序弄到支柱 防治出现局 部冒顶 4 复合顶板推跨型冒顶事故的防治 复合推跨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 复合推跨型冒顶的机理是由于支柱的初 撑力小 在顶板下位软岩层的自重作用下 软岩层与支柱同时 下沉或下缩 而顶板上位硬岩层未下沉或下沉较慢 也就是软 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 下位软岩在其地质构造 巷道布置 支柱初撑力低 等条件的影响下断裂而出现六面体 游离的六面体在力的作用 下会产生水平推力 水平推力作用使工作面支柱大量倾斜而造 成复合顶板推跨型冒顶事故 根据普鑫煤矿的实际情况 9 煤的直接顶与老顶的岩性相 近 煤层倾角较小 发生大面积复合型顶板推跨型冒顶的概率 较小 预防推跨型冒顶的主要措施有 一 掘进上下平巷时不 破坏复合顶板 二 工作面初采时不要反推 三 控制采高 使软岩层冒落后能超过采高 四 尽量避免上下平巷与工作面 斜交 五 灵活地应用戗柱戗棚 使它们迎着岩体可能推移的 方向支设 六 在开切眼附近于控顶区内 系统地布置锚杆 七 用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端至工作面下端连 接起来 形成整体的支柱 八 必须提高单体支柱的初撑力 二 采煤工作面局部冒顶事故的防治 在煤矿实际生产过程中 局部冒顶发生的次数较多 总的 危害比较大 从回采工序与顶板事故发生地点看 局部冒顶可 分成 靠近煤壁附近的局部冒顶 采煤工作面两端的局部冒顶 放顶线附近的冒顶 地质破坏带附近的局部冒顶 1 工作面两端的局部冒顶事故的防治 对于单体支柱工作面 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 支承压力集中 巷道提前掘进 引发了巷道周围 的变形和破坏 经常要进行机头机尾的移置工作 支柱支护拆 除老支护设新支柱时 碎顶可能松动进一步松动冒落 随着工 作面的推进 支柱的拆除支护更替 顶板也可能垮落 为端头 的支护和移动设备带来了许多困难 同时也会发生顶板事故 普鑫煤矿的对端头的支护还不够重视 其机头机尾没有采用四 柱八梁支护 而且超前支护距离和强度均不足 针对工作面两 端顶板的管理 必须采取措施预防两端发生冒顶 为了预防工作面两端发生漏顶 可在机头机尾处各应用四 对八梁支护 或在机头机尾处采用双楔铰接顶梁支护 同时在 超前工作面 10 米以内 巷道支柱应加双中心柱 超前工作面 10m 20m 内 巷道应加单中心柱一预防冒顶 2 靠近煤壁附近的局部冒顶事故的防治 煤层直接顶中 常常存在多组相交裂隙 这些相交裂隙容 易将直接顶分割成游离岩块 极易发生脱落 在爆破落煤后 如果支护不及时 这类游离的岩块可能突然冒落砸人 造成局 部冒顶事故 造成煤壁附近冒顶的主要原因有 一 直接顶被 密集裂隙切割 形成了游离岩块 二 采高过大 在老顶来压 期间 煤壁片帮 扩大了无支护空间 普鑫煤矿现开采的 9 煤 采高为 0 8 1 2m 但其断层较多 裂隙比较发育 所以应采取 相应的技术措施预防靠近煤壁附近的局部冒顶 其主要预防措施有 一 提高支柱的初撑力 采用正倒悬 臂错梁支护方式 二 炮采时 炮眼布置及装药量应合理 尽 量避免崩倒支柱 三 尽量使工作面与煤层的主要节理方向垂 直斜交 避免煤层片帮 如果煤层一旦片帮 应掏梁窝超前支 护 防止冒顶 3 放顶线附近的局部冒顶事故的防治 放顶线上支柱受力是不均匀的 当人工回拆 吃劲 的支柱 时 往往支柱一倒下顶板就冒落 如果回柱工人来不及退到安 全地点 就可能被砸着而出现冒顶事故 当顶板中存在被断层 裂隙 层理等切割而形成大块游离岩块时 回柱后游离岩块会 旋转 可能推到工作面支柱导致局部冒顶 在普鑫煤矿的生产 过程中 受设备不足及技术管理不足等因素 其放顶线处的支 柱柱距较大 支护密度不足 有时存在控顶距不足等现象 同 时工人在回柱过程中存在没有严格按作业规程进行作业等情况 所以存在放顶线附近的局部冒顶的隐患 因此必须加大放顶线 附近的顶板的管理 预防放顶线附近的局部冒顶事故的措施有 一 加强地质 及观察工作 记载大岩块的位置及尺寸 二 在大岩块范围内 用木垛等加强支护 三 当大岩块沿工作面推进方向的长度超 过一次放顶步距时 在大岩块范围内要延长控顶距 四 待大 岩块都全部处在放顶线以外的采空区时 在用绞车回柱 4 地质破坏带附近的局部冒顶事故的防治 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 几乎没有粘结力 尤其是断层面成为导水裂隙时 更彼此分离 单体支柱工作面如遇到垂直于工作面的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 从而推到工作面 造成局部冒顶 普鑫煤矿的断层较多 大部 分断层与工作面斜交 在工作面过断层的过程中应采取相应的 技术措施 为了预防这类顶板事故 应在断层两侧加设木垛来加强支 护 并迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或戗柱 同时支柱应 挂梁支护 在顶板破碎时加网或木材等进行支护 二 巷道冒顶事故的防治 普鑫煤矿采用斜井开拓 在井下布置机轨运输大巷进入采 区后 再布置下山对煤层进行开采 巷道较长 运输大巷有一 千多米 采用机轨联合布置方式 其巷道断面大 巷道断面不 规则 巷道顶板有淋水现象 巷道经过多年的风化 现在部分 地段顶板比较破碎 同时井下巷道较多 相互交错 开岔口较 多 受采动影响较大 在采区运输下山和回风下山以及东翼运 输大巷中 多处遇到断层 其顶板比较破碎 矿山压力比较集 中 其 9 煤运输大巷布置在煤层中 中部处于 8 煤的保护煤柱 之下 且该处位于断层构造带附近 所以 9 煤运输大巷受构造 应力较大 矿山压力显现比较明显 普鑫煤矿巷道顶板的管理 难度较大 加强对巷道顶板的认识和管理对防治顶板事故有着 重大的意义 巷道顶板事故多发生在掘进工作面及巷道交叉点 当巷道 围岩应力比较大 围岩本身又比较破碎或软弱 支柱的支撑力 和可缩量不够时 已经被应力破裂的围岩或本来就破碎的围岩 在较大应力作用下 可能损害支架 形成巷道冒顶 从而导致 巷道顶板事故 巷道顶板事故主要有掘进头冒顶事故 支架支 护巷道冒顶事故 锚杆支护巷道的冒顶事故 1 掘进头冒顶事故的防治 引起掘进头冒顶事故的原因主要有两种 一种是在掘进头 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 该岩块可能与岩体完全与岩体失去联系而冒落 另一种是掘进 头附近已经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 普鑫煤矿掘进采用炮掘 工人施工技术不足 其光面爆破效果不好 加上地质构造影响 因素 很多地方巷道顶板较破碎 同时在工作中存在空顶作业 等现象 因此必须采取相应的技术措施加强掘进头顶板事故的 防治 掘进头冒顶事故的防治措施有 一 根据岩石的性质 严 格控制空顶距 当掘进头遇到断层褶曲等地质构造破坏带或节 理发育的岩层时 棚子应紧靠前头 二 严格实行敲帮问顶制 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 三 在地质破坏带区掘进巷道时要缩小棚距 在掘进 头附近应采用拉条等把棚子连成一体防止棚子被推跨 必要时 还要打中柱以抗突然来压 2 支架支护巷道冒顶事故的防治 支架支护巷道的冒顶可分为压垮型 漏跨型 推跨型 压 垮型冒顶是因为巷道顶板或围岩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 漏跨型冒顶是因 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 力的作用下冒落 造成事故的发生 推跨型冒顶是因为巷道顶 帮破碎岩石 在其运动过程中存在平行巷道的水平分力 如果 这部分巷道支架的稳定性不够 可能被推到而发生冒顶 作为 普鑫煤矿来说 其运输大巷及总回风巷矿山压力较大 多处存 在高冒顶区 部分巷道受采动的影响较大 其 9 煤运输大巷片 帮底鼓严重 矿山压力显现明显 在巷道的支护过程中 应加 强巷道的支护和管理 其主要预防措施有 一 可能的情况下巷道应布置在稳定 的岩层中 并尽量避免采动的影响 二 巷道支架应有足够的 支护强度以抗衡围岩压力 三 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 四 支架施工时 要严格按工序质量要求进行 顶与帮背严背实 杜绝支架与围 岩间空顶空帮现象 五 凡因支护失效而空顶的地点 重新支 护时应先护顶 再施工 六 巷道替换支架时 必须先支新支 架 再拆老支架 七 在易发生推跨型冒顶事故的巷道中要提 高支架的稳定性 3 锚杆支护巷道的冒顶事故的防治 锚杆支护巷道冒顶事故的发生除地质因素外 主要是锚杆 支护系统的锚固力不足引起的 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 锚杆支护系统锚固力不足 这种变形就得不到控制 就会不断 发展 最终导致围岩冒落和冒顶 锚杆间距过大 锚杆支护材 料选择不当 锚杆支护系统匹配不合理 施工质量差等都会产 生这一恶果 在实际检查过程中 其工人在锚杆支护的施工中依然存在 很多问题 工人在施工过程中没有严格按照作业规程对锚杆支 护进行技术施工 同时锚杆支护设计不符合井下巷道支护要求 等问题 如在注入锚固剂前没有对孔壁进行清洗 锚固剂剂量 不足 锚杆间距过大 锚杆没有上木垫板等情况 留下了顶板 安全隐患 为了防治锚杆支护巷道冒顶事故的发生 必须在施 工中加强监管 杜绝违章作业 同时在锚杆支护设计上根据煤 矿实际情况严格按照 技术规程 进行设计 4 巷道交叉处冒顶事故的防治 巷道开叉处冒顶事故往往发生在巷道开岔的时候 因为开 岔口需要架设台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