煤矿顶板灾害防治

煤矿顶板灾害防治 主讲人 信长瑜处长 一 煤层的顶底板位于煤层上面或下面的岩层分别称为煤层的顶底板 第一章煤矿顶板事故概况 郑煤集团 1 伪顶 直接覆盖在煤层之上 随采随落的极不稳定岩层 一般由炭质页岩 炭质泥岩等强度较低的岩层组成 对维护顶板和煤炭质量有一定的影响 2 直接顶 位于煤层或伪顶之上有一定稳定性 在支架前移或回柱后能自行冒落的岩层 是采煤工作面顶板管理的直接对象 3 基本顶 原叫老顶 是指位于直接顶或煤层之上 通常为厚度及岩石强度较大 难于垮落的岩层 常有砂岩 砾岩 石灰岩组成 郑煤集团 二 顶板事故的概念煤矿常见的重大灾害事故a 瓦斯 煤尘爆炸b 矿井明火火灾c 煤与瓦斯突出d 矿井出水e 冲击地压或大面积冒顶 郑煤集团 煤矿顶板事故是指由于顶板冒落造成人员伤亡 设备财产损失 是煤矿较为严重事故之一 据统计 1949 1995年全国顶板事故占矿井死亡人数比为37 11 2001 2003年全国顶板事故占矿井死亡人数比为35 67 数据证明煤矿顶板事故对安全生产影响很大 所以加强顶板管理 消除顶板事故隐患 避免人员伤亡和财产损失 是顶板安全管理工作的根本 郑煤集团 三 顶板事故的分类 近年来随着采面支护装备水平的提高 采面顶板事故比例下降 随着开采深度增加 井型 断面增大 巷道顶板事故比例有所上升 郑煤集团 一 采面顶板事故分类按力源分 郑煤集团 工作面上下出口 地质破坏带 放顶线 靠煤壁附近 局部漏冒型 大面积漏冒型 漏冒型 局部冒顶 郑煤集团 二 按冒顶事故范围分 郑煤集团 1 局部冒顶是指采掘工作空间局部范围内顶板岩石坠落造成的顶板事故 1 局部冒顶的特点 范围小 死亡人数1 2人 2 局部冒顶的实质 控顶区内已破碎的直接顶失去有效支护而造成的 3 局部冒顶的分类 从工序与发生的地点看 可分为 郑煤集团 2 大面积冒顶通常指冒顶范围较大 伤亡人数3人及以上的冒顶 这种冒顶有的属于一种类型或几种冒顶类型的组合 其特点是冒顶范围大造成风路堵塞 郑煤集团 第二章采掘工作面冒顶事故的原因及防治措施 第一节采煤工作面顶板事故一 靠近煤壁的局部冒顶1 冒顶原因 1 在采煤过程中 裸露的破碎顶板得不到及时支护 或支护不当 支护不好造成冒顶 2 在爆破落煤时 炮眼布置不恰当或装药量过多 会在爆破时蹦到支架 导致煤壁侧局部冒顶 3 在老顶 基本顶 来压时 由于煤层强度较低 可能因煤壁片帮冒顶 4 对于三软煤层 煤层松软破碎 若没有采取注水措施或片帮处无超前护顶 易引起煤壁冒顶 郑煤集团 2 防治措施 1 采用正确支护方法 对于暴露顶板要及时采用护顶和超前护顶支护方法 支柱要有足够初撑力 支得稳 护得住 2 采用整体支架前缩梁及时支护 解决端面距过大问题 3 爆破时 炮眼布置及装药量要适度 合理 避免蹦到支架 4 对易片帮煤层 尽量使工作面与煤层主要节理方向垂直或斜交 一旦片帮可以及时掏梁窝超前支护 5 对于三软煤层 要及时注水以便透结煤层 郑煤集团 二 上下安全出口处局部冒顶1 冒顶原因 1 上下出口位于采面与巷道的交叉处 控顶范围较大 且易出现应力叠加 如支护不好 容易发生冒顶 2 该处经常进行工作面运输机机头 机尾的拆卸 不可避免的要移动 替换原支架 如支架支护不好 易造成破碎直接冒顶 3 没有采取端头加强支护措施 或端头不合格 易发生冒顶 4 此处顶板有时出现台阶下沉 难以维护 也可造成冒顶 郑煤集团 2 防治措施 1 合理布置工作面巷道 尽可能将工作面布置在受地质影响小的地段 2 合理设计工作面巷道断面 保持巷道顶板完整性 3 适当加大上下出口支护密度和强度 增加特殊支架 如炮采工作面的 四对八根长梁 整体过渡支架 做好护顶 4 支架系统必须具有一定侧向抗力 以防老顶来压推倒支架 迎山合理 防倒措施 郑煤集团 三 切顶线 老塘侧 附近的局部冒顶目前三软煤层采用放顶煤开采 增加一个放煤工序 所以先进行移梁回柱 后进行放煤 若移梁回柱时控顶不好 易造成老塘侧冒顶 1 冒顶原因 1 回柱操作不合理 引起破碎顶板冒落 2 挡矸不严 大碴块出现时 没挡好 出现伤人事故 3 遇断层带等 大块岩石下砸 推到支架 造成冒顶 郑煤集团 2 防治措施 1 正确操作回柱 防治顶板压力局部集中 造成回柱困难 2 挡好挡门 防治大碴块伤人 3 加强地质破坏带支架管理 加强支护 4 积极推广采用综采支架和整体悬移支架 提高支护强度 郑煤集团 四 地质破坏带附近的局部冒顶1 冒顶原因 1 在顶板活动过程中 断层附近的破断岩块沿断面下滑 推到工作面支架导致冒顶 2 工作面与断层相交 因支护不当导致局部冒顶事故 2 防治措施 1 工作面出现断层破坏带后 要加强支护 背顶护帮 2 在放顶线处 断层两侧支架要架木垛或打抬棚 加强支护 3 迎着岩块下滑方向支设戗棚 郑煤集团 五 复合顶板推垮型冒顶1 复合顶板的特征 1 煤层顶板或由下软上硬不同岩性的岩层组成 2 软硬岩层间卡有煤线或薄层软弱岩层 3 下部软岩层的厚度通常小于0 5m 且不大于3m 2 冒顶的原因 1 离层 支柱初撑力小 顶部上下软硬岩层下沉不同步 从而导致软岩层与上部硬岩层离层 2 断裂 有多种原因 在下位岩层断裂成一个六面体 且与硬岩离层 3 去路与倾角 4 推力大于阻力 郑煤集团 3 冒顶的特点 1 顶板压力不大 支架无变形 无折损 2 多数情况下 直接顶已沿煤壁断裂 3 冒顶后 支柱多数沿煤层向下倾斜 4 多数发生在回柱过程中 5 多发生在距切眼不远处 郑煤集团 4 冒顶地点 1 开切眼附近 2 地质破坏带附近 3 老巷老空附近 4 掘进破坏复合顶板的地点 隐蔽工程顶空处 5 大倾角地段 6 顶板岩层含水地段 7 局部冒顶区附近 8 构造尖灭地段 郑煤集团 5 防治措施 1 掘进工作面两巷时不破坏复合顶板 2 采用伪倾斜布置工作面 减少倾角 增加阻力 3 控制采高 使顶板软煤岩冒落后超过采高 梁头抓帮 4 采用整体支架支护 使支架形成整体结构 单体柱支护要做好支柱防倒 用拉钩连接 5 加强支护 用木架 戗棚 戗柱等加强支护 软煤袋 郑煤集团 六 大块游离顶板旋转的推垮型冒顶1 冒顶原因 这种情形主要是沿顶采煤或有少量煤皮时 1 顶板由断层 裂隙 层理或薄弱岩层切割成游离大岩块 2 大岩块形成旋转力矩 将支架推倒 2 冒顶特点 1 发生在回柱和放顶后 2 游离岩块的重力与支架支撑力在同一条作用线上 重力大于支撑力 且重力靠采空区侧 3 一般将支柱推离煤墙 郑煤集团 3 防治措施 1 正确判断游离岩块范围 2 对游离岩块区加强支护 3 待游离岩块完全处于采空区时 再回吃力支柱 4 采用整体支架支护 郑煤集团 七 坚硬顶板大面积冒顶1 冒顶原因 1 煤层之上是厚而坚硬的砂岩 常常大面积悬而不冒 老顶来压步距50m以上 2 当自身强度难以承受自重和上位岩层重量 即弯曲应力超过极限强度时 出现断裂及垮落 3 回采过程中 遇到较发育原生裂隙或断层 也易导致冒顶 郑煤集团 2 防治措施 1 采用整体支架 加强支护 2 强制放顶 3 循环浅孔式放顶 每1 2个循环 打一排钻孔 4 打切顶柱 端木垛等 5 超前深孔松动爆破 工作面两巷向工作面前方顶板打深孔 郑煤集团 第二节巷道顶板事故一 巷道顶板事故按发生地点分为两类 郑煤集团 二 巷道冒顶事故的原因1 地质因素 1 围岩松软或极易风化 如煤 页岩等 2 通过断层或褶曲等地质构造带 岩层破碎 3 巷道穿过岩层 岩性突然发生变化 在交界面产生塌冒 4 地下水侵入 削弱岩石稳定性 2 设计因素 1 巷道位置选择不当 处于压力带 2 缺乏地质 水文资料 缺应变措施 3 支护形式设计不合理 郑煤集团 3 施工因素 1 巷道岩性变化 施工措施不当 2 围岩暴露面积大 时间长 引起塌冒 3 支护不合理 支架不稳定 4 炸药量过多 破坏岩层稳定性 5 没有临时支护 空顶距离长 6 没有敲帮问顶 引起岩石坠落事故 郑煤集团 4 防治措施 1 根据岩性确定控顶距 2 设计合理 3 敲帮问顶 4 短掘短支 5 装药量合理 炮眼布置合理 6 采用联合支护 郑煤集团 一 冒顶事故的预兆1 发出响声 岩层下沉断裂 支架发出响声 2 掉碴 3 片帮 4 顶板出现离层 5 漏顶 形成棚顶托空 顶空 6 顶板淋水增加 郑煤集团 第三章顶板事故的预防和处理 二 顶板事故的应急处理与救援井下发生顶板事故 事故单位应及时上报和通知有关人员 领导小组 了解查询有关情况 作出分析判断 下达或传达有关决定和命令 1 及时汇报调度室 调度室及时通知领导小组有关人员 2 了解查询 1 事故时间 地点 范围 2 是否堵人 埋人及遇险人数 3 事故点通风 瓦斯 涌水情况 4 冒顶地点支架等现场情况 5 现场采取措施情况 郑煤集团 3 分析判断 1 遇险人数 冒顶影响范围继续扩大 2 是否可能造成风路堵塞 瓦斯 水和其他有害气体聚集 3 分析被堵空间 判断遇险人员生存条件 4 是否采用直接通过冒顶区域等方法救人 4 下达决定和命令 郑煤集团 一 破碎顶板的支护破碎顶板节理 层理较发育 胶结性差 往往采后自行垮落 使临近支架 顶空 而倒柱 若处理不及时 则会使垮落面积增大 郑煤集团 第四章采煤工作面特殊条件下顶板支护 顶板破碎 型钢炮放工作面支护要点 1 用荆芭 椽子封顶 使顶板悬露面积缩小 2 刮板机上方可提前移梁护顶 靠煤壁打贴帮柱 3 适当加大支护密度 有利于护顶 并满足支护强度 4 采取提前移梁和背帮护顶 缩短空顶时间和空顶面积 当顶板特别松软或有0 3m以上的伪顶 且放炮后会立即冒落时 可采用千椽或圆钢打超前托棚的办法 郑煤集团 二 煤壁片帮的支护由于采煤工作面在支承压力作用下容易压酥 因此在采面长 煤质松软的工作面往往容易片帮引起冒顶 防止煤壁片帮的主要安全措施 1 煤壁要超前注水 增加煤层锈结性 2 采用固化剂 不实用 或打锚杆 增加煤壁强度 3 工作面长度要合理 适当加快推进度 减少煤壁承压时间 4 适当降低采高 5 在煤壁片帮严重地点 除用贴帮柱护帮顶 还应打临时柱闭帮 6 减少放炮或不放炮 放炮眼距顶板不要太近 装药量要适当 郑煤集团 三 煤层倾角较大时单体住工作面顶板的支护1 煤层倾角小于35 或小倾角急倾斜煤层 应根据煤层倾角 将工作面调整为伪斜开采 2 严格站柱质量 迎山角要合理 25 30 倾角 迎山角3 5 单体住间应使用好防倒链或斜拉撑钩 底板坚硬时 应凿成麻面 增加支柱与底板摩擦力 3 支架迎山有力 初撑力达到规定要求 4 放顶线应保持成直线 防止冒落矸石撞倒支柱 并设联结拉杆 5 当倾角大 采空区上部存矸少时 放顶前应充填空区 6 支设木垛和抬棚 增加支架稳定性 郑煤集团 四 过断层时的顶板支护1 采面过断层前的预兆 1 煤层 岩层倾角发生变化 2 节理面增多 并有擦痕现象 3 顶底板完整程度破坏严重 4 煤质变软 厚度变薄或厚 5 淋水和瓦斯涌出量增多 郑煤集团 2 过断层的方法 1 绕过断层 断层落差大 影响范围广 10 20m以上和工作面走向平行 含水断层 重新开掘切眼 布置工作面时即考虑 2 直接过断层 断层落差小 煤层未直接断开 3 单体柱工作面直接过断层安全措施 1 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 30 45 减少断层在工作面揭露长度 2 断层落差不超过采高1 4 1 3 断层顶板比较完整时 过断层可不采取特殊方法 郑煤集团 3 如直接过断层 断层附近煤层较薄 可根据顶底板岩层 断层赋存情况 确定挑顶或卧底 使工作面底板坡度平缓变化 利用铺设推移刮板运输机 郑煤集团 4 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 5 卧底过断层如丢底煤时应刹紧背严 支架要穿鞋或穿方木 6 过断层时要采取打浅眼 少装药 放小炮 五 采煤工作面初采及周期来压的顶板管理1 工作面切眼支护的几种形式 1 顶板稳定 单体支柱 型钢支护 开帮直接开采 2 顶板条件特殊 采用木梁 木腿支护 试采前替换套棚 3 用木梁 木棚或工字钢支护 安装滑移支架 4 边施工切眼用工字钢或木棚安装支架 5 作双切巷或大切巷安装综采支架 郑煤集团 2 工作面初放顶的顶板管理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 造成工作冒顶 为此应采取有效顶板管理措施 1 在初次放顶时 若顶板坚硬 悬顶面积大 应采取强制放顶措施 可以避免采空区大面积悬顶的危险 也可以缩小老顶初次来压的步距 2 初次放顶前 必须全面检查支柱实际支护状况 对歪旋 漏液等不合格支柱要重新打好 3 对坚硬不宜垮落顶板 隔距离增设木垛 郑煤集团 4 为防止煤壁处顶板出现采动裂隙和台阶下沉 要增设贴帮柱 为预防直接顶垮落的侧向推力 应在老塘侧支柱支设向采空区倾斜的戗柱或戗棚 以提高支架稳定性 5 回柱放顶要按自下而上顺序进行 采空区则必须挡门 防止窜矸伤人 6 回柱时必须3人一组作业 2人操作 1人观山 回柱人员必须站在安全地点 7 初放顶时 要密切观察顶板活动和垮落情况 8 成立初放领导小组 干部现场跟班指挥 发现问题及时处理 郑煤集团 3 工作面初次来压和周期来压时的顶板管理 1 老顶初次来压初次放顶后 随着工作面的推进 工作面老顶岩层垮度和面积不断增加 岩层荷重超过其极限时 老顶则产生弯曲 下沉 断裂垮落 这是工作面回采后老顶第一次大规模来压 初次来压时煤壁距开切眼煤壁的距离 称为初次来压步距 一般为20 30m 2 工作面周期来压初次来压后 工作面继续推进 老顶沿梁周期性下沉折断 工作面周期性地出现顶板下沉加快 煤壁片帮严重 支柱受力增大 顶板台阶下沉等老顶来压现象 称为工作面周期来压 周期来压步距 一般为初次来压的1 4 1 2 本地区8 12m 郑煤集团 3 顶板管理措施a 进行顶板观测 搞清本地区初次来压和周期来压步距 在来压前加大支护密度 提高支柱初撑力 b 来压前 沿放顶线间隔支设木垛 5 8m 或增设一梁三柱戗棚和抬棚 c 来压期间 应适当缩小控顶距 减少老顶对工作面的影响 d 实现正规循环作业 加快工作面推进度 保持煤壁完整性 e 落煤后及时支护 有片帮危险时 f 坚硬直接顶 必须实行强制放顶 减轻老顶来压对工作面的冲击力 g 当工作面有来压征兆时 必须立即撤出工作面所有人员 郑煤集团 六 工作面收尾及回收时顶板管理1 采煤工作面推进到设计规定的停采线 撤出机械设备和全部支架 并使顶板垮落的工作叫工作面收尾或回收 2 型钢支架工作面停采前的准备 1 提前调整采面推进 保证进回风巷同时到达停采位置 2 加强调巷段工程质量 3 停采前停止装药量 最后一排禁止放炮 防止煤壁片帮 郑煤集团 4 停采前加强煤壁注水 保证注水质量 5 工作面实行全封闭 采空区不准放炮 顶活处打扦椽 6 采高保持2 0左右 浮煤杂物清理干净 3 单体柱工作面回收时顶板管理 郑煤集团 1 工作面回收前 在保证支架完整 安全下拆除工作面刮板运输机 2 工作面回收前 由通风负责在新鲜风流安装局扇 向回收地点供风 3 先回收机头安全出口及抬口棚 机头安全出口处采用新坑木套棚回收 并用煤袋在下顺槽处垛袋人为打断风流 回收工作面支架 4 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 5 遇顶板压力大 煤壁活 支架不稳 可先套临时支架 然后回收 郑煤集团 6 经常检查工作地点瓦斯浓度 当瓦斯达到1 时 停止作业 进行处理 7 专人负责巡回检查 观山 保证退路畅通 8 现场跟班带班 发现问题 及时处理 保证安全 9 回收支架及时运至宽敞处码放 10 先采面支架 后上下顺槽 回至规定处打好密闭 郑煤集团 一 煤与瓦斯突出区巷道掘进1 防突原则坚持区域防突先行 局部防突措施补充原则 采掘工作做到不掘突出头 不采突出面 郑煤集团 第五章掘进工作面特殊条件施工及安全管理 2 突出矿井巷道布置原则 1 运输和轨道大巷 主要风巷 上山和下山等主要巷道布置在岩层或非突出煤层中 2 减少