第7章 煤矿矿山压力与顶板灾害防治2

顶板事故的致因及防治,1、采场顶板事故的致因及防治,1.1顶板事故分类,按冒顶范围可将顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两类。局部冒顶是指范围不大，有时仅在35支架范围内，伤亡人数不多(12人)的冒顶，常发生在靠近煤壁附近、采场两端以及放顶线附近。实际煤矿生产中，局部冒顶事故的次数远多于大型冒顶事故，约占采场冒顶事故的70%，总的危害比较大。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。,1.2局部冒顶事故的致因及防治,局部冒顶的原因一般有三种：一是直接顶被密集裂隙切割，形成了游离岩块；二是采高过大，在老顶来压期间，煤壁片帮，扩大了无支护空间；三是放顶煤开采，顶煤破碎。,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事故,靠煤壁附近的局部冒顶事故的预防,（）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,正悬臂交错顶量支架,（）综采工作面支架设计上，采用长侧护板，整体顶梁，内伸缩式前梁，增大支架向煤壁方向的水平推力，提高支架的初撑力；工艺操作上，采煤机过后，及时伸出伸缩梁，及时擦顶带压移架，顶梁的俯视角不超过7。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。,（2）采场两端的局部冒顶,（1）单体支柱工作面原因：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。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1020米，巷道支架应加单中心柱以预防冒顶。（2）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。,（3）放顶线附近的局部冒顶,顶板中游离岩块旋转推倒支架,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。,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。预防措施：第一，加强地质及观察工作，记载大岩块的位置及尺寸；第二，在大岩块范围内用木垛等加强支护；第三，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；第四，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；第五，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。,（4） 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。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。为预防这类顶板事故，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。对于有些综采工作面，高档普采和普采工作面，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。,1.3 大型冒顶事故的致因及防治,1 老顶来压时的压垮型冒顶,发生的条件：直接顶比较薄，其厚度小于煤层采高的23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56m，初次来压步距为2030m，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。,致因：,垮落带老顶岩块压坏采场支架,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（1）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; （2）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。,1）大面积漏垮型冒顶,条件：直接顶异常破碎；煤层倾角较大。冒顶机理：支护系统中若某处失效发生局部冒顶，破碎顶板就可能从该处沿工作面向上全部漏空，使支架失稳，漏垮工作面。,2、漏冒型冒顶,预防措施,（1）使支护系统有足够的支撑力与可缩量。（2）顶板必须背严背实、梁头顶紧煤壁，采煤后及时支护、甚至要掏梁窝。（3）严防放炮、移溜等工序弄倒支架发生冒顶。,2）靠煤壁附近局部冒顶,（1）顶板由于被裂隙切割，存在镶嵌型游离岩块。（2）端面距过大。（3）放炮崩倒支柱。,原因：,预防措施：（控制端面距）,（1）综采面： 提高初撑力控制端面冒高；及时支护方式，控制端面距；采高大于2.53.0m时，加护帮装置，避免端面距扩大；控制顶板（如固结碎顶）。（2）单体面：及时支护，端面距不超过200mm。采用正悬臂交错顶梁，正倒悬臂错梁直线柱支护。,控制端面距,单体面：基本顶梁加短顶梁。,措施：交接处宜用一对迈步抬棚。,说明：有的采场利用“四对八梁”中的一对。综采面未用端头支架时，也应如此。,工作面与巷道交接处原因：交接处需去掉原巷道支架一个腿，如果支护操作不当，可导致碎顶冒落。,3）工作面与巷道交叉处,4.放顶线附近的局部冒顶（单体面）,原因：人工回柱时，顶板冒落伤人。特别是分段回柱回最后一棵柱时。,措施： 应在有支护的地点远距离操作后采用墩柱支护。,3、推垮型冒顶,1）煤层倾角在20以上。2）网上是悬浮顶板。岩层间有空,1）金属网下推垮型冒顶,发生条件：,上下分层切眼垂直布置时，开切眼附近，松散冒矸上有三角形空隙存在。,当下分层切眼内错布置，或垂直布置，但工作面已过三角形空隙区。松散顶板因支柱初撑力小，没有顶紧，转化为悬浮顶板。,冒顶特点：,多数发生在初次放顶前后；多数是无征兆的；推垮前支柱受力一般不大；推垮后支柱没有折损，多数沿倾斜方向倒；推垮后上位断裂了的硬岩大块大面积悬露；速度快；容易在回柱时发生；多数工作面采用摩擦支柱。,冒顶机理,专门的实验研究表明，网下推垮分两个阶段。1）形成网兜。原因是工作面内某位置的支护失效。当支架稳定性好时，不会推垮。,2）推垮工作面。原因是网上碎矸与上位岩层之间有空隙，支架不稳定，网兜向下拉力拉倒支架，造成推垮型冒顶。,1）单体液压支柱工作面。 采用内错式布置切眼，提高支柱的初撑力，避免形成网上空隙，严防支护失效。 当垂直布置切眼时，初放阶段用“整体支架”（沿走向与倾斜将单体支柱联成整体）。2）摩擦支柱工作面。 采用“整体支架”支护。3）内错式布置切眼时，初放前要剪网，保证将金属网放到底板。4）采用伪斜布置工作面。,预防措施：提高初撑力，增加支架稳定性。,2.采空区冒矸冲入采场的推垮型冒顶,煤层之上直接就是石灰岩等坚硬岩层。,发生条件：,当顶板呈大块在采空区垮落时，可能顺着已垮落的矸石堆冲入采场，推倒采场支架（从柱根推倒），导致事故。,发生机理：,（1）用切断墩柱的初撑力切断顶板（减小冒落顶板的块度），并将冒矸挡在采空区。（2）当顶板分层过厚切不断时，用挑顶法，使冒矸超过采高。,预防措施,急倾斜工作面：如密集支柱初撑力不足，稳定性不好，采空区矸石也可能冲倒支架，造成事故。,（2） 厚层难冒顶板大面积冒顶,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。 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。,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。,预防措施：（1）顶板高压注水 （2）强制放顶,（3） 漏垮型冒顶的致因及防治,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。,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。,工作面漏垮示意图,（4） 复合顶板推垮型冒顶,复合顶板的特征：（1）煤层顶板由下“软”上“硬”不同岩性的岩层组成；（2）“软”、