頂板災(zāi)害性事故及其防治ppt課件

1、第七章第七章 頂板災(zāi)害性事故及其防治頂板災(zāi)害性事故及其防治 頂板事故與水、火、瓦斯、煤塵并列，被稱為煤礦五大災(zāi)害。一直是影響安全生產(chǎn)的主要因素。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在上世紀(jì)90年代以前，因頂板事故死亡人數(shù)占總死亡人數(shù)的45%以上，目前，雖然隨支護(hù)技術(shù)的進(jìn)步有所降低，但仍占25%左右，給國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全帶來極大威脅。 必須重視頂板災(zāi)害事故，采取措施，杜絕隱患，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。必須重視頂板災(zāi)害事故，采取措施，杜絕隱患，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。1;.2第一節(jié)第一節(jié) 局部冒頂事故的防治局部冒頂事故的防治 一、鑲嵌型頂板局部冒頂事故的防治：一、鑲嵌型頂板局部冒頂事故的防治：1. 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：鍋底石、魚背石，局部煤頂2.

2、 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：落煤后，無支護(hù)，在無支護(hù)區(qū)冒險(xiǎn)作業(yè)，沒有前兆3. 措施：措施： 調(diào)查 選及時(shí)支護(hù)架型 不許在無支護(hù)區(qū)工作 敲幫向頂 嚴(yán)格架設(shè)質(zhì)量、插嚴(yán)背實(shí)，補(bǔ)換支柱 3二、支護(hù)突然失效局部冒頂事故的防治：二、支護(hù)突然失效局部冒頂事故的防治：唐山礦1982年5188綜采面4m，50kg/m鋼軌，二死一傷1. 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 支架內(nèi)傷 2. 措施：措施： （1）支架無損 （2）合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使彎距較小支架損傷造成事故示意圖支架損傷造成事故示意圖4三、空頂冒落沖擊局部冒頂事故的防治：三、空頂冒落沖擊局部冒頂事故的防治：1. 局部空頂（空洞）的形成：局部空頂（空洞）的形成：（1）局部漏頂沒

3、填實(shí)）局部漏頂沒填實(shí)糊頂，不充填空間加大（2）頂板冒落抽空）頂板冒落抽空30頂碎，網(wǎng)上冒落抽空（3）上分層大塊矸石參差冒落）上分層大塊矸石參差冒落最初穩(wěn)定，下層開采翻滾（4）上分層支架回收不凈）上分層支架回收不凈留有空間，下層開采易冒（5）上分層冒落不充分）上分層冒落不充分采空區(qū)四周形成（初采、上下端頭）（6）分層頂板離層）分層頂板離層下沉量加大，離層空間，再冒，形成沖擊5局部空頂?shù)男纬桑壕植靠枕數(shù)男纬桑?漏頂未填實(shí)漏頂未填實(shí) 頂板冒落抽空頂板冒落抽空 矸石參差冒落矸石參差冒落 切眼及停采邊界冒落不充分切眼及停采邊界冒落不充分 上分層支柱回收不凈上分層支柱回收不凈 62. 防治冒頂措施：防治冒

4、頂措施：（1）防止漏頂空頂：）防止漏頂空頂： 超前支護(hù)掏梁窩，提前掛梁 插嚴(yán)背實(shí) 超前錨桿頂碎時(shí)（2）封堵漏頂：）封堵漏頂： 打樁楔 泡沫封堵材料（3）處理空間：）處理空間： 調(diào)查上分層位置、大小、標(biāo)示 空洞較小時(shí)點(diǎn)柱+木垛接頂（先加固空間周邊支架） 空洞較大時(shí)3m以下打高柱支柱（先加固空間周邊 支架），在其下架設(shè)木垛（最后回收），空洞再大則繞行開采 72. 防治冒頂措施：防治冒頂措施： （1）防止漏頂空頂：）防止漏頂空頂： 超前支護(hù)掏梁窩，提前掛梁 插嚴(yán)背實(shí) 超前錨桿頂碎時(shí) （2）封堵漏頂：）封堵漏頂： 打樁楔 泡沫封堵材料 （3）處理空洞：）處理空洞： 調(diào)查上分層位置、大小、標(biāo)示 空洞較小

5、時(shí)點(diǎn)柱+木垛接頂（先加固空間周邊支架） 空洞較大時(shí)3m以下打高柱支柱（先加固空間周邊支架）， 在其下架設(shè)木垛（最后回收）， 空洞再大則繞行開采8防治局部冒頂措施：防治局部冒頂措施：掏梁窩超前支護(hù)掏梁窩超前支護(hù) 超前錨桿超前錨桿 打樁楔處理冒頂打樁楔處理冒頂 木垛接頂木垛接頂 高柱接頂高柱接頂 木垛支撐木垛支撐93. 空頂處回柱放頂措施：空頂處回柱放頂措施：（1）加大控頂距）加大控頂距上下周邊各5m不回，留安全空間（2）對(duì)空洞區(qū)周圍充填）對(duì)空洞區(qū)周圍充填超過邊界1.52.0m（3）空頂區(qū)）空頂區(qū)“拉大網(wǎng)拉大網(wǎng)”回柱回柱嚴(yán)禁人員進(jìn)老塘 加大控頂距加大控頂距 矸石局部充填矸石局部充填 10四、工作面

6、上下端頭局部冒頂：四、工作面上下端頭局部冒頂：1. 端頭礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)：端頭礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)：（1）上下順槽已產(chǎn)生較大變形和破壞時(shí)間1-2年，1000mm（2）上下順槽支護(hù)基本無初撐力，促使離層下沉（3）支承壓力產(chǎn)生疊加，加劇對(duì)圍巖破壞作用（4）面積大，煤巖體承載能力低，支架控頂負(fù)擔(dān)重（5）端頭移溜改柱，支架多工作在初撐階段，阻力低，穩(wěn)定性差，頂板下沉量大。112. 端頭冒頂類型：端頭冒頂類型：（1）推垮型冒頂）推垮型冒頂掘巷破壞、離層、漏頂、有空間（2）端頭大面積懸頂壓跨型）端頭大面積懸頂壓跨型頂硬、懸露、突冒（3）移留時(shí)壓垮）移留時(shí)壓垮回撤機(jī)頭機(jī)尾支架，支撐力降低、突冒 下端頭推垮型冒頂下端頭推

7、垮型冒頂 上端頭推垮型冒頂上端頭推垮型冒頂123. 防止端頭冒頂措施：防止端頭冒頂措施：（1）十字頂梁支護(hù)（2）端頭回梁八柱支護(hù)（倒移）（3）提高支護(hù)強(qiáng)度為正常時(shí)的1.6倍（增支柱密度、特殊支架）（4）局部錨桿一端頭支架混合支護(hù)（5）選用端頭支架 端頭錨固端頭錨固13 十字鉸接頂梁十字鉸接頂梁 十字頂梁支護(hù)十字頂梁支護(hù)14第二節(jié)第二節(jié) 大型冒頂事故的防治大型冒頂事故的防治 一、復(fù)合型頂板條件下的冒頂事故一、復(fù)合型頂板條件下的冒頂事故1. 復(fù)合頂板巖性與結(jié)構(gòu)：復(fù)合頂板巖性與結(jié)構(gòu)： 下軟上硬層狀巖層下軟上硬層狀巖層2. 礦壓特點(diǎn)：礦壓特點(diǎn)： 平時(shí)頂板壓力小，支架承載不大； 離層后，形成不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，

8、有橫向移動(dòng)傾向； 支護(hù)失穩(wěn)，推垮。 堅(jiān)硬頂板放頂后，懸頂，斷裂，沖擊推垮。15復(fù)合頂板推垮型冒頂復(fù)合頂板推垮型冒頂復(fù)合頂板老頂沖擊砸垮型冒頂復(fù)合頂板老頂沖擊砸垮型冒頂163. 防治措施：防治措施：（1）合理布置工作面：）合理布置工作面：嚴(yán)禁爬山開采；嚴(yán)禁下順槽與工作面銳角相交階梯形布置（2）減少對(duì)頂板破壞：）減少對(duì)頂板破壞：不得挑頂掘進(jìn)； 切眼錨桿加固（錨桿+液柱） （3）安全控制：）安全控制：提高初撐力；初次放頂時(shí)，沿傾斜分段布置錨桿；降低初步階段采高，充填、炮崩；（調(diào)整采高有一定限度）復(fù)合頂薄時(shí)，挑頂開采；增大控頂距。17工作面不得爬山開采不得與下順槽銳角相交不得挑頂掘進(jìn)巷道18切眼內(nèi)錨桿

9、支護(hù)沿工作面斜長(zhǎng)分階段錨桿支護(hù)19二、金屬網(wǎng)下推跨型下頂：二、金屬網(wǎng)下推跨型下頂：1. 網(wǎng)下事故：網(wǎng)下事故： 推垮型支架穩(wěn)定性差，大巖塊翻轉(zhuǎn)，漏頂發(fā)展為砸垮型。大塊矸石翻轉(zhuǎn)造成推垮型冒頂大塊矸石翻轉(zhuǎn)造成推垮型冒頂放頂抽空造成砸垮型冒頂放頂抽空造成砸垮型冒頂202. 防治措施：防治措施：（1）調(diào)研頂分層冒落狀況，危險(xiǎn)區(qū)標(biāo)注；（2）預(yù)防處理：煤壁深孔爆破（第一分層）；（3）金屬網(wǎng)假頂控制： 1）盡可能延長(zhǎng)分層開采間隔時(shí)間； 2）適當(dāng)降低第二分層工作面初采高度； 3）適當(dāng)加大控頂距特殊情況下用； 4）及時(shí)處理網(wǎng)兜放矸，托板； 5）上分層開采不扯網(wǎng)，及時(shí)補(bǔ)網(wǎng)。適當(dāng)加大控頂距適當(dāng)加大控頂距確保安全空間確

10、保安全空間及時(shí)處理網(wǎng)兜及時(shí)處理網(wǎng)兜21;.第三節(jié)第三節(jié) 沖擊礦壓沖擊礦壓 一、沖擊礦壓及其特點(diǎn)：一、沖擊礦壓及其特點(diǎn)： 1、沖擊礦壓、沖擊礦壓發(fā)生在高應(yīng)力區(qū)井巷、回采工作面圍巖體內(nèi)， 以突然、急劇、猛烈破壞為特征的礦壓動(dòng)力現(xiàn)象。 2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)： 突發(fā)性突發(fā)性無明顯前兆，發(fā)生時(shí)間短； 瞬時(shí)震動(dòng)性瞬時(shí)震動(dòng)性過程急劇，似爆炸，有強(qiáng)烈震動(dòng)； 巨大破壞性巨大破壞性常造成慘重傷亡和巨大損失； 復(fù)雜性復(fù)雜性發(fā)生范圍廣泛。與煤瓦斯突出區(qū)別：與煤瓦斯突出區(qū)別：外觀形式相似，但動(dòng)力來源不同， 突出時(shí)伴有大量瓦斯涌出。22;.233、沖擊礦壓分類：、沖擊礦壓分類：1）按沖擊強(qiáng)度分）按沖擊強(qiáng)度分2）按拋出煤量分）

11、按拋出煤量分彈射彈射單個(gè)碎塊射落，微沖擊現(xiàn)象；礦震礦震內(nèi)部沖擊，不外拋，外觀為震動(dòng)、煤炮；弱沖擊弱沖擊煤巖拋出，規(guī)模及破壞性不大；強(qiáng)沖擊強(qiáng)沖擊煤巖大量拋出，破壞嚴(yán)重。級(jí)輕微沖擊（10t以下）級(jí)中等沖擊（1050t）級(jí)強(qiáng)烈沖擊（50t以上）244、沖擊礦壓的危害：、沖擊礦壓的危害： 1）對(duì)井下巷道：）對(duì)井下巷道： 強(qiáng)沖擊將大量破壞煤巖拋入巷道，破壞巷道支護(hù)系統(tǒng)及圍巖結(jié)構(gòu)。小型沖擊影響不大。2）對(duì)井下人員：）對(duì)井下人員： 遭受突然傷害，現(xiàn)場(chǎng)人員大多遭受腦部受傷，其次是胸部機(jī)械受傷，內(nèi)部器官損傷等。3）對(duì)地表建筑：）對(duì)地表建筑： 沖擊伴發(fā)礦震，對(duì)地表可造成震害。25二、沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理：二、沖擊礦壓

12、發(fā)生機(jī)理：1、強(qiáng)度理論：、強(qiáng)度理論： 煤、巖體發(fā)生沖擊礦壓，是由于所受應(yīng)力超過其強(qiáng)度所致。 （夾持煤體理論夾持使煤體具有更高彈性能，一旦應(yīng)力突然加大，或系統(tǒng)阻力突然減小，發(fā)生沖擊）2、能量理論：、能量理論： 煤、巖體受力積蓄彈性能，當(dāng)系統(tǒng)破壞時(shí)，消耗能量少于積蓄能量時(shí)，多余能量促使發(fā)生沖擊。 （似炸彈爆炸殺傷原理）263、沖擊傾向理論：、沖擊傾向理論： 煤、巖體發(fā)生沖擊是幾個(gè)方面性能的反映，當(dāng)某性能達(dá)到?jīng)_擊引發(fā)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可發(fā)生沖擊。 沖擊傾向度沖擊傾向度煤、巖產(chǎn)生沖擊破壞的能力。 彈性變形指數(shù)； 有效沖擊能指數(shù)； 極限剛度比； 破壞速度指數(shù)。27依三種理論有三個(gè)準(zhǔn)則：依三種理論有三個(gè)準(zhǔn)則： 強(qiáng)度

13、準(zhǔn)則：強(qiáng)度準(zhǔn)則： 能量準(zhǔn)則：能量準(zhǔn)則： 沖擊準(zhǔn)則：沖擊準(zhǔn)則：1Ri1dtdUdtdUdtdUpSE1*KK全部應(yīng)力大于強(qiáng)度煤巖釋放能量大于消耗能量沖擊傾向度大于實(shí)驗(yàn)臨界值第一個(gè)為破壞準(zhǔn)則，后兩個(gè)為突然破壞準(zhǔn)則。第一個(gè)為破壞準(zhǔn)則，后兩個(gè)為突然破壞準(zhǔn)則。同時(shí)滿足三個(gè)準(zhǔn)則，才可能發(fā)生沖擊。同時(shí)滿足三個(gè)準(zhǔn)則，才可能發(fā)生沖擊。28三、沖擊礦壓影響因素：三、沖擊礦壓影響因素： 影響因素影響因素1、地質(zhì)條件影響：、地質(zhì)條件影響： 采深；采深； 煤巖力學(xué)性質(zhì)；煤巖力學(xué)性質(zhì)； 頂板巖層結(jié)構(gòu)；頂板巖層結(jié)構(gòu)； 地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造自然地質(zhì)條件（原巖應(yīng)力、煤巖力學(xué)性質(zhì)）開采技術(shù)條件（局部應(yīng)力集中）組織管理措施（作業(yè)質(zhì)量、

14、技術(shù)設(shè)備）291）采深：）采深： 體積變形能體積變形能 形狀變形能形狀變形能222216121HEUV222213211HEUf可見：可見：H 越大，體積能越大，越容易沖擊越大，體積能越大，越容易沖擊破壞煤并使其運(yùn)動(dòng)破壞煤并使其運(yùn)動(dòng)消耗于塑性變形消耗于塑性變形沖擊發(fā)生采深：沖擊發(fā)生采深：cKRHc073. 1式中： 應(yīng)力狀態(tài)系數(shù) c體積能變形常數(shù)0K30一般： H350m 不發(fā)生沖擊礦壓； 350m H500m危險(xiǎn)增大； H500m 沖擊危險(xiǎn)急劇增加。采深與沖擊礦壓發(fā)生頻次關(guān)系采深與沖擊礦壓發(fā)生頻次關(guān)系312）煤巖力學(xué)性質(zhì)：）煤巖力學(xué)性質(zhì)： 煤的沖擊傾向性指標(biāo)煤的沖擊傾向性指標(biāo) 任何煤層均可發(fā)

15、生沖擊；任何煤層均可發(fā)生沖擊；煤越脆硬，所需沖擊能越小，越容易發(fā)生沖擊。煤越脆硬，所需沖擊能越小，越容易發(fā)生沖擊。沖擊能指數(shù)沖擊能指數(shù)彈性能指數(shù)彈性能指數(shù)動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間沖擊能指數(shù)沖擊能指數(shù) 全 應(yīng)力應(yīng)變曲線， 峰前能量與峰后 能量之比。（比值越大，則沖擊能力越大）EK32 彈性能指數(shù)彈性能指數(shù) 單壓破壞前，彈性能與塑性消耗能 之比。 （彈性能所占比重越大，則沖擊可能性越大） 動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間 單壓時(shí)，從極限載荷到完全破壞所 經(jīng)歷的時(shí)間。 （破壞時(shí)間越短，則越容易發(fā)生沖擊）ETWtD 彈性能指數(shù)計(jì)算圖彈性能指數(shù)計(jì)算圖 動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間曲線動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間曲線33煤沖擊傾向鑒定指標(biāo)值煤沖

16、擊傾向鑒定指標(biāo)值指指 標(biāo)標(biāo)強(qiáng)沖擊強(qiáng)沖擊弱沖擊弱沖擊無沖擊無沖擊沖擊能指數(shù)沖擊能指數(shù)5.05.01.51.5彈性能指數(shù)彈性能指數(shù) /kj5.05.02.02.0動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間 /ms5050500500EKETWtD煤層含水，可增加塑性，減小彈性能積存，減緩沖擊危險(xiǎn)。厚煤層比薄煤層更容易發(fā)生沖擊。343）頂板巖層結(jié)構(gòu)：）頂板巖層結(jié)構(gòu)： 具有厚層堅(jiān)硬砂巖頂板是發(fā)生沖擊礦壓的主要原因。 煤層內(nèi)彈性能煤層內(nèi)彈性能體積彈性能變形彈性能頂板彎曲彈性能 頂板彎曲能計(jì)算圖頂板彎曲能計(jì)算圖354）地質(zhì)構(gòu)造影響：）地質(zhì)構(gòu)造影響：沖擊多發(fā)地點(diǎn)：沖擊多發(fā)地點(diǎn)： 向斜軸處；向斜軸處； 斷層附近；斷層附近； 煤

17、層傾角變化處；煤層傾角變化處； 構(gòu)造應(yīng)力帶。構(gòu)造應(yīng)力帶。362、開采技術(shù)影響：、開采技術(shù)影響： 影響分兩類影響分兩類產(chǎn)生高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生高應(yīng)力區(qū)煤柱、采空邊緣、孤島、采序；減小阻力減小阻力放炮、截煤。1）采序）采序影響煤巖體內(nèi)應(yīng)力分布； 采向采向采面向采空區(qū)方向推采，易發(fā)生沖擊；2）上層煤柱、停采線）上層煤柱、停采線推進(jìn)、穿過時(shí)沖擊危險(xiǎn)大；3）采空區(qū)）采空區(qū)距采空區(qū)2030米，沖擊危險(xiǎn)大；4）開采面積）開采面積開采面積大，沖擊危險(xiǎn)增大。沖擊礦壓發(fā)生在巷道多（沖擊礦壓發(fā)生在巷道多（72.6%），發(fā)生在采場(chǎng)少（），發(fā)生在采場(chǎng)少（27.4%）在殘采區(qū)、停采線、斷層及超采處發(fā)生沖擊多（在殘采區(qū)、停采線、斷

18、層及超采處發(fā)生沖擊多（89%）37四、沖擊礦壓預(yù)測(cè)方法：四、沖擊礦壓預(yù)測(cè)方法： 1、綜合指數(shù)法：、綜合指數(shù)法： 實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：對(duì)已發(fā)生沖擊礦壓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析其各方面影響 因素并確定各因素的影響權(quán)重，綜合建立預(yù)測(cè)預(yù) 報(bào)指標(biāo)。 1）地質(zhì)因素指數(shù)：）地質(zhì)因素指數(shù)：11max111niiniitWWW 第 i 個(gè)因素實(shí)際影響指數(shù) 第 i 個(gè)因素最大影響指數(shù) 地質(zhì)因素沖擊危險(xiǎn)指數(shù)iWmaxiW1tW38 2）開采因素指數(shù)：）開采因素指數(shù)：21max212niiniitWWW 第 i個(gè)開采因素實(shí)際危險(xiǎn)指數(shù) 第 i 個(gè)開采因素最大危險(xiǎn)指數(shù) 開采因素沖擊危險(xiǎn)指數(shù)iWmaxiW2tW3）危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定綜合指數(shù)：）危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定綜合指數(shù)：21,maxtttWWW 無沖擊弱沖擊 中等沖擊強(qiáng)沖擊 不安全 3 . 0tW5 . 03 . 0tW75. 05 . 0tW95. 075. 0tW95. 0tW392、計(jì)算機(jī)模擬法：、計(jì)算機(jī)模擬法： 通用軟件：通用軟件：FLAC ； UDEC ； ANSYS 等。等。 （因計(jì)算機(jī)模擬對(duì)煤巖力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化