頂板事故防治講義上課講義

1、頂板事故防治講義圖圖1-1 煤層的總厚度及有益厚度煤層的總厚度及有益厚度0 .2 5m0 .1 m底 板0 .4 m0 .6 m0 .5 m頂 板煤煤層層厚厚度度老頂直接頂煤層頂板采礦開(kāi)挖空洞頂板巖石下沉變形、破壞，產(chǎn)生事故概 述采煤作業(yè)時(shí)的頂板管理方式刀柱法充填法緩慢下沉法全部垮落法頂板事故的產(chǎn)生頂板事故的產(chǎn)生原巖應(yīng)力重新分布掘進(jìn)過(guò)程支護(hù)不及時(shí)支架強(qiáng)度不足頂板事故頂板事故支架不適應(yīng)圍巖的變形與破壞類(lèi)型變形的時(shí)間效應(yīng)空洞圍巖破壞特殊地質(zhì)條件采礦巖石開(kāi)挖開(kāi)挖空洞周邊應(yīng)力集中1.響聲：巖層下沉斷裂、頂板壓力急劇加大時(shí)，木支架就會(huì)發(fā)生劈裂聲，緊接著出現(xiàn)折梁斷柱現(xiàn)象；金屬支柱的活柱急劇下縮，也發(fā)生很大

2、聲響，有時(shí)也能聽(tīng)到采空區(qū)頂板發(fā)生斷裂的悶雷聲。2.掉碴：頂板嚴(yán)重破裂時(shí)，折梁斷柱增加，隨著出現(xiàn)頂板掉碴現(xiàn)象。掉碴越多，說(shuō)明頂板壓力越大。在人工頂板下，掉下的碎矸石和煤碴更多，工人叫“煤雨”。這就是發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)信號(hào)。3.片幫：冒頂前煤壁所受的壓力增加，變得松軟，片幫煤比平時(shí)增多。4.裂縫：頂板的裂縫一種是地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的自然裂隙，一種是由于采空區(qū)頂板下沉引起的采動(dòng)裂隙。如果裂縫加深加寬，說(shuō)明頂板繼續(xù)惡化，人們常常在裂縫中插上木楔子，觀察它是不是松動(dòng)或掉下來(lái)，判斷裂縫擴(kuò)大了沒(méi)有，作出預(yù)報(bào)。5.脫層：頂板快要冒落的時(shí)候，往往出現(xiàn)脫層現(xiàn)象，檢查脫層要用問(wèn)頂?shù)姆椒?，如果聲音清楚，表明頂板完好，頂板發(fā)出“

3、空空”的響聲，說(shuō)明上下巖層之間已經(jīng)脫離。6.漏頂：破碎的偽頂或直接頂，在大面積冒頂之前，有時(shí)因?yàn)楸稠敳粐?yán)或支架不牢出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象。漏頂如不及時(shí)處理，會(huì)使棚頂托空，支架松動(dòng)，頂板巖石繼續(xù)冒落，就會(huì)造成沒(méi)有聲響的大冒頂。礦山壓力控制利用礦山壓力活動(dòng)規(guī)律采用合理的開(kāi)挖順序和過(guò)程避免頂板事故，保證采礦作業(yè)安全人工控制與支護(hù)二 影響礦山壓力顯現(xiàn)的基本因素?cái)鄬优c褶曲擠壓與破碎帶節(jié)理、裂隙煤層傾角開(kāi)采深度上部煤層殘留煤柱工作面推進(jìn)速度采高與控頂距第二節(jié) 頂板事故的致因及防治一 采場(chǎng)頂板事故的致因及防治（一）頂板事故分類(lèi)按冒頂范圍可將頂板事故分為局部冒頂和大型冒頂兩類(lèi)。局部冒頂是指范圍不大，有時(shí)僅在35支架范圍

4、內(nèi)，傷亡人數(shù)不多(12人)的冒頂，常發(fā)生在靠近煤壁附近、采場(chǎng)兩端以及放頂線附近。實(shí)際煤礦生產(chǎn)中，局部冒頂事故的次數(shù)遠(yuǎn)多于大型冒頂事故，約占采場(chǎng)冒頂事故的70%，總的危害比較大。大型冒頂是指范圍較大，傷亡人數(shù)較多（每次死亡3人以上）的冒頂。（二）局部冒頂事故的致因及防治（二）局部冒頂事故的致因及防治1靠煤壁附近的局部冒頂局部冒頂?shù)脑蛞话阌腥N：一是直接頂被密集裂隙切割，形成了游離巖塊；二是采高過(guò)大，在老頂來(lái)壓期間，煤壁片幫，擴(kuò)大了無(wú)支護(hù)空間；三是放頂煤開(kāi)采，頂煤破碎。煤層的直接頂中，常存在多組相交裂隙時(shí)，這些相交的裂隙容易將直接頂分割成游離巖塊，極易發(fā)生脫落，在采煤機(jī)采煤或爆破落煤后，如果支護(hù)

5、不及時(shí)，這類(lèi)游離巖塊可能突然冒落砸人，造成局部冒頂事故?？棵罕诟浇木植棵绊斒鹿实念A(yù)防（）單體支柱工作面：采用能及時(shí)支護(hù)懸露頂板的支架，如正懸臂交錯(cuò)頂梁支架，正倒懸臂錯(cuò)梁直線柱支架等，提高支柱的初撐力。在金屬網(wǎng)下，可以采用長(zhǎng)鋼梁對(duì)棚邁步支架。盡量使工作面與煤層的主要節(jié)理方向垂直或斜交，避免煤層片幫。煤層一旦片幫，應(yīng)掏梁窩超前支護(hù)，防止冒頂。正倒懸臂錯(cuò)梁直線柱支架布置正懸臂交錯(cuò)頂量支架（）綜采工作面支架設(shè)計(jì)上，采用長(zhǎng)側(cè)護(hù)板，整體頂梁，內(nèi)伸縮式前梁，增大支架向煤壁方向的水平推力，提高支架的初撐力；工藝操作上，采煤機(jī)過(guò)后，及時(shí)伸出伸縮梁，及時(shí)擦頂帶壓移架，頂梁的俯視角不超過(guò)7。當(dāng)碎頂范圍較大時(shí)（比如

6、過(guò)斷層破碎帶等），則應(yīng)對(duì)破碎直接頂注入樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑使其固化，以防止冒頂。2采場(chǎng)兩端的局部冒頂（1）單體支柱工作面 原因：兩端機(jī)頭機(jī)尾處，暴露的空間大; 支承壓力集中; 巷道提前掘進(jìn); 引發(fā)了巷道周邊的變形與破壞。經(jīng)常要進(jìn)行機(jī)頭機(jī)尾的移置工作，拆除老支柱支設(shè)新支柱時(shí)，碎頂可能進(jìn)一步松動(dòng)冒落。隨著回采工作面的推進(jìn)，要拆掉原巷道支架的一個(gè)棚腿，換用抬棚支承棚梁，在這一拆一支之間，碎頂也可能冒落。 預(yù)防：在機(jī)頭機(jī)尾處各應(yīng)用四對(duì)一梁三柱的鋼梁抬棚支護(hù)（即四對(duì)八梁支護(hù)），每對(duì)抬棚隨機(jī)頭機(jī)尾的推移邁步前移；或在機(jī)頭機(jī)尾處采用雙楔鉸接頂梁支護(hù)。在工作面巷道相連處，宜用一對(duì)抬棚邁步前移，托住原巷道支架的棚梁。此

7、外，在采場(chǎng)兩端還可以采用十字鉸接頂梁支護(hù)系統(tǒng)以防漏冒。 在超前工作面10米以?xún)?nèi)，巷道支架應(yīng)加雙中心柱，超前工作面1020米，巷道支架應(yīng)加單中心柱以預(yù)防冒頂。（2）綜采工作面 如果工作面兩端沒(méi)有應(yīng)用端頭支架，則在工作面與巷道相連處，需用一對(duì)邁步抬棚。此外，超前工作面20米內(nèi)的巷道支架也應(yīng)以中心柱加強(qiáng)。4. 地質(zhì)破壞帶附近的局部冒頂?shù)刭|(zhì)破壞帶及附近的頂板裂隙發(fā)育、破碎，斷層面間多充以粉狀或泥狀物；斷層面都比較尖滑,使上、下盤(pán)之間的巖石無(wú)粘結(jié)力,尤其是斷層面成為導(dǎo)水裂隙時(shí)，更是彼此分離。單體支柱工作面如果遇到垂直于工作面或斜交于工作面的斷層時(shí)，在頂板活動(dòng)過(guò)程中，斷層附近破斷巖塊可能順斷層面下滑。從而

8、推倒工作面支架，造成局部冒頂。為預(yù)防這類(lèi)頂板事故，應(yīng)在斷層兩側(cè)加設(shè)木垛加強(qiáng)維護(hù)，并迎著巖塊可能滑下的方向支設(shè)戧棚或戧柱。對(duì)于有些綜采工作面，高檔普采和普采工作面，回采過(guò)程中，煤壁的前方頂板和煤層特別破碎，為保證正常割煤，不漏矸子，可采用全楔式木錨桿。當(dāng)斷層處的頂板特別破碎，用錨桿錨固的效果不佳時(shí)，可采用注入法，將較多的樹(shù)脂注入大量的煤巖裂隙中，進(jìn)行預(yù)加固。(三）大型冒頂事故的致因及防治1. 老頂來(lái)壓時(shí)的壓垮型冒頂發(fā)生的條件：直接頂比較薄，其厚度小于煤層采高的23倍，冒落后不能充填滿采空區(qū)；直接頂上面老頂分層厚度小于56m，初次來(lái)壓步距為2030m，或更大一些。工作面中，當(dāng)支柱的初撐力較低時(shí)，老

9、頂斷裂在煤壁之內(nèi)。當(dāng)工作面推進(jìn)到老頂斷裂線附近時(shí)，頂板出現(xiàn)臺(tái)階下沉，這時(shí)老頂巖塊的重量全部由采場(chǎng)支架承擔(dān)。致因：垮落帶老頂巖塊壓壞采場(chǎng)支架垮落帶老頂巖塊沖擊壓壞采場(chǎng)支架離層沖擊壓壞支架預(yù)防措施采場(chǎng)支架的支撐力應(yīng)能平衡垮落帶直接頂及老頂巖層的重量;采場(chǎng)支架的初撐力應(yīng)能保證直接頂與老頂之間不離層; 采場(chǎng)支架的可縮量應(yīng)能滿足裂隙帶老頂下沉的要求; 遇到平行工作面的斷層時(shí)（1）如果工作面支護(hù)是單體支柱，當(dāng)斷層剛露出煤壁時(shí)，在斷層范圍內(nèi)就要及時(shí)加強(qiáng)工作面支護(hù)（最好用木垛），不得采用正?；刂? 要擴(kuò)大控頂距，并用木支柱替換金屬支柱，待斷層進(jìn)到采空區(qū)后再回柱; （2）如果工作面支護(hù)是液壓自移支架，若支架的

10、工作阻力有較大的富裕，則工作面可以正常推進(jìn)，若支架的工作阻力沒(méi)有太大的富裕，則應(yīng)考慮使工作面與斷層斜交或在采空區(qū)挑頂?shù)拇胧┻^(guò)斷層。2. 厚層難冒頂板大面積冒頂發(fā)生的條件：整體厚層硬巖層頂板（如砂巖、砂礫巖、礫巖等其分層厚度大于56米）時(shí)，它們要懸露幾千平方米、幾萬(wàn)平方米，甚至十幾萬(wàn)平方米才冒落。這樣大面積的頂板在極短時(shí)間內(nèi)冒落下來(lái)，不僅由于重量的作用會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊破壞力，而且更嚴(yán)重的是會(huì)把已采空間的空氣瞬時(shí)擠出，形成巨大的暴風(fēng)，破壞力極強(qiáng)。預(yù)兆：頂板斷裂聲響的頻率和音響增大；煤幫有明顯受壓與片幫現(xiàn)象；底板出現(xiàn)底鼓或沿煤柱附近的底板發(fā)生裂縫；上下平巷超前壓力較明顯；工作面中支柱載荷和頂板下沉速

11、度明顯增大；有時(shí)采空區(qū)頂板發(fā)生裂縫或淋水加大。探測(cè)方法：可以用微震儀、地音儀和超聲波地層應(yīng)力儀等進(jìn)行預(yù)測(cè)，厚層堅(jiān)硬巖層的破壞過(guò)程，長(zhǎng)的在冒頂前幾十天就出現(xiàn)聲響和其他異?，F(xiàn)象，短的在冒頂前幾天，甚至幾小時(shí)也會(huì)出現(xiàn)預(yù)兆，因此，根據(jù)儀器測(cè)量的結(jié)果，再結(jié)合歷次冒頂預(yù)兆的特征，可以對(duì)大面積冒頂進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，避免造成災(zāi)害。預(yù)防措施：（1）頂板高壓注水頂板高壓注水 （2）強(qiáng)制放頂）強(qiáng)制放頂3. 漏垮型冒頂?shù)闹乱蚣胺乐沃乱颍河捎诿簩觾A角較大，直接頂又異常破碎，采場(chǎng)支護(hù)系統(tǒng)中如果某個(gè)地點(diǎn)失效發(fā)生局部漏冒，破碎頂板就有可能從這個(gè)地點(diǎn)開(kāi)始沿工作面往上全部漏空，造成支架失穩(wěn)，導(dǎo)致漏垮工作面。預(yù)防漏垮型冒頂?shù)拇胧?/p>

12、選用合適的支柱，使工作面支護(hù)系統(tǒng)有足夠的支撐力與可縮量；頂板必須背嚴(yán)實(shí)；嚴(yán)禁放炮、移溜等工序弄倒支架，防止出現(xiàn)局部冒頂。工作面漏垮示意圖4. 復(fù)合頂板推垮型冒頂復(fù)合頂板的特征：（1）煤層頂板由下“軟”上“硬”不同巖性的巖層組成；（2）“軟”、“硬”巖層間有煤線或薄層軟弱巖層；（3）0.5m下部“軟”巖層的厚度3.0m。復(fù)合頂板推垮型冒頂?shù)臋C(jī)理：(1)支柱的初撐力小，軟硬巖層下沉不同步，軟快而硬慢，從而導(dǎo)致軟巖層與其上部硬巖層離層;(2)下位軟巖斷裂出六面體 的原因: 1)地質(zhì)構(gòu)造，即下位軟巖層中存在原生的斷層、裂隙或尖滅構(gòu)造；2)巷道布置原因，即在工作面開(kāi)采范圍內(nèi)存在沿走向或沿傾斜的舊巷，下沉

13、、斷裂；3)支柱初撐力低，由于支柱初撐力低，導(dǎo)致下位軟巖層沿煤幫斷裂。下位軟巖層離層斷裂預(yù)防措施應(yīng)用偽俯斜工作面并使垂直工作面方向的向下傾角達(dá)46; 掘進(jìn)上下順槽時(shí)不破壞復(fù)合頂板; 工作面初采時(shí)不要反推; 控制采高，使軟巖層冒落后能超過(guò)采高; 盡量避免上下順槽與工作面斜交; 靈活地應(yīng)用戧柱戧棚，使它們迎著六面體可能推移的方向支設(shè); 在開(kāi)切眼附近于控頂區(qū)內(nèi)，系統(tǒng)地布置樹(shù)脂錨桿; 但是，在采用這個(gè)措施時(shí)應(yīng)考慮采場(chǎng)中打錨桿鉆孔的可能性和頂板硬巖層折斷垮落時(shí)，由于沒(méi)有已垮落軟巖層作墊層，來(lái)壓是否會(huì)過(guò)于強(qiáng)烈。除上述措施外，還有兩條應(yīng)該采用的。第一，在使用摩擦支柱和金屬鉸接頂梁的回采工作面中，用拉鉤式連接

14、器把每排支柱從工作面上端至工作面下端連接起來(lái)，由于在走向上支架已由鉸接頂梁連成一體，這就在采場(chǎng)中組成了一個(gè)穩(wěn)定的可以阻止六面體下推的“整體支架”。第二，必須提高單體支柱的初撐力，使初撐力不僅能支承住頂板下位軟巖層，而且能把軟巖層貼緊硬巖層，讓其間的摩擦力足夠阻止軟巖層下滑，從而支架本身也能穩(wěn)定。二 巷道冒頂事故的致因及防治發(fā)生地點(diǎn)：巷道頂板死亡事故80%以上發(fā)生在掘進(jìn)工作面及巷道交叉口。（一）掘進(jìn)工作面冒頂事故第一，掘進(jìn)破巖后，頂部存在將與巖體失卻聯(lián)系的巖塊，如果支護(hù)不及時(shí)，該巖塊可能與巖體失去聯(lián)系而冒落；第二，掘進(jìn)工作面附近已支護(hù)部分的頂部存在與巖體完全失去聯(lián)系的巖塊，一旦支護(hù)失效，就會(huì)冒落

15、造成事故。原因：預(yù)防掘進(jìn)工作面冒頂事故的措施:（1）嚴(yán)格控制空頂距。當(dāng)遇到斷層褶曲等地質(zhì)構(gòu)造破壞帶或?qū)永砹严栋l(fā)育的巖層時(shí)，棚子支護(hù)時(shí)應(yīng)緊靠掘進(jìn)工作面，并縮小棚距，在工作面附近應(yīng)采用拉條等把棚子連成一體防止棚子被推垮，必要時(shí)還要打中柱；（2）嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問(wèn)頂制度，危石必須挑下，無(wú)法挑下進(jìn)應(yīng)采取臨時(shí)支撐措施，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。（3）掘進(jìn)工作面冒頂區(qū)及破碎帶必須背嚴(yán)接實(shí)，必要時(shí)要掛金屬網(wǎng)防止漏空。（4）掘進(jìn)工作面炮眼布置及裝藥量必須與巖石性質(zhì)、支架與掘進(jìn)工作面距離相適應(yīng)，以防止因放炮而崩倒棚子。（5）采用“前探掩護(hù)式支架”，使工人在頂板有防護(hù)的條件下出渣，支棚腿，以防止冒頂傷人。（二）巷道交叉處的冒頂事

16、故原因：巷道交叉處冒頂事故往往發(fā)生在巷道開(kāi)岔的時(shí)候，因?yàn)殚_(kāi)岔口需要架設(shè)抬棚替換原巷道棚子的棚腿，如果開(kāi)岔處巷道頂部存在與巖體失卻聯(lián)系的巖塊，并且圍巖正向巷道擠壓，而新支設(shè)抬棚的強(qiáng)度不夠，或穩(wěn)定性不夠，就可能造成冒頂事故。預(yù)防巷道開(kāi)岔處冒頂?shù)拇胧┤缦?。?）開(kāi)岔口應(yīng)避開(kāi)原來(lái)巷道冒頂?shù)姆秶?；?）必須在開(kāi)口抬棚支設(shè)穩(wěn)定后再拆除原巷道棚腿，不得過(guò)早拆除，切忌先拆棚腿后支護(hù)抬棚；（3）注意選用抬棚材料的質(zhì)量與規(guī)格，保證抬棚有足夠的強(qiáng)度；（4）當(dāng)開(kāi)口處圍巖尖角被擠壓壞時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取加強(qiáng)抬棚穩(wěn)定性的措施。（三）支架支護(hù)巷道冒頂防治支架支護(hù)巷道的冒頂可分為壓垮型、漏垮型和推垮型。壓垮型冒頂是因巷道頂板或圍巖

17、施加給支架的壓力過(guò)大，損壞了支架，導(dǎo)致巷道頂部已破碎的巖塊冒落。漏垮型冒頂是因無(wú)支護(hù)巷道或支護(hù)失效（非壓壞）巷道頂部存在游離巖塊，這些巖塊在重力作用下冒落。推垮型冒頂是因巷道頂幫破碎巖石，在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在平行巷道軸線的分力，如果這部分巷道支架的穩(wěn)定性不夠，可能被推倒而冒頂。掘進(jìn)工作面10m內(nèi)，斷層破碎帶附近各10m內(nèi)，巷道交岔點(diǎn)附近各10m，冒頂處附近各10m內(nèi)，這些都是容易發(fā)生頂板事故的地點(diǎn)，巷道支護(hù)必須適當(dāng)加強(qiáng)。8）在易發(fā)生推垮型冒頂?shù)南锏乐幸岣呦锏乐Ъ艿姆€(wěn)定性，可以在巷道的架棚之間嚴(yán)格地用拉撐件連接固定，增加架棚的穩(wěn)定性，以防推倒。傾斜巷道中架棚被推倒的可能性更大，其架棚間拉撐件的強(qiáng)

18、度要適當(dāng)加大。根據(jù)冒頂?shù)脑?，提出如下幾條預(yù)防措施：1）巷道應(yīng)布置在穩(wěn)定的巖體中,盡量避免采動(dòng)的不利影響.2）巷道支架應(yīng)有足夠的支護(hù)強(qiáng)度以抗衡圍巖壓力.3）巷道支架所能承受的變形量，應(yīng)與巷道使用期間圍巖可能的變形量相適應(yīng).4）盡可能做到支架與圍巖共同承載。支架選型時(shí)，盡可能采用有初撐力的支架，支架施工時(shí)要嚴(yán)格按工序質(zhì)量要求進(jìn)行，并特別注意頂與幫的背嚴(yán)背實(shí)問(wèn)題，杜絕支架與圍巖間的空頂與空幫現(xiàn)象；5）凡因支護(hù)失效而空頂?shù)牡攸c(diǎn)，重新支護(hù)時(shí)應(yīng)先護(hù)頂，再施工6）巷道替換支架時(shí)，必須先支新支架，再拆老支架.7）錨噴巷道成巷后要定期檢查危巖石并及時(shí)處理.（四）錨桿支護(hù)巷道冒頂防治1.應(yīng)用地應(yīng)力為基礎(chǔ)的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法該方法的特點(diǎn)：考慮了實(shí)際地應(yīng)力（尤其是水平地應(yīng)力）和圍巖力學(xué)性質(zhì)對(duì)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的影響；其次使用計(jì)算機(jī)和有限差分軟件通過(guò)錨桿支護(hù)數(shù)值模擬分析進(jìn)行錨桿參數(shù)初始設(shè)計(jì)；然后利用儀器對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性和錨桿受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；最后根據(jù)反饋信息不斷修改初始設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)結(jié)果更為可靠。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等單位基于上述研究思想提出了適合在我國(guó)煤礦推廣應(yīng)用的“地質(zhì)評(píng)估數(shù)值模擬初始設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)利用反饋信