顶板岩石下沉变形、破坏产生事故.ppt

老顶,直接顶,煤层,,采矿开挖空洞,,顶板岩石下沉变形、破坏，产生事故,,,概述,采煤作业时的顶板管理方式,矿山压力的基本概念,矿山压力显现,顶板事故的产生,原岩应力重新分布,掘进过程支护不及时,支架强度不足,顶板事故,,矿山压力控制,避免顶板事故，保证采矿作业安全,第二节顶板事故的致因及防治,一采场顶板事故的致因及防治,（一）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。,（二）局部冒顶事故的致因及防治,1．靠煤壁附近的局部冒顶,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。,,靠煤壁附近的局部冒顶事故的预防,（１）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,（２）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。,三）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。,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”、“硬”岩层间有煤线或薄层软弱岩层；（3）0.5m下部“软”岩层的厚度3.0m。,复合顶板推垮型冒顶的机理1支柱的初撑力小，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;2下位软岩断裂出六面体的原因1地质构造，即下位软岩层中存在原生的断层、裂隙或尖灭构造；2巷道布置原因，即在工作面开采范围内存在沿走向或沿倾斜的旧巷，下沉、断裂；3支柱初撑力低，由于支柱初撑力低，导致下位软岩层沿煤帮断裂。,下位软岩层离层断裂,预防措施应用伪俯斜工作面并使垂直工作面方向的向下倾角达4～6;掘进上下顺槽时不破坏复合顶板;工作面初采时不要反推;控制采高，使软岩层冒落后能超过采高;尽量避免上下顺槽与工作面斜交;灵活地应用戗柱戗棚，使它们迎着六面体可能推移的方向支设;在开切眼附近于控顶区内，系统地布置树脂锚杆;但是，在采用这个措施时应考虑采场中打锚杆钻孔的可能性和顶板硬岩层折断垮落时，由于没有已垮落软岩层作垫层，来压是否会过于强烈。除上述措施外，还有两条应该采用的。第一，在使用摩擦支柱和金属铰接顶梁的回采工作面中，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，由于在走向上支架已由铰接顶梁连成一体，这就在采场中组成了一个稳定的可以阻止六面体下推的“整体支架”。第二，必须提高单体支柱的初撑力，使初撑力不仅能支承住顶板下位软岩层，而且能把软岩层贴紧硬岩层，让其间的摩擦力足够阻止软岩层下滑，从而支架本身也能稳定。,二巷道冒顶事故的致因及防治,发生地点巷道顶板死亡事故80以上发生在掘进工作面及巷道交叉口。,（一）掘进工作面冒顶事故,第一，掘进破岩后，顶部存在将与岩体失却联系的岩块，如果支护不及时，该岩块可能与岩体失去联系而冒落；,第二，掘进工作面附近已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。,原因,预防掘进工作面冒顶事故的措施,（1）严格控制空顶距。当遇到断层褶曲等地质构造破坏带或层理裂隙发育的岩层时，棚子支护时应紧靠掘进工作面，并缩小棚距，在工作面附近应采用拉条等把棚子连成一体防止棚子被推垮，必要时还要打中柱；,（2）严格执行敲帮问顶制度，危石必须挑下，无法挑下进应采取临时支撑措施，严禁空顶作业。,（3）掘进工作面冒顶区及破碎带必须背严接实，必要时要挂金属网防止漏空。,（4）掘进工作面炮眼布置及装药量必须与岩石性质、支架与掘进工作面距离相适应，以防止因放炮而崩倒棚子。,（5）采用“前探掩护式支架”，使工人在顶板有防护的条件下出渣，支棚腿，以防止冒顶伤人。,（二）巷道交叉处的冒顶事故,原因巷道交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抬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岩块，并且围岩正向巷道挤压，而新支设抬棚的强度不够，或稳定性不够，就可能造成冒顶事故。,预防巷道开岔处冒顶的措施如下。（1）开岔口应避开原来巷道冒顶的范围；（2）必须在开口抬棚支设稳定后再拆除原巷道棚腿，不得过早拆除，切忌先拆棚腿后支护抬棚；（3）注意选用抬棚材料的质量与规格，保证抬棚有足够的强度；（4）当开口处围岩尖角被挤压坏时，应及时采取加强抬棚稳定性的措施。,（三）支架支护巷道冒顶防治,支架支护巷道的冒顶可分为压垮型、漏垮型和推垮型。压垮型冒顶是因巷道顶板或围岩施加给支架的压力过大，损坏了支架，导致巷道顶部已破碎的岩块冒落。漏垮型冒顶是因无支护巷道或支护失效（非压坏）巷道顶部存在游离岩块，这些岩块在重力作用下冒落。推垮型冒顶是因巷道顶帮破碎岩石，在其运动过程中存在平行巷道轴线的分力，如果这部分巷道支架的稳定性不够，可能被推倒而冒顶。,掘进工作面10m内，断层破碎带附近各10m内，巷道交岔点附近各10m，冒顶处附近各10m内，这些都是容易发生顶板事故的地点，巷道支护必须适当加强。,8）在易发生推垮型冒顶的巷道中要提高巷道支架的稳定性，可以在巷道的架棚之间严格地用拉撑件连接固定，增加架棚的稳定性，以防推倒。倾斜巷道中架棚被推倒的可能性更大，其架棚间拉撑件的强度要适当加大。,根据冒顶的原因，提出如下几条预防措施,1）巷道应布置在稳定的岩体中,尽量避免采动的不利影响.,2）巷道支架应有足够的支护强度以抗衡围岩压力.,3）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.,4）尽可能做到支架与围岩共同承载。支架选型时，尽可能采用有初撑力的支架，支架施工时要严格按工序质量要求进行，并特别注意顶与帮的背严背实问题，杜绝支架与围岩间的空顶与空帮现象；,5）凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护顶，再施工,6）巷道替换支架时，必须先支新支架，再拆老支架.,7）锚喷巷道成巷后要定期检查危岩石并及时处理.,重点内容,1顶板事故概念2冒顶预兆3冒顶防治4冲击地压防治,