煤柱回采工作面顶板防治技术研究修改(0).doc

河南理工大学本科毕业设计（论文） 平煤集团高庄矿煤柱回采工作面顶板防治技术研究 中国能源储量居世界前三位，能源生产和消费居世界第二位，原煤生产与消费均居世界第一，占全球生产与消费总量的近五分之二。 中国能源结构中煤炭比重高达70左右，天然气与核能比重明显偏低，与世界平均水平相差甚远，先进能源在能源结构中所占的比重比别的国家低，这种能源结构在未来相当长的时期内将不可改变。 中国煤田地质总局提供的最新数据显示，我国煤炭资源总量约为5.57万亿吨，探明煤炭保有资源总量达1万亿吨之多。如此庞大的数字，使人们对我国煤炭资源产生了“取之不尽”的错觉，并产生盲目乐观的估计。然而，在已探明的煤炭资源总量中，精查资源量仅占25％，详查资源量仅占17％，尚有58％为普查资源量。而普查资源量勘探程度很低，不确定性很大，不能作为规划的依据。 在探明的煤炭资源总量中，已经利用了3469亿吨，尚未利用6563亿吨。在尚未利用的资源量中，精查资源仅为617亿吨，详查资源为1086亿吨，可供大中型矿井利用的精查资源量不足300亿吨。据有关部门预测，形成1亿吨的煤炭生产能力，需要200亿吨的煤炭精查储量，也就是说，目前尚未利用的617亿吨精查储量，只能新增3亿吨的煤炭生产能力。而且按照“净有效量”（指真正能经济有效可供开采的资源量，也是采矿企业能够获利的可采量）测算，在1万亿吨的煤炭探明储量中，净有效储量仅为1037亿吨。以我国煤炭工业的现状为基础，每吨煤的采出率为30％，以净有效量1037亿吨计算，可采出储量为311亿吨。若以年产煤10亿吨测算，仅可保证31年的产量；若以预测需求量来衡量，到2020年，311亿吨煤将全部采出。 我国煤炭生产一直以来存在着一些比较严重的问题。煤炭安全生产事故多，安全状况不好，已引起国内外社会各界和广大新闻媒体的广泛关注，并影响到我国的国际形象。煤矿矿井的回采率低，我国国有煤矿矿井的回采率一般在40-45，而各类小煤矿仅为10-20，全国平均回采率为25左右。矿区生态环境恶化，“十一五”期间，要求国内整体矿井煤矸石和煤泥利用率达到75以上，煤矿瓦斯抽放利用率达到30以上，矿井水利用率达到60以上，采煤区沉陷治理取得明显成效。乡镇、私营小煤矿矿井设施标准低，生产经营秩序混乱、滥采乱挖、事故率高。“十一五”期间，各产煤省、自治区、直辖市煤炭行业管理部门一律不得审批30万吨/年以下的煤矿项目。并将小型煤矿由2005年的20,622个，产量为100,547万吨，缩减到2010年的数量为10,000个，产量为70,000万吨。 在煤炭生产与国民经济息息相关的现实面前，“十一五”期间，煤炭行业的规划成为能源发展纲要的一个重要内容。有序发展煤炭，着力优化煤炭产业结构；加强煤炭资源勘探，合理开发煤炭资源；采取先进科学技术，促进煤炭清洁利用；加快大型煤炭基地建设，优化煤炭产业组织结队强化煤炭资源综合利用，改善煤炭产品结构，保障安全主产；实现煤炭高质量稳定供应，供需总量基本平衡。与之相配套的“十一五”煤炭行业结构调整的目标是，基本形成以大型煤炭企业集团为主体、中小煤矿协调发展的格局，加快建设57个亿吨级的大煤炭企业集团，基本完成对小煤矿整合、改造和重组，提高煤矿生产技术水平和资源回采率，煤矿安全生产水平明显提高。煤矿安全基础条件有较大改善，瓦斯得到有效治理，重特大事故得到有效遏制，百万吨死亡率下降到1.6以下，矿区生态环境恶化趋势得到控制。 关键词煤矿安全；平煤集团；高庄矿；回采工作面；煤柱回采，煤柱回采率，顶板防治技术。 目 录 1 引言4 2．我国煤炭资源概况和提高回采率的重要性5 2.1 中国煤炭资源概况5 2.2 提高煤矿回采率的必要性和重要性分析5 3.我国顶板防治技术现状 3.1 我国煤矿顶板事故的现状 3.2 回采工作面顶板管理的相关规定 3.3 顶板的危害 3.4 煤柱回采面顶板与其他工作面顶板区别 3.5 我国顶板防治技术 4．高庄矿概况和煤柱回采顶板防治技术 4.1 高庄矿概况 4.2 高庄矿顶板防治技术 4.2.1 顶板灾害分析预测 4.2.2 冒顶事故分析 4.3单体支柱工作面支护质量与顶板动态的监测 4.3.1 采面支护质量与顶板动态监测的发展 4.3.2 采面支护质量与顶板动态监测 4.3.2.1 以比值为主要监测指标的监测方法 设置观测线与量测数据 确定支护质量监测指标 以“临界顶沉”作为预报局部冒顶危险的指标 日常监报、 应用效果及问题 阻力监测法 监测方法 确定指标合理控制值 监测人员组织 监测数据处理及图表 阻力监测法的评价 1 引言 中国能源储量居世界前三位，能源生产和消费居世界第二位，原煤生产与消费均居世界第一，占全球生产与消费总量的近五分之二。 中国能源结构中煤炭比重高达70左右，天然气与核能比重明显偏低，与世界平均水平相差甚远，先进能源在能源结构中所占的比重比别的国家低，这种能源结构在未来相当长的时期内将不可改变。 中国煤田地质总局提供的最新数据显示，我国煤炭资源总量约为5.57万亿吨，探明煤炭保有资源总量达1万亿吨之多。如此庞大的数字，使人们对我国煤炭资源产生了“取之不尽”的错觉，并产生盲目乐观的估计。然而，在已探明的煤炭资源总量中，精查资源量仅占25％，详查资源量仅占17％，尚有58％为普查资源量。而普查资源量勘探程度很低，不确定性很大，不能作为规划的依据。 在探明的煤炭资源总量中，已经利用了3469亿吨，尚未利用6563亿吨。在尚未利用的资源量中，精查资源仅为617亿吨，详查资源为1086亿吨，可供大中型矿井利用的精查资源量不足300亿吨。据有关部门预测，形成1亿吨的煤炭生产能力，需要200亿吨的煤炭精查储量，也就是说，目前尚未利用的617亿吨精查储量，只能新增3亿吨的煤炭生产能力。而且按照“净有效量”（指真正能经济有效可供开采的资源量，也是采矿企业能够获利的可采量）测算，在1万亿吨的煤炭探明储量中，净有效储量仅为1037亿吨。以我国煤炭工业的现状为基础，每吨煤的采出率为30％，以净有效量1037亿吨计算，可采出储量为311亿吨。若以年产煤10亿吨测算，仅可保证31年的产量；若以预测需求量来衡量，到2020年，311亿吨煤将全部采出。 我国煤炭生产一直以来存在着一些比较严重的问题。煤炭安全生产事故多，安全状况不好，已引起国内外社会各界和广大新闻媒体的广泛关注，并影响到我国的国际形象。煤矿矿井的回采率低，我国国有煤矿矿井的回采率一般在40-45，而各类小煤矿仅为10-20，全国平均回采率为25左右。矿区生态环境恶化，“十一五”期间，要求国内整体矿井煤矸石和煤泥利用率达到75以上，煤矿瓦斯抽放利用率达到30以上，矿井水利用率达到60以上，采煤区沉陷治理取得明显成效。乡镇、私营小煤矿矿井设施标准低，生产经营秩序混乱、滥采乱挖、事故率高。“十一五”期间，各产煤省、自治区、直辖市煤炭行业管理部门一律不得审批30万吨/年以下的煤矿项目。并将小型煤矿由2005年的20,622个，产量为100,547万吨，缩减到2010年的数量为10,000个，产量为70,000万吨。 在煤炭生产与国民经济息息相关的现实面前，“十一五”期间，煤炭行业的规划成为能源发展纲要的一个重要内容。有序发展煤炭，着力优化煤炭产业结构；加强煤炭资源勘探，合理开发煤炭资源；采取先进科学技术，促进煤炭清洁利用；加快大型煤炭基地建设，优化煤炭产业组织结队强化煤炭资源综合利用，改善煤炭产品结构，保障安全主产；实现煤炭高质量稳定供应，供需总量基本平衡。与之相配套的“十一五”煤炭行业结构调整的目标是，基本形成以大型煤炭企业集团为主体、中小煤矿协调发展的格局，加快建设57个亿吨级的大煤炭企业集团，基本完成对小煤矿整合、改造和重组，提高煤矿生产技术水平和资源回采率，煤矿安全生产水平明显提高。煤矿安全基础条件有较大改善，瓦斯得到有效治理，重特大事故得到有效遏制，百万吨死亡率下降到1.6以下，矿区生态环境恶化趋势得到控制。 顶板事故在矿井生产中较为严重，一旦发生顶板事故，不但造成人员伤亡，而且还使得生产受阻，给企业和国家带来巨大的损失。对顶板的防治技术现在已经成熟，但是由于国家对煤矿企业的回采率的提高，煤柱的回采现在也成为一个重要的生产过程，但是煤柱回采生产过程中的顶板管理和正常的采煤顶板管理又有着区别，这是由于煤柱的受力情况不同所造成的，所以对煤柱回采的顶板防治技术研究也很重要。 2.我国煤炭资源概况 2.1 我国煤炭资源概况 中国煤炭资源丰富，截至2002 年年底，全国共有煤炭资源的矿区6019 个，查明煤炭资源储量为10201 亿吨，其中煤炭基础储量3341 亿吨煤炭储量为1886 亿吨，煤炭资源量为6872 亿吨。按照中国探明可直接利用的煤炭储量1886 亿吨计算，我国人均探明煤炭储量145 吨，按人均年消费煤炭1.45 吨，即全国年产19 亿吨煤炭匡算，可以保证开采上百年。 另外，包括3341 亿吨基础储量和6872 亿吨资源量共计10201 亿吨的资源，可以留待后人勘探开发。另外，中国炼焦用煤储量为649 亿吨，还有基础储量1244 亿吨、资源量1477 亿吨；2003 年中国生产焦炭1.78 亿吨，出口量占世界贸易量的56.4。按照近期中国焦炭的生产能力，已经探明的炼焦用煤储量，可以保证开采200 年左右。 我国煤炭储量主要分布在华北、西北地区，集中在昆仑山秦岭大别山以北的北方地区，以山西、陕西、内蒙古等省区的储量最为丰富。晋陕蒙西地区简称“三西”地区集中了中国煤炭资源的60，另外还有近9集中于川、云、贵、渝地区。 山西省是资源储量最多的省份，占全国总储量的30。与资源分布相对应的，是煤炭生产也集中于这些地区。在漫长的地质演变过程中，煤田受到多种地质因素的作用；由于成煤年代、成煤原始物质、还原程度及成因类型上的差异，再加上各种变质作用并存，致使中国煤炭品种多样化，从低变及程度的褐煤到高变质程度的无烟煤都有储存。 按中国的煤种分类，其中炼焦煤类占27.65，非炼焦煤类占72.35。中国虽然煤炭资源丰富，但适于露天开采的煤炭储量少，仅占总储量的7左右，其中70是褐煤，主要分布在内蒙、新疆和云南。 2.2 提高煤矿回采率的必要性和重要性分析 中国煤炭回采率低下的主要原因是采煤方法落后。土法采煤直接导致了资源的回采率低，开采方法落后还极易导致安全事故。此外，矿主为了利益，采厚弃薄，采易弃难，以大量消耗资源、缩短矿山服务年限为代价，使资源受到严重损失。 造成煤炭回采率低下的另外一个重要原因是，占全国煤炭产量30以上的乡镇煤矿回采率平均只有1015，资源浪费非常严重。目前中国已利用的3469亿吨煤炭资源量中，大中型矿井利用资源量约980亿吨，而小型矿井利用资源量2500多亿吨，其中，乡镇小煤矿占用资源达2200亿吨。小型煤矿生产能力和煤炭产量波动大，资源回采率低，是主要的浪费源。 回采率低下的原因有很多，主要是由于房柱式、打眼放炮开采工艺，这种采煤工艺的落后与危险人人皆知，然而成本却十分低廉，农民工、土炸药、镐头铁锹、小四轮、木头支护甚至无支护，最多用台采煤机，就可以挖煤了。”加上矿主为了追求短期经济利益，采厚弃薄，采易弃难也是其中主要原因之一。要实现高回采率必须消灭小煤矿、重新整合煤炭资源，资源规模化才可能实施回采率高的机械化开采。 回采率低下的煤炭开采对环境造成的后果也是无法估量的。目前影响最大的问题是采空区的地面塌陷、裂缝。低回采率的小煤窑以老鼠打洞式的开采使地表面数百米的地层结构遭到破坏，煤挖完后，区域生态环境几乎难以恢复。 更让人痛心的是这些被破坏了煤层结构的资源，由于接触空气很容易发生自燃，引发危及铁路公路等地面基础设施，甚至导致更大损失的地质灾害。 由此可知，提高煤矿回采率是提高我国煤炭资源利用率，更合理利用煤炭资源必不可少的一个重要环节。只有采用更先进、更科学、更安全的采煤方法，才能极大的提高煤矿产量，提高煤矿的生产安全，提高我国的煤炭资源利用率。 3.我国顶板防治技术现状 3.1 我国煤矿顶板事故现状 在煤矿五大自然灾害中，无论发生次数还是死亡人数，顶板灾害事故占的比重都是最大的。随着煤炭工业科学技术的发展，液压支架的使用，机械化程度的不断提高，顶板事故所占比例正在大幅度下降，但由于目前我国煤矿总体技术装备水平还不高，特别是某些地方煤矿、乡镇煤矿和个体煤矿的开采方式还很原始，生产技术管理工作相当落后，导致顶板事故的频率仍然居高不下，据统计煤矿顶板、瓦斯、机电、运输、爆破、水灾、火灾及其他等八类事故中，顶板事故死亡人数占总死人数的比例平均为36.42；瓦斯事故死亡人数占死亡人数的比例平均为30.58。 3.2 国家关于加强回采工作面顶板管理的规定 1、加强回采工作的技术管理是加强顶板管理，减少顶板事故，保证安全生产的一项重要内容，是贯彻“安全第一”方针的一个重要方面。 2、煤矿各级领导和生产、技术、安监等部门要抓好采煤工作面事故多发地点的项板管理。在编制、审批作业规程和布置顶板管理工作时，要同时编制、审批和布置防止事故多发地点顶板事故的措施。 3、安排工序与劳动组织时，应尽可能地减少顶板事故多发地点的工序并不准平行作业。在这些地区作业时工种要固定，尽量减少人员（分段放顶时，每组不得少于两人）。 4、回采工作面事故多发地点是顶板活动剧烈、顶板破碎易于脱落的地方。因此，在作业时，班组长、工人必须严格执行敲帮问顶制度和严格执行先打后翻的原则。 5、队班长、作业人员必须搞好事故多发地点的工程质量。安全质量检查员要严格监督检查，发现不合格的，要立即停止作业，进行处理。 3.3 顶板灾害的危害性 1．顶板事故一般事发突然，危害性大，容易造成人员伤亡。 2. 顶板事故发生后，造成企业停产，影响生产，造成巨大经济损失。 3.4 煤柱回采面与其他工作面的顶板区别 煤柱回采工作面与普通工作面相比，有以下一些特点①煤柱工作面被采空区包围，受两侧已采工作面侧支承压力叠加的影响，煤柱两侧一定范围内煤体被压酥，巷道布置与维护困难；②煤柱工作面由于开采的历史原因，形成了孤岛工作面，工作面长度比较短，工作面搬家频繁。 煤柱回采工作面，由于受两侧已采工作面长期的侧支承压力的影响以及两侧采空区顶板重量转移到实体煤柱上，导致了采场内应力重新分布的特殊性，故在煤柱工作面开采过程中回采巷道围岩变形、巷道支架压力的变化，以及采场内煤体应力的分布与常规工作面不尽相同。因此研究和确定煤柱工作面支承压力显现规律，判断支承压力高峰位置，对于确定回采工作面的停采线及区段煤柱的大小起着非常重要的作用，对煤柱回采工作面安全生产具有指导意义。 3.5我国顶板防治技术 1．首先是工作面顶板事故的分类回采工作面顶板事故分为两种 （1）局部冒顶事故 特点这类顶板事故的特点是范围（一般约2-3m）和冒顶高度较小，每次事故伤亡的人数不多（1-2个），对生产的影响不是特别严重，因而容易被忽视。局部冒顶事故的另一重要特点是事故总是在有人工作的部位发生，加之预兆又不十分明显，因此极易造成人身伤亡。 （2）大冒顶事故 特点事故的特点是垮落面积大，来势凶猛，时间持久，常导致重大人身伤亡和设备、器材遭受大量损坏，往往造成生产中断。 2．影响回采工作面顶板事故的因素（1）自然因素（2）开采技术 3．影响巷道顶板事故的因素 （1）自然因素①岩石性质及其构造特征；②开采深度；3煤层倾角；4地质构造因素；5水的影响；6时间因素的影响（2）开采技术因素①巷道与开采工作的关系，2巷道的保护方法，3巷道本身采用的支架类型和支护方式。 4．回采工作面和巷道的支护原理分别是 （1）.回采工作面支护原理 根据矿山压力的理论，整个回采工作面上覆岩层中，裂隙带老顶岩层能够形成一种“大结构”。裂隙带岩梁“大结构”承担了其上覆绝大部分岩体重量，工作面支架在其掩护之下，因此支架受力要远小于覆盖层重量。裂隙带岩梁“大结构”是由“煤壁-回采工作面支架-采空区已冒落的矸石”支撑体系所支撑。工作面支架的工作阻力应保证裂隙带岩梁“大结构”的稳定。 2.巷道支护原理 在开掘巷道以后形成的“支架一围岩”力学平衡系统中，围岩通常承受着大部分的岩层压力，而支架却只承担其中一小部分。而且，在支架和围岩分担岩层压力的过程中，巷道支架所承担的载荷是多变的，其分担岩层压力的比重视围岩本身承担了多少载荷而定。围岩分担的比重愈多，支架分担的比重将愈少。合理的支护方式应在保证安全的前提下充分利用围岩的自承力，使支架与围岩在相互约束的状态下共同承载，使得围岩在承受一定支架阻力的条件下有限制地（而不是自由地）向巷道空间内变形（受控变形）。在此过程中，支架和围岩双方的受力和产生的变形大小都和任一方的特性有关，并随任一方特性的变化而变化。 5. 回采工作面单体支护密度的确定，采煤、控顶之间的时、控关系组织的确定 在确定了必要的支护强度PT 后，支护密度 n 即可由下式求出，即 采煤、控顶之间的时、控关系组织 1）对于周期来压不明显的采场，特别是直接顶本身岩性强度不高，顶板稳定性差的情况下，单体支护工作面应当强调跟随机后架设临时支柱、采煤、控顶平行作业，尽可能缩小采煤、回柱放顶操作间的距离，以增加工作面推进速度。 2）对于周期来压明显，来压较大，顶板稳定性好的采场，应当在来压前后采取不同的时、控组织方案。 6．回采工作面顶板管理的制度要求有 （1）保证支柱有足够的初撑力，架设时打紧水平楔。 （2）防止支柱钻底。 （3）提前打好戗柱、木垛等特种支护，起到双保险的作用。 （4）在接近来压时刻要尽可能避免在采场同时进行采煤和放顶工作。 7．对于容易发生冒顶事故的单体支护工作面，从预防冒顶考虑应该注意以下问题 1）工作面端头支护形式、材料、规格必须在作业规程中明确规定，总的要求应该是加强支护且有长梁抬棚，抬棚梁的长度应能保证在移动输送机头尾且替换支柱时不松动顶板，一般长度应为最大控顶距加循环进度，通常为2.4m d的Π型钢梁或工字钢梁。一梁四柱，每两根梁为一组（一对），两根梁并列交错排列，形成双抬棚，两根梁的交错长度应为一个循环进度，并且按照规程对柱距的要求，连续相邻架设4 组，形成所谓的“四对八梁”。以加强端头支护，同时在移挪刮板输送机头尾时，在长梁的掩护下替换立柱，并且保证交错迈步移梁柱而不松动顶板。 2）工作面支架、煤壁、刮板输送机都要保持直线，拉线检查误差不大于土0.lm 。支架排柱距符合规程要求，误差不大于士0.lm ，支架必须坚固完好，迎山有力，不准有缺梁缺柱或折损弯曲和松动空顶的“等劲柱”。 3应提倡和推广交错支设方式，交错长度应为0.6m ，齐头梁不利于对顶板的有效支护，因此应避免齐头梁，如果作业规程规定交错布置，则应杜绝齐头梁现象。 4）回柱放顶应有明确规定和安全措施。密集支柱、安全出口及分段放顶的开口和合拢位置的选择，以及分段放顶之间的距离都应明确规定。回柱放顶不准与割煤平行作业，回柱放顶时应停止刮板输送机运转。人工回柱时应用长柄工具，柄长不小于1.2m ，并要支设临时护身柱和木质的信号柱。 采煤工作面采用密集支柱切顶时，在两段密集支柱之间，必须留有宽0.5m 以上的出口，出口间的距离和新密集支柱超前的距离，必须在作业规程中明确规定。采煤工作面采用无密集支柱切顶时，必须有防止工作面冒顶和矸石窜入工作面的措施。 5）整个回柱工作必须在有经验的老工人指挥下进行，并且要清理好安全退路，一旦顶板发生险情，能立即撤离险区。采空区要每隔一段距离留有信号柱子。安全出口及回柱方法顺序必须符合规程的要求。木柱密集不准人工回柱，必须用慢速回柱绞车回柱。 6）采煤机割煤时应追机支设临时贴帮点柱。割煤、移输送机和支设正式支架的距离在规程中应有明确规定，一般应不小于15m、不大于20m，当移输送机支柱滞后超过规程规定时，应停止采煤机割煤。 8. 回采工作面局部冒顶事故预防措施有 （1）防止应力集中和放顶不实 （2）合理选择工作面推进方向 （3）采取正确的支护方法 （4）坚持工作面正规循环作业 （5）减少顶板暴露面积和缩短顶板暴露时间 9．预防回采工作面大冒项的措施有 （1）必须加强矿井生产的地质工作。 （2）认真编制采区设计和工作面作业规程。 （3）大力开展顶板观察工作，掌握顶板活动规律，进行顶板来压预报。 （4）重视初次放顶，加强有效的安全措施。 （5）加强工作面支护和管理。 10．采煤工作面过老巷有以下要求 （1）维护加固老巷。 （2）调整过老巷方向。 （3）液压支架过老巷。 （4）老巷在工作面下方。 11．复合型顶板灾害的防治应注意以下问题 （1）严禁仰料开采。 （2）掘进工作面平巷不能破坏复合型顶板。 （3）初采时不要反向推进。 （4）提高支架的稳定性。 （5）提高单体支柱的初撑力和刚度。 12．坚硬难冒顶板灾害防治的措施有 1）合理确定开采方式 （1）联合开采。 （2）合理选择支架类型。 （3）确定合理的悬顶面积。 2）做好预测预报 顶板大面积来压和冒落的预兆有 1）工作面煤壁片帮或刀柱煤柱炸裂，并伴有明显的响声。 2）由于煤体内支承压力的作用，煤层中的炮眼变形，打完眼不能装药，甚至打眼后连钻杆都拔不出来。 3）顶板下沉急剧增加。 4）顶板有时出现裂隙与淋水，底板局部也可能底鼓，出现裂隙和出水，断层处滴水增大，有时出现钻孔中流水混有岩粉现象，严重时顶板可能掉矸。 5）如果设有微震仪观测，可发现记录中有较多的岩体破裂与滑移的波形出现，也可记录到小的顶板冒落。 3）软化顶板强制放顶 （1）注压力水处理坚硬难冒顶板 A．超前工作面顶板高压注水理 B．采空区注水。 （2）强制放顶 强制放顶方法有以下几种 A．“循环式”浅孔放顶。 B．“步距式”深孔放顶。 C．台阶式放顶。 D． 超前深孔松动爆破。 E．地面深孔放顶。 4）预防暴风措施 13．常见巷道顶板事故及其原因 常见巷道顶板事故的原因 1. 镶嵌型围岩坠矸事故原因分析 （1）开工前或放炮后，在无支护空顶区，敲帮问顶和找掉不及时、不彻底或违章操作，对隐性镶嵌型顶板未发现或未采取有效措施。 （2）空顶范围大，空顶距离超过作业规程规定。当工作面节理裂隙发育时，未采取有效措施。 （3）在炮掘工作面，尤其在大断面巷道或交叉点，炮眼布置不合理，装药量过大，崩倒或崩歪迎头支架。 （4）在机掘工作面，由于断面大，进度快，空顶面积迅速增大，受采动支撑压力和冲击地压等外力影响，大型镶嵌型坠矸在空顶区失稳坠落，甚至推垮不稳定的迎头支架。 2. 离层型围岩片帮冒顶事故原因分析 （1） 工作面出现“伞檐”离层断裂向下方自由空间滑移导致劈帮。 （2） 锚喷巷道封闭锚喷不及时或质量不符合要求，巷道受淋水、放炮震动等外在因素影响，围岩风化剥落。 （3）空顶面积大，无超前支护，迎头支架不及时或架设质量差；拱型金属支架卡缆螺母扭矩小，支撑力不足，整体性差。 3. 松散破碎围岩塌漏抽冒事故原因分析 （1）在空顶区，由于空顶范围大，破碎围岩悬露时间长，支护未跟到迎头，造成迎头塌漏抽冒。 （2）在迎头支护区，由于放炮崩倒迎头支架而塌冒，或支架未插严背实，造成空顶虚帮。 （3）在地质作用破碎带、采掘影响破碎区，巷道穿过老巷或松软厚煤层、巷道维修及收尾回撤支架区，未采取有效的安全措施，造成塌漏抽冒事故。 （4）在巷道交叉点及贯通点，因巷道支撑压力集中叠加，抬棚上方直接顶冒落范围及高度扩大；抬棚架设质量及材质不合格或长期失修。 14．镶嵌型巷道围岩坠矸事故的防治措施有 （1） 开工前、班中及放炮后，坚持按操作规程敲帮问顶，发现危岩随时找掉。 （2） 改进入工敲帮问顶和找掉方法，研制测定“危岩”稳定性的声振谱发射仪和安全找掉工具。 （3）根据围岩性质、掘进工艺和支护形式，确定合理的空顶距离。当空顶区节理、裂隙发育，有隐性危岩时，必须缩小空顶距离，采取临时支护或锚杆支护。 （4）炮掘工作面应严格按钻眼爆破图表施工。放炮前加固迎头支架，放炮后及时支架。 15．松散破碎围岩塌漏抽冒事故的防治措施有 （1） 炮掘工作面采用对围岩震动较小的掏槽方法，控制装药量及放炮顺序。 （2） 根据不同情况，采用超前支护、留中心垛掘进法、短段掘砌法、超前导峒法等少暴露破碎围岩的掘进和支护工艺，缩短围岩暴露时间，尽快将永久支护紧跟到迎头。 （3）根据围岩性质、巷道服务年限及用途，合理选择不同的永久性支护形式，通过压力异常区时，应缩小棚距，加强支架的稳固性。 （4）积极采用围岩固结及冒落空间充填新技术。对难以通过的破碎带，采用注浆固结或化学固结新技术。对难以用旧木料充填的冒落空洞，采用水泥骨料、化学发泡、金属网构件或气袋等充填新技术。 （5）采上分层工作面时，回净顺槽及开切眼支架，铺满假顶，放落顶板，坚持注水或注浆提高再生顶板质量；避免出现网上空洞区。下分层掘进以预留木橛为导向，必须过无网区或出入网边时，必须打撞楔控制顶板。遇有网兜、网下沉、破网或网上空洞区，必须采取措施处理后再往前掘进。 （6）选用大直径优质木抬棚或金属抬棚，严格按抬棚操作规程架设及维修。要控制一帮扒门装药量，无特殊回固措施不得利用抬棚牵吊大件，防止抬棚被运行矿车及设备刮撞。在老巷道利用旧棚 子套改抬棚时，必须先打临时支柱或托棚。在巷道贯通或通过交叉点前，必须采用点柱、托棚或木垛加固前方支架，控制放炮及装药量，防止崩透崩冒。 （7）维修老巷时，必须从有安全出口及支架完好的地方开始。在斜巷及立眼维修时，必须架设安全操作平台，加固眼内支架，保证行人及煤矸溜放畅通。 16．采煤工作面局部小冒顶的处理方法有 1．掏梁窝架棚法 具体方法步骤是 （1）在掏梁窝或挂顶梁之前，必须先检查冒顶地点附近的支架情况，发现有折损、歪扭、变形的柱子，要立即处理好，，以防继续冒顶和掉矸伤人。 （2）在冒顶范围内清理出一部分塌矸后，进行掏梁窝架单腿棚子或金属悬臂梁的工作。 （3）架好单腿棚子或挂好悬臂梁后，棚梁上的空隙要用木料架设小木垛接到顶。架小木垛前应先挑落浮矸，小木垛必须插紧背实，阻止冒落进一步扩大。 （4）小木垛架好后，便可清理浮煤煤矸，打好贴帮柱，防止片帮。 2．撞楔法 17．采煤工作面大冒顶的处理方法有 1．小巷法 如果局部冒顶区影响范围不大，冒顶区不超过15 m，垮下来的岩石不大，用人工或采取一定措施以后可以撤动的，可以采用小巷法处理冒顶，即采取恢复工作面的方法。 2．开巷绕道法 当冒顶范围大，不宜用整巷法处理时，可采用开补巷绕过冒顶区的方法，也叫部分重开开切眼或重掘开切眼的方法。有三种情况 1）冒顶发生在工作面机尾处可以沿工作面煤壁从回风巷重开一条补巷绕过冒顶区。未冒顶的工作面将机尾缩至工作面内完整支架处，继续推进。如图图6-5-4。 2）冒顶区在工作面中部可以平行于工作面留 3-5m煤柱重开开切眼。新切眼支架，一般使用一梁二柱棚。 3）冒顶区在工作而的机头侧 处理方法基本与处理机尾侧冒顶区相同。 18．巷道冒顶事故处理方法有 冒落巷道的处理方法有木垛法、搭凉棚法、直接支架法、撞楔法、锚喷法、绕道法。 4．高庄矿概况和煤柱回采工作面顶板防治 4.1高庄矿概况 高庄矿位于平顶山市西区韩粱煤田中部偏北，距平顶山市43公里，矿井原设计生产能力45万t/a。一水平1968年12月投产开采戊8和戊9-10煤层，已于1990年7月回采完毕，1991年9月上下山全部封闭，为防水患构建了永久挡水墙13座，仅保留了中央泵房排水。现开采二水平己组煤，设计生产能力45万t，1997年实际生产能力达83万t。整个井田煤系地质构造复杂，大小断层较多，煤层起伏变化大，厚度从煤线到几米、十几米、几十米不等，属典型不稳定厚煤层。 二水平，设计生产能力为45万t，1984年投产开采煤层为已16-17，可采储量为3281万t。开拓设计已一上、下上开采，已三采区，已四采区。截止二00六年已动采了四个采区，剩余地质储量为199.3万t，可采储量为85.5万t，已18下山采区工业储量77.6万t，可采储量50.8万t。已四采区为二00八年的主采区。 该矿开采的已16-17煤层煤尘具有较强的爆炸性，其煤尘爆炸指数经鉴定为32.18-41.88；煤层瓦斯含量相对涌出量为2.82m3/t,绝对涌出量为1.83m3/min，与去年相比，瓦斯相对涌出量有所增加。原因是高庄矿正处于残采时期，2004、2005和2006年八月份，分别生产原煤为42000吨，34077吨和28000吨，产量是影响瓦斯相对涌出量的因素之一。另外，从该矿2004年至2006年瓦斯鉴定结果分析2004年2006年瓦斯绝对涌出量分别为1.89m3/min、1.85m3/min、1.83m3/min，呈逐年下降趋势。通过以上分析得出该矿随着产量逐年递减，在计算相对瓦斯涌出量仍然是呈现平稳下降的趋势。下降的原因是该矿已经进入衰老时期，主要为残采方式，多数工作面为套区段煤柱开采，瓦斯在 一定程度上已得到释放。根据二00六年度瓦斯等级鉴定结果，明年该矿仍按照低瓦斯矿井管理。已16-17煤层属容易自然发火煤层，发火期为1-2个月。 矿井通风方式为中央式，主要通风机工作方法一九九七年前为抽出式，经过通风改造，从一九九七年十二月份改为压入式通风，中央斜井为回风井，副井为进风井。矿井主要通风机型号为BDJ65A和BDK60C对旋式主要通风机，电机功率为250KW*2。风叶角度I级为35度，II级为30度，主要通风机工作风量4100m3/min。 矿井瓦斯监测系统为重庆煤科分院生产的KJ90监测系统，井下在用分站9台，采掘工作面安装瓦斯传感器，另外在采煤工作面安装了co传感器，并对掘进局部通风机及主要生产环节设备运转状态实现了馈电状态监视。该矿购置了126台甲烷检测便携仪，按规定对各采掘队队长、通风队长、工程技术人员、班长、流动电工、爆破工等配备了便携仪，便携仪实行专人维修、发放管理。 该矿配备有2100台AZL-60型过滤式自救器，同矿灯一起管理。通风对设有辅助救护队，队员共14人。 矿井平均涌水量为280m3/h。矿井排水系统有一水平中央泵房，安装水泵4台，单台排水量200m3/h；二水平中央泵房位于-80m水平，安装有250D60C*6型水泵6台，单台流量为450 m3/h；200D43*9型水泵1台，单台流量288 m3/h，扬程360m，安装直径325mm排水管5趟，储水仓三个，总容量9876m3.己一下山采区泵房安装水泵3台，型号200D43*3，单台流量288 m3/h。己四采区最低部泵房安装水泵200D43*4二台，单台流量288 m3/h，5DA8*8水泵三台，单台流量108 m3/h。 副井口地面设蓄水池2个，蓄水量400m3，供井下消防，灭火，灭尘及生产用水。 高庄矿井下通讯设备，在矿调度室安装有JSY-2000-060型数字程控调度交换机300门。井下各采掘工作面及要害岗位均装有防爆电话，可直通调度室及各生产、管理科室。 4.2高庄矿煤柱回采顶板防治技术 顶板防治的关键是顶板灾害的分析预测，发生事故的分析，总结经验。然后才能又针对的进行防治。由于煤柱采面的压力场与其他工作面所受压力不同，所以对煤柱工作面支撑压力显现规律的预测尤其重要。 4.4.1 顶板灾害分析预测 （1）高庄矿采掘工作面顶板事故危害是比较突出的。据不完全统计，建矿以来由于顶板事故造成的人员伤亡人数，占各类事故的70％左右。可见加强顶板支护管理，杜绝冒顶事故是安全生产中的重要一环。 容易造成冒顶的原因和部位主要有 1采煤工作面初呆初放过程中，由于局部空顶支架失稳，最容易发生大面积冒顶事故。 2采煤工作面上下机头部位，由于控顶面积大，违章施工，容易造成冒顶。 3采掘工作面遇到断层时，放炮后顶板破碎，特殊支护措施跟不上，容易发生冒顶。 4采掘工作面放炮不及时支护，缺少临时支护，造成空顶，施工作业时容易发生顶板事故。 5巷道维修交岔点处或严重失修，在维修替换棚子时，不按措施作业，也容易发生冒顶事故。 6布置在煤柱中的巷道，压力大，支架掉爪，严重变形，容易发生冒顶漏顶事故。 作。 （2）煤柱工作面矿压显现规律研究 4.2.2 冒顶事故分析 根据煤层顶底板岩性及构造，一般冒顶事故发生前往往有明显的预兆，例如矿压显现加剧，顶板下沉量增大，支架受压损坏，支柱钻底。顶板、支架发出响声；顶板掉渣；煤壁片帮；顶板出现裂缝；顶板脱层；直接顶漏顶煤壁出现片邦掉碴，如若发现以上一种或几种预兆时，要立即采取防范措施，组织人员抢救，加强支护，情况紧急时要立即撤人以免冒顶伤人。 4.3单体支柱工作面支护质量与顶板动态的监测 4.3.1采面支护质量与顶板动态监测的发展 回采工作面的支护质量与顶板动态监测的发展大致经历了三个时期。 1、顶板压力预报及三量观测 1964年西山矿务局提出了顶板压力预报的方法，其内容偏重于地质变化及来压预报，先进行煤层赋存的地质条件以及生产技术因素的调查，并适当观测一些必要的特征量，在分析研究的基础上，提出预报及制订措施。 预报分为长期、中期及短期三种。长期指工作面的整个开采期间；中期指未来一旬或半月内预报一次；短期指每5天内预报一次。 预报内容指压力变化的地点、时间和危险程度以及技术措施。预报要简明易懂，图表化。同时，在矿压三量观测的基础上，开始对顶底板相对移近量、移近速度、支柱载荷及活柱下缩量进行定量观测。 2、利用超前巷道内矿压显现变化作顶板动态预报并对工作面工程质量标准，进行检查评级 1982年原山东矿院同志首先在枣庄局发现，当上覆坚硬岩层超前断裂时，在工作面上下两巷内测得顶板反弹信息，可以作为工作面来压预报的基础，由此发展一种利用动态仪布置在工作面前方的巷道内捕捉信息进行顶板动态预报的方法，以后在铜川、徐州等局还发展了利用超前巷道内压力变化作为预报顶板动态的方法。 原煤炭部制定的几次加强顶板管理的若干规定，如简称19条、30、20条等，规定要加强矿压观测工作及保证支护质量标准，如达不到性能标准的支柱不准入井，摩擦式金属支柱初撑力不得小于2t,推广5t升柱器等。 3、工作面支护质量与顶板动态日常监测 顶板动态预报，在预防老顶剧烈来压威胁采场安全中发挥了较好的作用。如在北京矿务局由刀柱法管理顶板转变为垮落法管理顶板时，在徐州局、枣庄局等事故多发条件下，能较准确地预报来压。原煤炭部生产司制定的顶板管理条件，为今后科学管理顶板，大幅度减少顶板事故打下基础。 在此以前的矿压观测与来压预报有以下不足之处 1矿压观测