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1煤矿顶板管理---利川富源煤业集团有限公司总工程师谭耀武2014.5.9煤矿的五大灾害中，最常见的是顶板事故。我国煤矿2013年共发生安全伤亡事故604起，死亡1067人，百万吨死亡率0.288,第一次降低到0.3以下，其中顶板事故起数占50%以上，死亡人数占30%以上，我市煤矿前4个月共发生安全事故11起，其中顶板事故9起，占比例81.8%，几乎全部是在巷道中发生的，在回采工作面仅有一起轻微伤，要确保集团公司煤矿生产安全，加强顶板管理是杜绝安全生产事故发生的关键。鉴于如此多发的顶板事故，我认为今天这个会议对遏制顶板事故多发势头是非常及时的。煤矿井下生产中,顶板事故对矿井安全危害极大,严重影响煤矿安全生产和井下职工的生命安全.顶板事故在煤炭企业中时有发生,冒落的形式很多,冒落的原因也错综复杂.通过分析内因和外因导致顶板冒落的原因,采取相应措施,减少冒顶事故的发生。一、我市煤矿顶、底板性质根据顶底板岩层相对煤层的位置和垮落性能，强度等特征的不同，从上至下顶板划分为基本顶（老顶）、直接顶、伪顶三个部分；底板分为伪底、直接底及老底三个部分。不过，对于某个特定的煤层来说，其顶底板的这六个组成部分不一定发育俱全。可能缺失某一个或几个组成部分的岩层。煤层的顶板1伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.1～0.5m，多由页岩、炭质页岩等组成。力学强度低。2直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般在1～2m，多由泥岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成。3基本顶：又叫老顶，是位于直接顶之上或直接位于煤层之上（此时无直接顶和伪顶）的厚而坚硬的岩层。常在采空区上方悬露一段时间，直到达到相当面积之后才能垮落一次，通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石的组成。煤层底板1伪底：直接位于煤层之下的薄层软弱岩层，多为炭质页岩或泥岩，厚度一般为0.2～0.3m。2直接底：直接位于煤层之下硬度较低的岩层，厚度一般由几十厘米到1米左右，通常由泥岩、页岩或粘土岩。若直接底为粘土岩，则遇水后易膨胀，可能造成巷道底鼓与支架插底现象，轻者影响巷道运输与工作面支护，重者可使巷道遭受严重破坏。3老底：指位于直接底之下，比较坚硬的岩层，多为砂层，石灰岩等。(一)、采煤工作面顶板分类根据工作面顶板冒落的难易程度，将顶板分为五类。1、易冒落的松软顶板。该类顶板的特点是煤层顶板是易垮落的松软岩层，回柱后顶板能立即冒落，且能填满采空区。这类顶板由于冒落比较充分，使位于裂隙带的老顶岩层，在回采过程中，很容易取得平衡，因而老顶的开裂，弯曲下沉，对工作面几乎没有什么影响，工作面来压比较缓和，无明显的周期压力，靠采空区一侧的顶板下沉量较稳定，顶板容易管理。2、中等冒落性的顶板。其上部为比较坚硬的老顶，虽然回柱后直接顶随之垮落，但因厚度不大，不能填满采空区，老顶则置于悬露状态，当工作面推进一段距离后老顶才开始垮落，此时因采空区落差较大，致使工作面呈现周期来压状态，严重时可使采场切顶垮面。对于这类顶板应注意老顶的活动规律。3、难冒落的坚硬顶板。这类顶板的特点是老顶直接赋于煤层之上，或有一伪顶，无直接顶，由于老顶垮时采空区的落差太大，使工作面呈现明显的周期来压，工作面平时的下沉量及下沉速度较小，而当周期来压时下沉速度急剧增加，工作面顶板情况迅速恶化，应当注意及时采取措施。4、极难冒落的坚硬顶板。这类顶板的特点是煤层板为极其坚硬的整体性厚岩层，在采空区能悬露上万平方米而不垮落，当垮落时则能形成暴风，致使工作面造成垮面和严重破坏。5、可塑性弯曲的顶板。该类顶板是具有一定厚度的坚硬岩层（如砂岩、石灰岩），但由于其中存在有平行于工作面的节理裂隙，采煤后顶板下沉，在移动过程中断裂成块，但仍互相挤在一起具有传递水平的能力，就像“砌体梁”一样，各岩块互相牵制而成平衡，随工作面推进顶板弯曲下沉接触底。2(二)、巷道围岩压力概念地下岩体在开挖以前,由于自重和构造所引起的应力是处于平衡状态的，当开掘巷道或进行回采工作时,破坏了原来的应力平衡状态,就会引起岩体内部应力的重新分布。表现为巷硐周围煤、岩体产生移动、变形甚至破坏,直到煤、岩体内部形成一个新的应力平衡状态为止。在此过程中,巷道本身或安设在其中的支护物会受到各种应力的作用。这种由于在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护物上所引起的力,就叫做矿山压力。在矿山压力的作用下,会引起各种力学现象,如顶板下沉,底板臌起,巷道变形后断面缩小,岩体破坏散离甚至大面积冒落,煤被压松产生片帮或突然抛出,支架严重变形或损坏,充填物被压缩,以及大量岩层移动、地表塌陷等等。这些由于矿山压力作用,使围岩、煤体和各种人工支护物产生的种种力学现象,统称为矿山压力显现。围岩膨胀、崩解体积增大而施加于支护上的压力,称为膨胀压力。膨胀压力与变形压力的基本区别在于它是由吸水膨胀而引起的。从现象上看,属于变形压力范畴,但两者的变形机制截然不同,前者是指与水发生物理化学反应,后者主要是围岩应力与结构效应。影响巷道围岩压力的地质因素影响围岩压力的因素很多,通常可分为地质、开采和支护等类,影响围岩压力的地质因素有:原岩应力状态、围岩力学性质及岩体结构等。(1)原岩应力状态原岩应力是引起围岩变形、破坏的基本作用力。原岩应力随开采深度的增加而增长。所以,随采深的增加,巷道围岩压力会明显增长。原岩体中主应力的大小和方向不同,对巷道的影响作用不同,也直接影响到围岩压力。(2)围岩力学性质围岩力学性质是指它的强度(包括抗压、抗拉、抗剪等各种强度和粘聚力c、内摩擦角φ等值)和变形性质及其它力学属性。不言而喻,强度小的岩体,围岩压力必然大,反之亦然。C、φ值大的岩体,其围岩压力小,反之亦然。其中φ的影响要较c大。岩体的变形性质是指它的弹性、塑性和粘性。岩体的塑性变形和粘性流动是影响围岩压力大小的重要因素,许多围岩压力较大的巷道,常常是由它引起的。(3)岩体结构,结构对围岩压力的影响极大。通常岩体破坏首先从弱面开始,这是围岩压力在节理和层理等弱面发育区、破坏带、断层和褶皱区显现强烈的重要原因。由于层状岩体具有定向弱面,所以层状岩体的走向和倾角也与围岩压力密切相关。如果岩层走向与巷道轴向平行或夹角很小,则岩体结构容易与巷道轴线形成不稳定的松动体,因而围岩压力大。水平岩层沿巷道侧帮的稳定性较好,因而帮压较小,而顶压较大。(4)膨胀压力的影响因素影响膨胀压力的因素主要有岩石的组成与胶结状态,物理化学性质,围岩中水分的补给状况,水与岩石的接触条件,支护和充填层的可塑性等。巷道矿压控制的三类方法及途径:第一类:巷道保护第二类:巷道支护第三类:巷道维护(维修)目前所采用的各种矿压控制方法,其对付矿压的原理来看不外抗压、让压、躲压、移压等几种。(抗压)提高支架的支撑能力或支护密度,用加强支护的手段去抑制或减少围岩移动,增强巷道抗变形能力以对付矿压的作用1.增大型钢重量,提高支架承载能力2.增加支护密度3.充填支架背后空间巷道布置地点及掘进时间可不受限制,但为此要消耗大量支护材料,支护劳动量大,使开采费用大幅度提高。(让压)在采用适当支护措施和保持支架本身不遭受严重破前提下,容忍围岩产生一定变形,以释放掉一些能量(也称应力释放)1.采用有一定工作阻的大可缩支架2.为巷道受压收缩预留备用断面3.容忍巷道底鼓然后起底可在一定程度上利用围岩自承力,减轻支架受载,(躲压)将巷道布置在应力经重新分布后岩体已处于卸载状态的天然低应力区,从时间上和空间上躲开高压力的作用1.在煤体边缘或煤体下放的低压区内布置巷道2.错过高压作用的时间,等压力充分稳定后再掘巷可在不同程度上减轻巷道受压,有利于支护工作,但有时要多开一辅助巷道(如联络眼等),或要求延迟掘时间,不利于采掘接替工作转移矿压。(移压)通过人为方法使巷道围岩受到松动,形成卸载槽孔或其他形式的卸载空间,迫使载荷转移到离巷道较远的地点,达到减轻巷道受压的目的1.在巷道或底板中形成卸载槽孔2.宽面掘进或在巷旁故意留出卸载空间3.用跨采工作面使巷道得到卸载巷道布置地点及掘进时间可不受限制,但要增加与采用卸载措施有关的额外费用。二、顶板事故发生的一般原因顶板事故原因分析：1.认识不足，抓得不力一些矿的领导对加强顶板管理的重要性缺乏应有的认识。没有针对本单位采掘工作进展情况采取得力措施。特别是目前煤炭行情差，贷款压力大，只注重出煤、降低成本、挣钱还账，放松了安全教育和安全管理，这是顶板事故频频发生的根本原因。2.干部违章指挥，工人违章作业从我市历年发生的顶板事故看，80%以上是由于违章指挥、违章作业造成的。突出表现是不认真执行《煤矿安全规程》、作业规程和操作规程。干部为什么要违章指挥?主要是重产量、轻安全的思想所驱使。工人为什么要违章作业？除少数是不懂三大规程之外，大多数是图省事，侥幸心理作怪，认为违章不一定死人，质量差一点未必出事故。因此，对空顶作业、缺梁少柱、迎山不够等违章现象司空见惯，不以为然，以致酿成事故。3.现场管理不严，工程质量低劣从对顶板事故的分析看，将近一半是由于工程质量低劣造成的。可见抓好工程质量，加强现场管理，是防止事故的重要基础和关键。有人认为“煤矿是粗活，采场支护是临时的，得再好一回柱也什么都看不见了，费那么大劲没用”。因此习惯于“眼睛当线，镐把当尺”3的老一套，对待工程质量“马乎、凑合、不在乎’‘。有的金属支架长期不检修、不试验、承载力达不到设计要求;有的支柱规格小，间距大，该“穿鞋”的不“穿鞋,该“戴帽”的不“戴帽”，达不到应有的支撑效果;有的工作面质量检查验收制度执行不严，致使工程质量放任自流，干部带班下井流于形式、工作责任心不强、对安全规程、质量标准化嗤之以鼻，缺乏现场指挥、指导和检查，由于劳动力资源越来越少，对职工不敢大胆管理，任凭一些技术差操作水平不高又缺乏经验的临时工、农协工蛮干。4.技术管理工作薄弱不少作业规程公式化、通用化，缺乏针对性，不能根据地质条件的变化和事故多发地点的施工特点拿出有针对性的控制事故的具体措施。有的作业规程编制完了就束之高阁，不及时向工人传达贯彻，工人在井下盲目干活。工程技术人员应积极探索适合本矿地质条件和有利于顶板管理的工程设计方案，编制作业规程应从多方面考虑，尽可能周全。严格执行《作业规程》审批、学习制度《作业规程》是煤矿指导生产、保证生产安全的纲领性文件。因此，要求采掘作业规程编制之前都要事先进行论证，编制时依据地质资料与矿压观测资料，包括顶板来压规律进行切合实际的编写。矿长、总工程师应严格把关，制定“四不批”制度，即地质构造不清不审批；顶板管理措施不具体不审批；规程编写不认真，措施没有针对性不审批。“三大规程”出台后必须组织干部和职工认真学习，让大家领会和掌握，同时通过考核合格后才能上岗作业。5.技术装备落后目前，对工作面顶板和巷道围岩的监测和预报几乎为零。我市近几年发生的顶板事故原因基本上是以下几个方面：①,缺乏支护，支护不当或不及时（背帮接顶不实）,缺少支架,支架的初撑力与顶板压力不相适应。②,采矿方法不合理和顶板管理不善.采掘顺序,凿岩爆破,支架放顶等作业不妥当.③,检查不周和疏忽大意.在顶板事故中很多事故都是由于事先缺乏检查,没有认真执行敲帮问顶制度等原因造成的.④,地质条件不好.断层,褶曲等地质构造形成破碎带,或者由于节理,层理发育,破坏了顶板的稳定，容易发生顶板事故.⑤,操作不合规范.不遵守操作规程,发现问题不及时处珲,作业循环不正规,爆破崩倒支架等.三、顶板事故的防治措施分析掘进巷道顶板管理的主要内容:(1)掌握巷道开掘后围岩体的范围及围岩应力分布情况。根据影响巷道围岩应力的因素:围岩的性质、巷道所处的深度、巷道周围的地质构造、水文变化、巷道的断面形状尺寸等,了解围岩应力分布情况及在此应力作用下围岩的变形和位移后,才能选择合适的支护材料、支护形式,达到维护巷道的目的。(2)从有利于巷道围岩的稳定性出发,合理选择巷道的施工方法,减少各工序对顶板管理的影响。(3)按作业规程规定控制工作面空顶距离和临时支护的长度,