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1第八节顶板事故防治一、顶板事故的分类及危害1．顶板事故的分类顶板事故是指在地下采掘过程中，顶板意外冒顶、片帮、煤炮、冲击地压、顶板掉矸，造成的人员伤亡、设备损坏、生产中止等事故。随着液压支架的使用及顶板事故的讲究和预防技术的逐步完善，顶板事故有所下降，但仍然是煤矿生产的主要灾害之一。按冒顶范围，可将顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两类。按发生冒顶事故的力学原因进行分类，可将顶板事故分为压垮型冒顶、推垮型冒顶和漏垮型冒顶三类。(1)局部冒顶是指范围不大，伤亡人数不多(1～2人)的冒顶。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。(2)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。采煤工作面大型冒顶包括基本顶来压时的压垮型冒顶、厚层难冒顶板大面积冒顶、直接顶导致的压垮型冒顶、大面积漏垮型冒顶、复合顶板推垮型冒顶、金属网下推垮型冒顶、大块游离顶板旋转推垮型冒顶、采空区冒矸冲人采场的推垮型冒顶及冲击推垮型冒顶。巷道大型顶板事故多发生在局部冒顶附近及地质破坏带附近。2．顶板事故的危害顶板事故的危害表现为以下几个方面：‘(1)无论是局部冒顶还是大型冒顶，事故发生后，一般都会推倒2支架、埋压设备，造成停电、停风，给安全管理带来困难，对安全生产不利。’一】74—(2)如果是地质构造带附近的冒顶事故，不仅给生产造成麻烦，而且有时会引起透水事故的发生。(3)在有瓦斯涌出区附近发生顶板事故将伴有瓦斯的突出易造成瓦斯事故。(4)如果是采掘工作面发生顶板事故，一旦人员被堵或被埋，将造成人员伤亡。二、冒顶事故的预兆1．局部冒顶的预兆(1)响声。岩层下沉断裂、顶板压力急剧加大时，木支架就会发出劈裂声，紧接着出现折梁断柱现象；金属支柱的活柱急速下缩，也发出很大声响，有时也能听到采空区内顶板发生断裂的闷雷声。(2)掉渣。顶板严重破裂时，折梁断柱就要增加，随后就出现顶板掉渣现象。掉渣越多，说明顶板压力越大。在人工顶板下，掉下的碎矸石和煤渣更多，工人叫“煤雨”，这就是发生冒顶的危险信号。(3)片帮。冒顶前煤壁所受压力增加，变得松软，片帮煤比平时多。3(4)裂缝。顶板的裂缝。一种是地质构造产生的自然裂隙，一种是由于采空区顶板下沉引起的采动裂隙。老工人的经验是：流水的裂隙有危险，因为它深；缝里有煤泥、水锈的不危险，因为它是老缝；茬口新的有危险，因为它是新生的。如果这种裂缝加深加宽，说明顶板继续恶化。(5)离层。顶板快要冒落的时候，往往出现离层现象。(6)漏顶。破碎的伪顶或直接顶，在大面积冒顶以前，有时因为背顶不严和支架不牢出现漏顶现象。漏顶如不及时处理，会使棚顶托空、支架松动，顶板岩石继续冒落，就会造成没有声响的大冒顶。(7)瓦斯涌出量突然增大。(8)顶板的淋水明显增加。2．大面积冒顶的预兆采煤工作面随回柱放顶工作进行，直接顶逐渐垮落，如果直接顶垮落后未能充满采空区，则坚硬的基本顶要发生周期来压。来压时煤壁受压发生变化，造成工作面压力集中，在这个变化过程中工作面顶板、煤帮、支架都会出现基本顶来压前的各种预兆。(1)顶板的预兆。顶板连续发出断裂声，这是由于直接顶和基本顶发生离层，或顶板切断而发出的声音。有时采空区顶板发出像闷雷的声音，这是基本顶和上方岩层产生离层或断裂的声音。顶板岩层破碎下落，称之为掉渣。这种掉渣一般由少逐渐增多，由稀而变密。顶板的裂缝增加或裂隙张开，并产生大量的下沉。(2)煤帮的预兆。由地冒顶前压力增大，煤壁受压后，煤质变软变酥，片帮增多。使用．电钻打跟时，钻眼省力。4(3)支架的预兆。使用木支架，支架大量被压弯或折断，并发出响声。使用金属支柱时，耳朵贴在柱体上，可听见支柱受压后发出的声音，支柱破顶、钻底。当顶板压力继续增加时，活柱迅速下缩，连续发出“咯咯”的声音，或工作面支柱整体向一侧倾斜。工作面使用铰接顶梁时，在顶板冲击压力的作用下，顶梁楔子有时弹出或挤出。(4)瓦斯和水的预兆。含瓦斯煤层，瓦斯涌出量突然增加；有淋水的顶板，淋水增加。一175—三、冒顶事故常发的地点及原因(一)采煤工作面局部冒顶事故常发的地点及原因采掘工作面或井下其他工作地点的冒顶事故大多数属于局部冒顶事故。工作面发生局部冒顶的原因主要有两个：一是直接顶被破坏后，由于失去有效的支护而造成局部冒顶；二是基本顶下沉压迫直接顶破坏工作面支架造成局部冒顶。采煤工作面顶板事故常发生在靠近两线(煤壁线、放顶线)、两口(采场两端)及地质破坏带附近。(1)靠煤壁附近的局部冒顶。煤层的直接顶中，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(2)放顶线附近的局部冒顶。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5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+i0因游离岩块旋转而推倒支架的局部冒顶。(3)采场两端的局部冒顶对于单体支柱工作面，采场两端包括工作面两端的机头机尾附近以及与工作面相连的巷道。在工作面两端机头机尾处，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。(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。(二)采煤工作面大面积冒顶事故常发的地点及原因1．大面积冒顶事故常发的地点(1)开切眼附近。在这个区域顶板上部硬岩基本顶两边都受煤柱支承不容易下沉，这就给下部软岩层直接顶的下沉离层创造了有利条6件。(2)地质破坏带(断层、褶曲)附近。在这些地点顶板下部直接顶岩层破断后易形成大块岩体并下滑。(3)老巷附近。由于老巷顶板破坏，直接顶易破断。(4)倾角大的地段。这些地段由于重力作用而岩石倾斜下滑加大。(5)顶板岩层含水地段。这些地段摩擦系数降低，阻力大为减少。(6)局部冒顶区附近也有可能导致大冒顶。一176一一近几年来，在采煤工作面大面积冒顶事故中，“复合顶板”下推垮型事故比较多，伤亡也较大。所谓复合顶板总的概念是：煤层顶板由下软上硬不同岩性的岩层所组成，软硬岩层间夹有煤线或薄层软弱岩层，下部软岩层的厚度一般大于0．5m，而且不大于煤层采高。2．基本顶来压时的压垮型冒顶发生的条件与原因(1)发生压垮型冒顶事故的一般条件。①直接顶比较薄，其厚度小于煤层采高的2～3倍，冒落后不能充填满采空区。②直接顶上面基本顶分层厚度小于5～6m，初次来压步距为20～30m，或更大一些。③采煤工作面中，当支柱的初撑力较低时，基本顶断裂在煤壁之内。当工作面推进到基本顶断裂线附近时，顶板出现台阶下沉，这时基本顶岩块的重量全部由采场支架承担。(2)基本顶来压时的压垮型冒顶事故的7致因。①垮落带基本顶岩块压坏采煤工作面支架(见图4—3)。图4—3垮落带基本顶岩块压坏采煤工作面支架②垮落带基本顶岩块冲击压坏采煤工作面支架导致冒顶。由于采煤工作面支架初撑力不足，在基本顶岩块未明显运动之前，直接顶与基本顶已发生离层[见图4—4(a)]。当基本顶岩块向下运动时，采煤工作面支架要受冲击载荷，支架容易被破坏，从而导致冒顶[见图4—4(b)]。Ca)8(b，图4—4垮落带基本顶岩块冲击压坏采煤工作面支架(a)离层；(b)冲击压坏支架综采工作面如遇基本顶冲击来压，可能将支架压死、压坏(立柱液压缸炸裂、平衡千斤顶拉坏等)或压入底板，发生顶板事故。·3．厚层难冒顶板大面积冒顶发生的条件与原因当煤层顶板是整体厚层硬岩层顶板(如砂岩、砂砾岩、砾岩等，)分层厚度大于5～6m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，不仅由于重力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。关于厚层难垮顶板大面积切冒的机理，有两种解释：一是顶板大面积悬露后，因弯曲应力超过其强度，导致顶板岩层断裂，并大面积垮落，二是顶板大面积悬露后，采空区近边煤柱上方岩层的剪应力超过其极限强度，导致顶板岩层大面积冒落。4．大面积漏垮型冒顶发生原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，导致工作面漏垮型冒顶(见图4—5)。5．复合顶板推垮型冒顶的特征与机理推垮型冒顶是指因水平推力作用使工作面支架大量倾斜而造成的冒顶事故。复合顶板由下软上硬岩层构成，下部软岩层可能是一个整层，也可能是由几个分层组成的分层组。这里的软岩层与硬岩层只是9个形象的说法，实际上是指：采动后下部岩层或因岩石强度降低，图4—5工作面漏垮型冒顶或因分层薄，其挠度比上部岩层大，向下弯曲得多，而上、下部岩层间又没有多大的黏结力，因此，下部岩层与上部岩层形成离层，从外表看，似乎下部岩层较软，上部岩层较硬。(1)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下部软岩层的厚度大于0．5m，小于3．Om。(2)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，如图4--6所示②下位软岩断裂出六面体的原因：一是地质构造，即下位软岩层中存在原生的断层、裂隙或尖灭构造；二是巷道布置原因，即在工作面开采范围内存在沿10走向或沿倾斜的旧巷、下沉、断裂；三是由于支柱初撑力低，导致下位软岩层断裂。Ⅱ_J6．金属网下推垮型冒顶发生的原因图4-6下位软岩层离层断裂回采下分层时，金属网假顶处于下列两种情况时，可能发生推垮型冒顶。(1)当上、下分层开切眼垂直布置时，在开切眼附近，金属网上的碎矸石与上部断裂了的硬岩大块之间存在一个空隙。11(2)当下分层开切眼内错布置时，虽然金属网上的碎矸与上部断裂了的硬岩大块之间不存在空隙，但是一般也难以胶结在一起。金属网下推垮型冒顶的全过程分为以下两个阶段：(1)形成网兜阶段。这是由工作面内某位置支护失效导致的。如果周围支架的稳定性很好，一般不会发展到第二阶段，即还不至于发生冒顶事故。(2)推垮工作面阶段。在开切眼附近，金属网碎矸之上有空隙，或者由于支架初撑力小，而使网上碎矸石与上位断裂的硬岩大块离层，这就造成网下单体支柱不稳定。在网兜沿倾斜推力的作用下，使网兜下方的支柱由迎山变成反山，最终造成推垮型冒顶。这两个阶段有可能间隔很短时间。一178—(三)巷道顶板事故常发的地点及原因巷道顶板事故多发生在掘进工作面及巷道交叉点，巷道顶板死亡事故80%以上是发生在这些地点。可见，预防巷道顶板事故，关注事故多发地点是十分必要的。当巷道围岩应力比较大、围岩本身又比较软弱或破碎、支架的支撑力和可缩量又不够时，在较大应力作用下，可能损坏支架，形成巷道冒顶，导致顶板事故。巷道顶板事故形式多种多样，发生的条件也各不同，但它们在某些方面存在着共同点。根据这些事故发生的原因与条件，可以制定出防范顶板事故发生的相应措施。121．掘进工作面冒顶事故的原因掘进工作面冒顶的原因有以下两类：(1)掘进破岩后，顶部存在将与岩体失去联系的岩块，如果支护不及时，该岩块可能与岩体失去联系而冒落。(2)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