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煤矿顶板事故防治技术山东科技大学山东恒安电子科技有限公司转载煤矿顶板事故防治技术第一部分：煤矿顶板事故综述；第二部分：矿山压力的基本知识；第三部分：顶板事故的致因与防治；第四部分：煤矿事故隐患分析；第五部分：冲击地压的基本知识；第六部分：深井矿压知识分析。第一部分：煤矿顶板事故综述一、顶板事故在煤矿事故中的比重15.8410.3515.631.24.537.9810.34.690.981.770.655.490.321.553.354.94.147.0305101520123456789101112131415161718横坐标：表示事故原因纵坐标：表示事故原因所占百分比%原因1－违章指挥;2－违章作业;3－措施不力;4－管理混乱;5－支护质量;6－作业规程针对性不强;7－工人作业态度;8－工人缺乏安全生产知识;9－领导不重视;10－设备原因;11－安检人员不负责任;12－重生产轻安全;13－通风设施;14－通风系统;15－机构不健全;16－执规不严;17－明火;18－无证上岗图1-11950~2003年煤矿各类事故原因分析第一部分：煤矿顶板事故综述一、顶板事故在煤矿事故中的比重23.59.933.552.316.139.3725.620.3961.574.12.25.2529.51.772.8812.720.161.020.82.4811.288.810102030405060123456789101112事故次数占百分比死亡人数占百分比%横坐标：事故次数及伤亡人数纵坐标：事故次数及伤亡人数百分比事故性质1－水灾事故;2－瓦斯煤尘爆炸;3－顶板事故;4－火灾事故;5－瓦斯窒息中毒事故;6－煤尘爆炸事故;7－提升运输事故;8－其他;99－自救伤亡;10－机电;11－煤与瓦斯突出;12－爆破图1-21950~2003年煤矿各类事故发生起数及死亡人员统计分析第一部分：煤矿顶板事故综述二、回采工作面与巷道顶板事故发展趋势分析1954~1985年期间，顶板事故的死亡人数占总事故死亡人数的45%，其中，采煤工作面顶板事故占75%，巷道顶板事故占25%。1986~1992年期间顶板事故死亡人数占总死亡人数的40%，其中，采煤工作面顶板事故占顶板事故总数的66%，巷道顶板事故上升到34%。第一部分：煤矿顶板事故综述三、顶板事故的特点顶板事故具有四个属性（一）突发性（二）灾难性（三）破坏性（四）继发性四、对顶板事故的认识和加强顶板管理的重要性第一部分：煤矿顶板事故综述思考题：1.试分析煤矿顶板事故在煤矿事故中的所占的比重，说明了什么？2.试分析煤矿顶板事故各种原因说明了什么？如何预防？3.工作面的顶板事故与巷道顶板事故有何变化趋势，为什么？4.顶板事故具有何特点？5.如何认识加强顶板管理的重要性？第二部分：矿山压力基本知识一、开采后上覆岩层的移动特征四、采煤工作面顶板的控制二、采煤工作面矿压显现的基本规律三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析一、开采后上覆岩层的移动特征1.岩层移动和破坏的影响因素2.上覆岩层移动的破坏特征（一）三带的形成冒落带裂隙带弯曲下沉带一、开采后上覆岩层的移动特征（一）三带的形成（Ⅰ）-冒落带；（Ⅱ）-裂隙带；（Ⅲ）-弯曲下沉带1-地表塌陷区；2-岩层开始移动边界线；3-岩层移动稳定边界线；4-离层现象Ⅲ)Ⅱ)33221(Ⅰ)图2-1顶板岩层移动和破坏现象一、开采后上覆岩层的移动特征（一）三带的形成3.上覆岩层运动规律的研究内容（1）冒落带的高度；（2）裂隙带的高度；（3）直接顶的发展变化规律；（4）基本顶各岩梁的发展变化规律；（5）支承压力发生、发展变化规律；（6）内外应力场的形成条件及其发展变化规律。一、开采后上覆岩层的移动特征（一）三带的形成4.上覆岩层运动规律对顶板事故的影响事故原因：采动诱发顶板运动和破坏；事故形成条件支护不及时支护决策失误：支护方式不合理（没有针对顶板运动破坏等特点），没有满足“合理位态”控制的要求，表现为支护阻力不足或可缩量不够。一、开采后上覆岩层的移动特征（二）上覆岩层的移动特点分析图2-2上覆岩层移动的实测曲线一、开采后上覆岩层的移动特征（二）上覆岩层的移动特点分析图2-3回采工作面上覆岩层沿工作面推进方向的分区二、采煤工作面矿压显现的基本规律（一）直接顶的初次垮落初次放顶步距一般为6~20米。步距的大小是根据直接顶的岩石强度、厚度、节理裂隙发育程度等因素确定。初次垮落应注意：在掌握步距或冒落规律的同时，放顶时应采取必要的加固措施，以保证生产安全。二、采煤工作面矿压显现的基本规律（二）老顶的初次来压初次来压步距大小与老顶厚度、岩性、地质构造有关，一般为20~35米，有时可达50~70米，甚至更大。初次来压的特点：顶板急剧下沉，支架载荷明显增加，顶板出现沿煤壁的裂隙，甚至发生台阶下沉现象，煤壁严重片帮、采空区顶板大面积垮落，形成巨大的声响和风流等。二、采煤工作面矿压显现的基本规律（三）周期来压周期来压步距，一般比初次来压步距要小，通常为初次来压步距的1/2~1/4倍，一般为5~12米，有时可达20~30米。三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析（一）回采工作面周围的矿压规律及特点1.层面内图2-4采空区周围应力重新分布的概貌1–工作面前方超前支承压力；2、3、4–沿倾斜、仰斜及工作面后方残余支承压力三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析（一）回采工作面周围的矿压规律及特点1.层面内图2-5回采工作面周围支承压力在煤层平面内分布示意图三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析（一）回采工作面周围的矿压规律及特点2.顶底板方向图2-6支承压力在被开采煤层顶底板中分布示意图1–采动影响带边界；2–支承压力区；3–卸载区边界三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析（一）回采工作面周围的矿压规律及特点2.顶底板方向图2-7煤体与采空区交界处底板岩层中的不同矿压显现区A.应力增高区，不应布置巷道B.应力降低区，受采动影响且距离较远，不宜布置巷道C.影响轻微区，适合布置巷道D.未受采动影响区。三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析（一）回采工作面周围的矿压规律及特点3.工作面端头图2-8煤层凸出角处的叠合支承压力三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析（二）巷道矿压特点分析1.受采动影响的沿走向方向的平巷图2-9工作面下顺槽顶底板移动的全过程曲线1–移动速度曲线；2–移近量曲线Ⅰ.巷道掘进阶段每天移近量，从几毫米至几十毫米，稳定期一般小于1毫米/天Ⅱ.无采掘影响阶段每天0.2~0.5毫米/天Ⅲ.采动影响阶段采前几毫米到几十毫米，占总移近量的10~15%；采后为20~30毫米/天，少数情况下40~50毫米/天，占50~60%Ⅳ.采动影响稳定带＜1毫米/天，高达1~2毫米/天，占5~8%Ⅴ.二次采动影响带10~30毫米/天，占20~25%。从掘进到报废整个服务期间，顶底板移近总量为：U=U0+v0t0+U1+v1t1+U2三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析（二）巷道矿压特点分析1.采动影响区沿倾斜方向的矿压显现分区图2-10采区斜巷中沿倾斜不同矿压显现带I.卸载带：宽为1~3米II.支撑压力带：宽为12~25米，k=2~3III.原岩应力带四、采煤工作面顶板的控制（一）支护对支架的要求采掘工作面支架的“支、护、稳”与常见的顶板事故有着密切的联系。四、采煤工作面顶板的控制（一）支护对支架的要求1.要考虑不同的煤层顶板条件和煤层倾角当基本顶来压比较强烈，直接顶很完整，煤层倾角又比较小时，主要考虑“支得起”问题。对于来压不明显，直接顶比较破碎，煤层倾角又大时，主要考虑“护得好”问题。当基本顶来压强烈，直接顶比较破碎，煤层倾角又不大时，此时，要考虑“支得起、护得好”问题。当煤层倾角较大时，顶板又属覆合顶板类型，或分层开采铺有金属网时，主要考虑“稳得住”问题。当基本顶来压强烈，直接顶又比较破碎，煤层倾角又较大时，支架的“支、护、稳”都要一并考虑。四、采煤工作面顶板的控制（一）支护对支架的要求2.要考虑不同地点对支护的不同要求靠近煤壁附近的无支护空间要特别注意“护顶”问题。放顶线附近要特别注意“支和稳”问题。对上下出口处要尤其注意“支、护、稳”问题。四、采煤工作面顶板的控制（一）支护对支架的要求3.要考虑支架性能综采支架单体微增阻式支柱和单体液压支柱单体刚性支柱和急增阻式金属摩擦支柱在选择支架类型和布置时，应充分考虑煤层顶板和倾角等条件要求，性能要和条件要求相匹配，才能把顶板事故减少到最低限度。四、采煤工作面顶板的控制（二）支架与围岩的关系1.围岩是一种天然的承载结构图2-11“支架–围岩”相互作用原理示意图四、采煤工作面顶板的控制（二）支架与围岩的关系2.支架与围岩共同承载原理的支护方式二次支护节式结构的巷道支架符合上述原理的支护方式及支架结构与性能有：第二部分：矿山压力基本知识思考题1.煤层被采后，煤层上方和工作面推进方向的岩体移动有何特点和规律？2.试分析顶板事故的自然原因与事故的形成条件。3.试分析采煤工作面矿压显现的基本规律，如何预防顶板事故的发生？4.采掘工作面周围的矿压显现特点对安全生产有何意义？5.采掘支护工作对支架有何要求，如何实现？第三部分：顶板事故的致因与防治一、采煤工作面顶板事故的防治二、巷道顶板事故的致因及防治一、采煤工作面顶板事故的防治（一）顶板事故的分类采场顶板事故按力源可分为压垮型漏冒型推垮型冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治（一）顶板事故的分类由垂直层面方向的顶板力压坏采场支架而导致的冒顶，又分为：①老顶来压时压垮型冒顶②厚层难冒顶板大面积冒顶③直接顶导致的压垮型冒顶1.压垮型冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治（一）顶板事故的分类因破碎顶板没有得到有效的防护而冒落导致的冒顶，又分为：2.垮漏型冒顶大面积漏垮型冒顶局部漏冒型冒顶工作面上下出口的局部冒顶放顶线及其附近的局部冒顶地质破坏带附近的局部冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治（一）顶板事故的分类由于平行于层面方向的顶板力推倒支架而导致的冒顶，又分为：3.推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入采场的推垮型冒顶此外，还可能出现综合类型冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治（一）顶板事故的分类煤矿中习惯把采场冒顶分为两大类：局部冒顶大型冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治（一）顶板事故的分类范围不大，伤亡人数不多（每次1～2人）的冒顶，可分为：1.局部冒顶靠近煤壁附近的局部冒顶放顶线附近的局部冒顶上下出口的局部冒顶地质破坏带附近的局部冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治（一）顶板事故的分类范围较大，伤亡人数较多（每次3人以上）的冒顶，可分为：2.大型冒顶两端来压时的压垮型冒顶厚层难冒落大面积冒顶直接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一、采煤工作面顶板事故的防治（二）各种顶板事故的原因分析及勘察①原因分析1.靠近煤壁附近的局部冒顶节理、裂隙发育，岩石强度低支护质量差，支撑力不足造成离层炮采时，装药量过多，放顶崩倒支架，顶板失控老顶来压时，煤壁附近直接顶破碎新暴露的顶板没有及时支护综采时，端面距过大②案例分析一、采煤工作面顶板事故的防治（二）各种顶板事故的原因分析及勘察③防治措施1.靠近煤壁附近的局部冒顶对新暴露的顶板及时支护，如图3-1、3-2、3-3所示炮采时，炮眼布署及装药量要合理煤层的节理方向与工作的推进方向垂直或斜交来压期间，若煤壁片帮，要进行超前支护，减小端面距综采时，对破碎顶板要注入粘结剂进行固化加快工作面推进速度采高大，煤体松软时，加设护帮装置一、采煤工作面顶板事故的防治（二）各种顶板事故的原因分析及勘察1.靠近煤壁附近的局部冒顶图3-1正悬臂交错顶梁支护一、采煤工作面顶板事故的防治（二）各种顶板事故的原因分析及勘察1.靠近煤壁附近的局部冒顶图3-2错梁直线柱支架布置1-临时柱；2-正式柱一、采煤工作面顶板事故的防治（二）