煤矿顶板事故及其防治课件.ppt
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- 煤矿 顶板 事故 及其 防治 课件
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1、第一部分顶板事故及其防治第一部分顶板事故及其防治一、问题的提出 顶板事故是煤矿生产中五大自然灾害(水、火、瓦斯、矿尘、冒顶)之一,它是煤矿中最常见的又是最易发生的事故。据事故统计资料表明,顶板事故死亡人数比例则高达50%以上,一直位居灾害事故死亡人数前列,是我省煤矿生产百万吨死亡率较高的一个重要因素。二、矿山压力与顶板事故 采掘工作的一个基本任务就是要有效地控制顶底板岩层的变形和破坏,达到减少和避免顶底板事故的发生。因采掘影响自然平衡拱形成以后,拱内的岩石不再承担拱上部的岩石压力,就形成为压力降低区,而拱上部的压力有巷道两侧岩石来支撑,在巷道两侧形成的压力升高。引起的岩层作用在井巷、硐室和工作
2、面围岩以及支护物上各种力的总称矿山压力的影响。在岩体中开掘巷道时,如不进行支护就能看到巷道以上顶板弯曲下沉,随后就出现一些逐渐扩大,增多的纵横交错的裂缝,最后原来的整体顶板岩石开始发生较大的变形、破坏和冒落,直到巷道形成类似拱的形状以后,顶板岩石才处于稳定状态,这样形成的拱形叫做自然平衡拱,在一般的条件下形成的自然平衡拱是稳定的。根据俄国学者M.M.普罗托奇雅可诺夫于1907年提出的“自然平衡拱理论”中作出巷道就是拱形岩石的重量。要使巷道保持要求的规格、形状必须进行支护,以防巷道的弯曲、变形、破坏和冒落,从而达到预防巷道顶板事故的发生。采煤工作面冒顶事故,其根据原因在于工作面周围矿山压力的活动
3、。因此,必须了解和掌握在不同的煤层赋存条件,不同的采煤方法和不同的顶板管理下的采场矿山压力及其显现规律,从根本上防治和避免采煤工作面冒顶事故。1、煤层顶底板岩层构成 要充分认识和掌握采煤工作面矿山压力对顶板事故的作用和规律,必须首先弄清煤层顶底板岩层的构成及其移动规律。根据顶底板岩层离煤层的距离及对开采工作的影响程度不同,煤层的顶底板岩层可分为:1)伪顶。紧贴在煤层之上,极易跨落的薄岩层称为伪顶。通常由炭质页岩等柔弱岩层组成,厚度一般小于0.5m,随采岁冒。2)直接顶。位于伪顶或煤层之上,具有一定的稳定性,由一层或若干层组成,厚度不定,不很坚硬,回柱后能自行跨落的岩层称为直接顶。通常由泥质页岩
4、、页岩、砂质页岩等组成,具有随回柱放顶而跨落的特征。3)老顶。位于直接顶或煤层之上坚硬而难跨落的岩层称为老顶,也叫基本顶。通常有砂岩、石灰岩、沙砾岩所组成。4)直接底。直接位于煤层下面的岩层。如为较坚硬的岩石时,可作为采煤工作面支柱的良好支座;如为泥质页岩等松软岩层时,则常造成底臌和支柱插入底板等现象。有些煤层同时存在伪顶、直接顶和老顶;也有些煤层上面,没有伪顶,只有直接顶和老顶;有的缺少伪顶、直接顶,煤层上面就是老顶。这样也就增加了顶板管理的难度,判断和处理不对,就会造成顶板事故的隐患,严重影响了采场支护质量,易造成顶板事故。直接顶的完好程度将直接影响工作面的安全及工作面的工作效率,而且也影
5、响到支护方式的选择。直接顶的完好程度取决于两个因素:一是岩层的力学性质;二是直接顶岩层内各种原因造成的层理和裂隙的发育情况。直接顶岩层内各种层理或裂隙等“弱面”的存在将直接影响到直接顶在悬露时的稳定性。常常把这些“弱面”简称“劈”。而其中有些“劈”的组合形式,对直接顶的稳定性影响较大。这类游离岩块的劈可能在顶板毫无预兆的情况下发生局部冒顶。多数采煤工作面直接顶是呈不规则跨落的。当工作面自开切眼推进后,直接顶一般并不立即跨落下来,而是待工作面推进一定距离以后,才会大面积跨落,这称为直接顶初次跨落。直接顶初次跨落时,工作面放顶线与开切眼之间的距离称为直接顶初次跨落步距,它是反映直接顶稳定程度的一个
6、综合指标,对顶板事故有着直接影响。直接顶初次跨落后,就要进行第一次放顶,称为工作面的初次放顶。由于初次放顶是直接顶的大面积跨落,容易发生冒顶事故。为此煤矿安全规程规定了采煤工作面的初次放顶必须制定安全措施,报矿总工程师批准,并必须有区、队长亲自在场指挥。老顶的运动及来压程度不仅对直接顶的稳定性有直接影响,而且对是否造成大面积的切顶起着决定作用。采用全部跨落法管理顶板的采煤工作面,一般情况下,老顶对工作面顶板压力影响主要决定与直接顶的厚度及其稳定性。2、采煤工作面矿压显现规律与顶板事故 采煤工作面在矿山压力的作用下,采用长壁采煤法时,工作面的开切眼开始至回采结束整个过程,可分顶板跨落及其矿压显现
7、,即直接顶初次跨落,老顶初次跨落和工作面顶板的周期跨落。这三个阶段的采场顶板的移动是有规律而且由此所带来的矿压显现程度也不一样。当工作面从开切眼开始采煤后,直接顶跨度达到620M时,直接顶开始冒落,为减轻上覆岩层的压力,工作面开始初次放顶,若有老顶跨落的影响时,初次放顶期还包括老顶的初次跨落,将对工作面造成较大的威胁,容易发生冒顶,必须加强支护等安全措施,直接顶初次跨落后,随着工作面继续向前推进,直接顶不断冒落,老顶的悬露跨度增大,直到达到极限跨度时,老顶将出现断裂,进而发生跨落。这时,将对工作面产生较大影响,顶板下沉量增加,支架载荷增大,煤壁片帮。从开切眼开始老顶第一次跨落,称为老顶初次跨落
8、。这种老顶初次折断或跨落前后工作面的矿压显现称为老顶初次来压。老顶初次跨落后,随着工作面继续推进,工作面上方老顶在其自重及上覆岩载荷作用下,将沿煤壁内发生折断和跨落,同时引起工作面压力突然增大,这种现象,随工作面的推进将周而复始的出现。因此称为老顶的周期跨落。把因老顶周期跨落而使工作面呈周期性地矿压显现,称为老顶周期来压。预防采煤工作面初次放顶和顶板来压造成的工作面顶板事故,主要是准确地利用顶板来压步距及预兆,提前和及时采取针对性措施,尤其要保证支架的规格质量,保证一定的支架密度及支架稳定性。3、开采后采煤工作面围岩应力与顶板事故 从上述可知,随着采煤工作面的不断向前推进,开采后采场围岩应力将
9、重新分布,暴露出来的上覆岩层和煤层在矿山压力的作用下,将产生变形、移动和破坏。可将其分为应力降低区、应力增加区和应力稳定区,其分布特点是:1)采煤工作面前方煤壁一端支撑着工作面上方裂隙带及其采煤工作上覆岩层的大部分重量,即工作面前方支承压力远比工作面后方支承压力大。2)由于采煤工作面的推进,煤壁及采空区跨落带 是向前移动的,因此工作面前后方支承压力是 移动支承压力。3)由于裂隙带内形成了以煤壁及采空区跨落带为 前后支承点的半拱式平衡,所以采煤工 作空间 是处于减压力范围内。采煤工作空间虽然处于减压区,但是在悬露的直接顶重量的作用和老顶的饶曲作用下,工作面支架仍然承受着压力。工作面顶板的压力大小
10、,除了受直接顶厚度,破碎后体积膨胀性能和老顶力学性能等因素影响外,还同控顶距大小、支护方式、支架性能、架设质量、落煤、放炮等因素有关。如控顶距大,造成支架的支撑力不够,恶化顶板条件,导致顶板事故。因此,规程第5366条对顶板管理作了明确规定,必须严格执行。三、顶板事故的分类及原因分析 顶板事故的原因是多方面的,其客观原因是采掘过程中矿山压力的活动,从主观上看,是管理不当,支护质量低劣,违章作业严重、监测预防手段落后等原因。也既有技术方面原因,也有管理的原因。如果技术措施正确,管理不善也会导致顶板事故发生,同样,如果技术措施本身就不完善,管理即使非常严格,也难免会发生顶板事故。常见的顶板事故分为
11、两大类型:1、顶板事故分类第一类型:采煤工作面顶板事故 采煤工作面顶板事故按一次冒顶范围大小可分为局部冒顶事故和大面积冒顶事故。大面积切顶按直接顶和老顶运动形式可分为压跨型、推跨型和漏跨型三种。第二类型:巷道顶板事故、顶板事故原因分析 采煤工作面顶板事故发生的原因不外乎两个方面:一是对采场顶板、底板情况及活动规律(包括可能运动的范围、方向及时间)不够清楚;二是缺乏针对性的控制措施。采煤工作面冒顶事故中局部冒顶的特点是冒落范围较小,涉及伤害人员也较少,采煤中较常碰到,易被人忽视,以致这类事故不断重复发生。每年冒顶就其触发的死亡人数占冒顶事故死亡人数70%,重伤比达到80%以上。局部冒顶就其触发的
12、原因主要有二方面:一是已破碎的顶板未及时支护或没有支护而造成局部冒顶;二是老顶来压急剧下沉、破坏原有的支撑系统而造成局部冒落。局部冒顶就起其发生的时候和地点而言,存在着一定的规律性,即大部分发生在临近断层等构造带范围。在正常顶板条件下,则发生在老顶来压前后,特别是发生在直接顶强度较低的岩层组成的条件下。有下列情况时,较易发生:次一级地质构造区;顶板裂隙张开、增多、掉碴、敲帮问顶声音不正常;顶板上薄矸石片脱落;有淋水的地方等。掘进工作面冒顶的原因有两类:一是在掘进破碎岩石时,顶部存在将与岩体失去联系的岩块,如果支护不及时,该岩块可能与岩体完全失去联系而冒落;二是掘进工作面附近已支护部分的顶部存在
13、与岩体完全失去联系的岩体,一但支护失去,就会冒落造成事故。四、各类案例、技术措施不力造成的顶板事故(一)事故概况 新罗区红坊镇某煤矿1997年8月4日19时左右,由于安全技术防范措施不力造成煤层大量垮落而酿成顶板事故,死亡2人。该矿井位于虎坑山井田甘美坑矿区,硐口标高+414米,开采16#煤层(为立槽煤),该矿无采矿许可证。7月28日红坊某煤管所就对该矿下达了“制止违反矿产资源法规行为通知书”。8月4日下午,该井中班4人上班维修:陈、刘维修小眼,方、刘拉板车送材料和落煤。19时左右,硐主杨下井走到迎头,发现煤不停的往下溜,把放在装车处的一把洋铲埋掉了,就大声叫:“上面(小眼)有没有人”同时往上
14、看,发现小眼被大石块堵死,急忙实施抢救,将垮下的煤加快装运,至次日凌晨5时左右,终因小眼被大石块堵住,无法继续施救,后在有关部门研究同意的情况下,早8时至13时先后放了3炮,堵住小眼的石头仍然不下来,煤和矸石却下了很多。由于上部煤包煤质松软。容易跨落且煤包南端又是采空区,为免事故扩大,经多部门商定,被迫于5月15时左右停止施救,这起采面顶板事故造成了堵困在小眼的陈、刘死亡事故。(二)事故原因分析1直接原因 造成这起事故的直接原因是作业人员对作业地点的地质不了解,盲目在煤质松软立槽煤煤包处作业,无作业规程,安全防范措施不力造成煤层大量垮落。2间接原因:管理不善,硐主杨,未经培训,不具备 煤矿安全
15、管理能力,擅自组织维修,进行无 证非法开采是造成事故的重要原因。队伍素质差,作业人员不具备基本的安全知识和自我保护能力也是事故的原因之一。违章冒险作业造成的顶板事故(一)事故概况 永定县坎市镇煤矿1997年11月9日15时30分,由于工人在无任何支护的情况下,在+470水平-39#煤层废巷残采工作面进行违章作业,造成顶板事故,死亡1人。该矿属清理整顿对象,供应所已对该矿采取停电措施。11月9日上午班长洪,在未经矿方同意的情况下擅自组织工人马、刘等4人到采空区废巷残采39#煤柱,出了三板车煤后下班吃午饭,13时许,洪等4人又入井上班,出了一板车煤后,刘到39#残采上山)7米处采煤,洪在一旁观察。
16、突然洪头上冒落下一块长1米,宽0.4米、厚0.2米的石头,压在洪身上,刘立即到井口叫人,抢救无效死亡。(二)事故原因 1直接原因:这起顶板事故的直接原因是工人在无任何支护的情况下强行冒险作业造成的。2间接原因:工人在在残采作业区,抱有饶幸心理,思想麻痹,没有加强安全技术防范措施。资源纠纷巷道未修复引发的顶板事故(一)事故概况 1990年9月27日上午10时25分,永定坎市镇某煤矿由于资源纠纷巷道被炸,未完成修复而引发顶板事故,死亡3人。该矿于1987年夏开采培丰煤矿边角煤,由郑等6个股东集资开采。由于资源纠纷,该硐和邱峒沟通后,争抢资源,于6月24日,使顶板大面积塌落。经过几次巷道维修,才将巷
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