《顶板事故防治》PPT课件.ppt
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1、砺苦谨信 技精图强技术支持:现代教育技术中心砺苦谨信 技精图强技术支持:现代教育技术中心交流交流1 认识煤矿顶板事故认识煤矿顶板事故交流交流2 分析矿压显现规律分析矿压显现规律交流交流3 顶板顶板事故防治事故防治交流交流4 顶板事故管理顶板事故管理交流交流1 认识认识煤矿顶板事故煤矿顶板事故 一、顶板事故原因一、顶板事故原因 在我国国有重点煤矿在我国国有重点煤矿生产过程生产过程中,顶板事故伤亡中,顶板事故伤亡人数占煤炭行业总伤亡人数的人数占煤炭行业总伤亡人数的4045%。顶板事故。顶板事故主要主要发生在发生在采场采场和和巷道巷道。请看下面几组数据。请看下面几组数据。1.在在1954-1985年
2、期间顶板事故占总死亡人数的年期间顶板事故占总死亡人数的45%。其中:采场顶板事故占。其中:采场顶板事故占75%,巷道顶板事故占,巷道顶板事故占25%u采场顶板事故采场顶板事故分析分析 按支护类型分:按支护类型分:摩摩擦支柱、木支柱占擦支柱、木支柱占93%93%、其它支、其它支护护占占7%7%按顶板类型分:直接顶板事故占按顶板类型分:直接顶板事故占93%93%、基本顶事故、基本顶事故占占7%7%按冒顶类型分:局部冒顶占按冒顶类型分:局部冒顶占70%70%、大型冒顶占、大型冒顶占30%30%按地点分:机道按地点分:机道风风道占道占26%26%、工作面工作面占占15%15%、上下、上下出口占出口占1
3、5%15%、其他地点占、其他地点占44%44%。2.1986-19922.1986-1992年顶板事故死亡人数占总死亡人数的年顶板事故死亡人数占总死亡人数的40%40%,有所下降,比例也发生变化。其中:采场顶板事故有所下降,比例也发生变化。其中:采场顶板事故占占66.7%66.7%(下降),(下降),巷道顶板事故占巷道顶板事故占33.3%33.3%(上升上升)(1)采场采场事故比例下降事故比例下降的原因:支护设备科学研究成的原因:支护设备科学研究成果的应用果的应用,支护形式发展单体液压支柱支护形式发展单体液压支柱、液压支架的应液压支架的应用;用;顶板管理加强;顶板管理加强;采采煤工艺发展煤工艺
4、发展。(2)(2)巷道顶板事故上升的巷道顶板事故上升的原因原因:巷道断面扩大:巷道断面扩大;巷道巷道长度长度加大、使用时间长加大、使用时间长;支护技术有待进一步完善支护技术有待进一步完善。二、顶板分类二、顶板分类 (一)按岩性和与煤层的位置划分(一)按岩性和与煤层的位置划分 1.伪顶:厚度小于0.5M,极易垮落,随采随冒,位于煤层之上。2.直接顶:岩层较稳定,位于伪顶之上,一般随放顶可垮落。3.基本顶:在直接顶之上,岩层厚而硬,难冒落,有时呈规律性折断。顶板的类型如图1-1。图1-1 顶板类型典型柱状图 1.1.直接顶分类直接顶分类 根据岩石的综合强度指数(单向抗压强度、节理裂隙间距、岩层的分
5、层厚度的综合)和直接顶初次垮落步距将直接顶分为四类:u 类顶板(不稳定顶板)类顶板(不稳定顶板):=30,=u 类顶板(中等稳定顶板)类顶板(中等稳定顶板):=3070,=18u 类顶板(稳定顶板):类顶板(稳定顶板):=71120,=1925u 类顶板(坚硬顶板)类顶板(坚硬顶板):120,25(二)直接顶分类和基本顶的分级(二)直接顶分类和基本顶的分级 2.2.基本顶的分级基本顶的分级 根据根据N N(直接顶厚度与采高之比)和(直接顶厚度与采高之比)和L L(基本顶来压基本顶来压初次步距初次步距),将基本将基本顶顶分为四级:分为四级:级基本顶级基本顶-来压显现不明显:来压显现不明显:N3N
6、35 5 级基本顶级基本顶-来压显现明显:来压显现明显:0.3N30.3N35 5,=25=255050 级基本顶级基本顶-来压显现强烈:来压显现强烈:0.3N30.35050或或N0.3N0.3,=25=255050 级基本顶级基本顶-来压显现非常强烈:来压显现非常强烈:N0.3N0.3,5050 1.总工程师指南分类总工程师指南分类 大面积切顶大面积切顶;小范围局部冒顶小范围局部冒顶;2.煤矿顶板事故的防治分类煤矿顶板事故的防治分类 局部冒顶事故局部冒顶事故;大型冒顶事故大型冒顶事故;急倾斜工作面顶板事故急倾斜工作面顶板事故3.顶板灾害防治分类顶板灾害防治分类 压垮型冒顶压垮型冒顶;漏冒型
7、冒顶漏冒型冒顶;推垮型冒顶推垮型冒顶;综合类型冒顶。综合类型冒顶。三三、顶板事故的分类、顶板事故的分类 4.中国煤矿采场围岩控制分类中国煤矿采场围岩控制分类 压垮型冒顶压垮型冒顶;漏冒型冒顶漏冒型冒顶;复合顶板推垮型复合顶板推垮型;金属网下推垮型金属网下推垮型;其他推垮型其他推垮型;综采工作面直接顶冒顶综采工作面直接顶冒顶.5 5.按采煤工作面采煤工艺,采场按采煤工作面采煤工艺,采场顶板事故顶板事故分为分为 综采顶板事故综采顶板事故 一次采全高一次采全高 分层开采分层开采 普采顶板事故普采顶板事故 一次采全高一次采全高 分层开采分层开采 炮采顶板事故炮采顶板事故 一次采全高一次采全高 分层开采
8、分层开采 残采顶板事故残采顶板事故6 6.按按巷道巷道发生的发生的顶板事故顶板事故分为分为 巷道掘进顶板事故:巷道掘进顶板事故:(按原因分为两大类按原因分为两大类(1 1)掘掘进后岩石破碎后,顶部岩石与岩体失去联系,如果支护不进后岩石破碎后,顶部岩石与岩体失去联系,如果支护不及时,该岩石就可能随时发生冒落,如及时,该岩石就可能随时发生冒落,如地质变化带,顶石地质变化带,顶石冒落,裂隙发育的巷道抽条都属于此类冒落,裂隙发育的巷道抽条都属于此类;已支护的巷道顶已支护的巷道顶部岩石,在支护失效或勾顶不严或部岩石,在支护失效或勾顶不严或 无支护时发生冒落,无支护时发生冒落,如放炮崩倒棚子导致冒顶,背顶
9、不严造成冒顶都属于第二如放炮崩倒棚子导致冒顶,背顶不严造成冒顶都属于第二类型冒顶)类型冒顶)巷道维修顶板事故巷道维修顶板事故 巷道回收顶板事故巷道回收顶板事故 巷道交叉点事故巷道交叉点事故 四四、顶板事故发生原因分析、顶板事故发生原因分析 1.1.自然因素自然因素 2.2.技术因素技术因素 3.3.人为因素人为因素 一、一、理解矿压显现的基本术语理解矿压显现的基本术语 1.1.初次放顶初次放顶 当工作面自开切眼推进一段距离后,工作面开始第一次大面积的放顶,叫做初次放顶初次放顶。初次放顶工作面需要采取相应的安全防范措施,制定监测制度等以策安全。煤矿顶板事故在初次放顶时发生者也不在少数,应特别引起
10、注意。交流交流2 矿压显现规律及影响因素矿压显现规律及影响因素 2.直接顶初次垮落直接顶初次垮落 初次放顶后,直接顶首次大面积的垮落称为初次垮落初次垮落。初次垮落初次垮落的标准的标准:直接顶冒高超过11.5,冒落长度占全工作面的1/2以上为准。直接顶初次垮落直接顶初次垮落步距步距:525M不等。图21直接顶跨落步距3.基本基本顶初次来压顶初次来压 当基本顶悬露达到极限时,基本顶第一次断裂,同时发生破断岩块的回转失稳。从而导致工作面顶板急剧下沉,此时工作面支架显现压力普遍增大现象,即称为基本顶初次来压基本顶初次来压。基本顶初次来压步距基本顶初次来压步距:一般为2035M,有的可达5070M不等。
11、持续时间23天(1 1)初次来压前岩层结构)初次来压前岩层结构图22初次来压前岩层结构图(2 2)基本顶初次来压岩层断裂回转)基本顶初次来压岩层断裂回转图23初次来压岩层结构图(3 3 3 3)直接顶冒落后充满采空区)直接顶冒落后充满采空区)直接顶冒落后充满采空区)直接顶冒落后充满采空区 直接顶冒落后即可填满采空区,周期来压则不明显。直接顶冒落后即可填满采空区,周期来压则不明显。直接顶冒落后即可填满采空区,周期来压则不明显。直接顶冒落后即可填满采空区,周期来压则不明显。图24直接顶跨落后采空区填满(4 4)基本基本顶初次来压前的结构及周围应力顶初次来压前的结构及周围应力分布情况分布情况图25基
12、本顶来压前的应力分布图 基本基本顶初次来压后随工作面的推进,基顶初次来压后随工作面的推进,基本顶呈规律性折断,工作面显现周期性的本顶呈规律性折断,工作面显现周期性的来压,称为周期来压。来压,称为周期来压。周期来压的步距大小在630m之间,一般为1015m。基本顶顶板基本顶顶板经历了经历了稳定稳定稳定稳定-失稳失稳失稳失稳-再稳再稳再稳再稳定定定定的变化。的变化。图26 基本顶周期来压a-基本顶断裂下沉 b-顶板台阶下沉4.周期来压周期来压 (1 1)回采工作面推进中岩体结构的变化过)回采工作面推进中岩体结构的变化过程程图27回采过程中岩体结构变化(2 2 2 2)周期来压时矿压显现)周期来压时
13、矿压显现)周期来压时矿压显现)周期来压时矿压显现 顶板下沉速度增大顶板下沉速度增大 下沉量增大下沉量增大 支柱载荷增加、钻底支柱载荷增加、钻底 煤壁片帮煤壁片帮 支柱折损支柱折损 台阶下沉台阶下沉 5.5.三带三带 回采工作面初次来压后,随着工作面的继续推进,工作面上复岩层的活动情况将逐渐形成常说的上“三带”,即:冒落带冒落带(垮落带垮落带)-岩块不规则垮落和堆积。冒落带高度为采高的24倍。裂隙带裂隙带-在冒落带之上,岩块断裂但整齐排裂 弯曲下沉带弯曲下沉带-裂隙带之上直到地表,岩层裂隙较少,但有下沉。如图28所示图28开采后岩层移动 (1 1 1 1)工作面前后方应力分布)工作面前后方应力分
14、布)工作面前后方应力分布)工作面前后方应力分布-移动支承压力分布移动支承压力分布移动支承压力分布移动支承压力分布 由于开采所致,应力重新分布,在工作面前方形由于开采所致,应力重新分布,在工作面前方形成了支承压力带,它的影响范围达成了支承压力带,它的影响范围达303040M40M或更远或更远,最高峰最高峰在在 煤壁前方煤壁前方710处。处。K可达可达23,随开采移动。工作随开采移动。工作面后方冒落矸石被压实,一般只恢复到面后方冒落矸石被压实,一般只恢复到rhrh或比或比rhrh稍高一点。稍高一点。(2 2 2 2)工作面两侧支承压力分布)工作面两侧支承压力分布)工作面两侧支承压力分布)工作面两侧
15、支承压力分布-固定支承压力分布固定支承压力分布固定支承压力分布固定支承压力分布 随工作面开采,在工作面两侧煤柱或煤体上也形成随工作面开采,在工作面两侧煤柱或煤体上也形成支承压力。作用时间长,位置比较固定,称为固定支承压支承压力。作用时间长,位置比较固定,称为固定支承压力。力。如如下下图所示图所示二、采场矿压显现规律二、采场矿压显现规律 (1 1)工作面前后方应力分布)工作面前后方应力分布-移动支承移动支承压力分布压力分布(2 2)工作面两侧支承压力分布)工作面两侧支承压力分布-固定支固定支承压力分布承压力分布(3 3)采动影响下,底板应力分布采动影响下,底板应力分布 支承压力通过煤体,直接传递
16、到底板岩层,在底板岩层支承压力通过煤体,直接传递到底板岩层,在底板岩层一定范围内同样存在支承压力的影响。一定范围内同样存在支承压力的影响。a a 一侧采空煤柱应力分布特征一侧采空煤柱应力分布特征 煤柱应力呈三角形煤柱应力呈三角形;应力增高系数为应力增高系数为3;3;=30 =3040 40 传递深度为(传递深度为(1.51.5)B.B.bb 煤柱宽度为煤柱宽度为B B,两侧采空时应力特征,两侧采空时应力特征 煤柱应力呈钟形煤柱应力呈钟形;应力增高系数为应力增高系数为5;5;煤柱最中心下方应力最大煤柱最中心下方应力最大;=30 =3040 40 传递深度为传递深度为3 3B.B.c c 煤柱宽度
17、为煤柱宽度为2B2B,两侧采空应力特征,两侧采空应力特征 煤柱应力呈马鞍形煤柱应力呈马鞍形;应力增高系数为应力增高系数为3.5;3.5;=30 =3040 40 传递深度为传递深度为3 3B.B.巷道未开掘之前,岩体处于原始应力状态rh,在巷道开掘后,应力即开始重新分布,巷道围岩内出现应力集中现象,当围岩强度小于围岩应力,围岩则产生塑性变形,并向岩体深部发展。一般巷道开掘后形成如下图所示的状态。巷道围岩一般分为四个区:破裂区破裂区 A A 塑性区塑性区 B B 弹性区弹性区 C C 原始应力原始应力区 D 三、掘进巷道引起的围岩应力分布三、掘进巷道引起的围岩应力分布 圆形巷道围岩的弹塑性变形区
18、及应力分圆形巷道围岩的弹塑性变形区及应力分布布(一)地质因素(一)地质因素 1.1.断层与褶曲断层与褶曲断层与褶曲断层与褶曲断层的影响 顶板失去连续性,容易冒顶板失去连续性,容易冒顶顶;构造应力存在使巷道难以构造应力存在使巷道难以维护维护;伴有其他灾害因素存在伴有其他灾害因素存在.褶曲的影响 构造应力使顶板难维护构造应力使顶板难维护;顶板破碎,易冒顶顶板破碎,易冒顶.四、影响矿山压力显现的因素分析四、影响矿山压力显现的因素分析 2.2.节理、裂隙的影响节理、裂隙的影响 直接顶被切割,易冒顶直接顶被切割,易冒顶;影响基本顶的稳定性影响基本顶的稳定性.3.3.煤层倾角的影响煤层倾角的影响 顶板压力
19、的方向改变顶板压力的方向改变;支架的稳定性受到影响支架的稳定性受到影响;底板滑动给支护带来困难。底板滑动给支护带来困难。4.4.地应力方向的影响地应力方向的影响 在地层水平应力作用下在地层水平应力作用下巷道底板鼓起巷道底板鼓起 ;在地层水平应力作用下在地层水平应力作用下巷道两帮破裂巷道两帮破裂(二)开采技术因素(二)开采技术因素 1.1.采高与控顶距采高与控顶距 采高和控顶距越大,顶板下沉量越大采高和控顶距越大,顶板下沉量越大;采高越大,冒落带越高,上复岩层破坏越采高越大,冒落带越高,上复岩层破坏越严重严重;煤壁越易片帮煤壁越易片帮;基本顶越难取得平衡。基本顶越难取得平衡。2.2.工作面推进速
20、度工作面推进速度 增大增大 顶板下沉量小顶板下沉量小;反之反之 加大加大;顶板破碎强度减缓顶板破碎强度减缓;破碎破碎;矿压比较缓和矿压比较缓和;压力大。压力大。3.3.采深(加大)采深(加大)支承压力影响范围增大支承压力影响范围增大;原始应力增大,工作面压力增原始应力增大,工作面压力增大大;顶板难维护,支柱载荷增大顶板难维护,支柱载荷增大;矿压显现加剧、片帮、压出矿压显现加剧、片帮、压出;易诱发冲击地压和煤与瓦斯突易诱发冲击地压和煤与瓦斯突出。出。一一、炮采工作面顶板事故防治、炮采工作面顶板事故防治 1.1.炮采事故特点炮采事故特点 冒顶多发生在开切眼附近冒顶多发生在开切眼附近;冒顶前征兆不明
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