矿井顶板灾害防治.pptx
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1、2023/2/171老顶直接顶煤层顶板采矿开挖空洞顶板岩石下沉变形、破坏,产生事故第一节第一节 概概 述述是指能在采空区不规则冒落、不能向煤壁前方和采空区矸石上永久传递力的、其作用力必须由支架全部承担的那部分岩层的总和。是指自身能形成平衡结构、能永久向煤壁前方和采空区矸石上传递力的、其运动对采场矿压有明显影响的、作用力无须支架全部承担的那部分岩层。第1页/共116页2023/2/172矿山压力的基本概念水平原岩应力铅垂原岩应力采矿开挖引起的应力集中存在于地层中示受工程扰动的天然应力为原岩应力,也称为岩体初始应力,绝对应力或地应力。天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。来源:地
2、质构造运动和岩体自重。存在形式:一部分以弹性能形式存在,另一部分由于种种原因在岩石中处于自我平衡状态。采场中一切压力显现的根源,是采动引起的上覆岩层运动。上覆岩层是指需要控制的岩层,包括直接顶和老顶。第2页/共116页2023/2/173矿山压力显现的基本形式矿山压力显现的基本形式顶板下沉与顶板下沉与支架承载支架承载顶底板移近顶底板移近两帮鼓出两帮鼓出冒顶、片帮冒顶、片帮矿山压力控制:人为减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法,叫做“矿山压力控制”,简称矿压控制。把矿山压力显现控制在合理的范围,这是矿山压力控制的根本目的。第3页/共116页2023/2/174但是:采场一般位于地下数百米
3、乃至上千米的深度,开采实践表明,采场一般位于地下数百米乃至上千米的深度,开采实践表明,有些矿井以每平方米有些矿井以每平方米12根的单体支柱就能支护住采动空间,说明根的单体支柱就能支护住采动空间,说明对采场对采场矿压有明显影响的上覆岩层范围是有限的矿压有明显影响的上覆岩层范围是有限的。通过对国内外有关资料的研究,特别是对我国开滦矿区和大屯矿区深孔通过对国内外有关资料的研究,特别是对我国开滦矿区和大屯矿区深孔布网的研究,得出布网的研究,得出一般采场的需控岩层厚度范围为采高的一般采场的需控岩层厚度范围为采高的68倍倍。第4页/共116页2023/2/175一一、矿山压力显现的基本规律、矿山压力显现的
4、基本规律(一)采煤工作面矿压显现的基本规律存在初次来压和周期来压。初次来压:老顶第一次大面积失稳垮落引起的压力增大现象。周期来压:初次来压之后每隔一定时间(工作面推进一定距离)老顶都要出现一次失稳垮落引起的周期性压力增大现象。第5页/共116页2023/2/176竖三带1 1、冒落带。指采用全部垮落法管理顶扳时,采煤工作面放顶后引起的煤层直接顶的破坏范围(图中)。该部分岩层在采空区内已经垮落,而且越靠近煤层的岩石就越紊乱、破碎。在采煤工作面内这部分岩层由支架暂时支撑。冒落带和裂隙带的总厚度,一般为采高的6倍8倍。3 3、弯曲下沉带。一般是指位于裂隙带之上的岩层,向上可发展到地表。此带内的岩层将
5、保持其整体性和层状结构(图中)。2、裂隙(缝)带。指位于冒落带之上的岩层。这部分岩层的特点是岩层产生垂直于层面的裂缝或断开,但仍能整齐排列(图中)。第6页/共116页2023/2/177裂隙带岩层在水平方向上可以分为3个区:煤壁支撑区、离层区和重新压实区,如图所示。(1)煤壁支撑影响区:它是由于工作面煤壁支撑而使顶板呈拉伸变形形成的。范围从工作面前方3040 m一直到工作面后方48m,该区内顶板水平移动较为剧烈,垂直移动则甚微,在有些场合垂直位移还会出现负值(即岩层上升现象)。(2)离层区:范围从工作面后方48m至30m左右,该区内顶板急剧下沉、断裂,且各层下沉的速度由下向上逐渐减少,并且层间
6、的离层现象随着距煤层距离的增加而愈多。(3)重新压实区:位于工作面后方30 m以外,该区内已断裂的岩层又重新被采空区冒落的歼石支撑,由下向上各岩层的下沉速度逐渐增大,层间进入相互压实的过程。第7页/共116页2023/2/178初次来压特征:老顶初次来压比较突然。来压前回采工作空间上方的顶板压力比较小。因而往往容易使人疏忽大意。初次来压时,老顶垮距比较大,影响的范围也比较广,工作面易出现事故。老顶初次来压对工作面的影响较大,因此必须掌握初次来压步距的大小,以便及时采取对策。在来压期间,必须加强支架的支撑力,尤其要加强支架的稳定性。一般可以采用木垛、斜撑等特种支架加强回采工作空间的支护。初次来压
7、是工作面矿山压力显现的重要现象,衡量其指标初次来压是工作面矿山压力显现的重要现象,衡量其指标是是来压强度来压强度和和初次来压步距初次来压步距(一般(一般20-35m),顶板坚硬、),顶板坚硬、直接顶薄的工作面初次来压强度大、来压步距大。直接顶薄的工作面初次来压强度大、来压步距大。第8页/共116页2023/2/179如何抓好采面初次放顶?事故教训表明,必须做好以下几项工作:技术上 要弄清地质条件和顶板类型,合理设计支护参数,使规程措施具有科学性、针对性、指导性、可行性,而不是“开工护照”,从技术上率先把好安全关。第9页/共116页2023/2/1710 组织上1983年原煤炭部规定,要成立“初
8、次放顶领导小组”,加强领导;其主要职责是:检查采面工程质量、安全隐患、安全 责任制落实情况。指导对查出隐患,提出处理的意见和 建议。监督跟踪监督重大隐患整改情况,不处理好不得离岗。管理上要严格执行三大规程和各项制度,按章作业,实施“精细化管理”,搞好工程质量,打好安全的基础。第10页/共116页2023/2/1711 科学监控上 “单体液压支柱采面支护质量和顶板动态监控”,简称“阻力监控法”,是原淮北矿务局和中国矿业大学,共同完成的重大科研攻关课题,已获安徽省科 技进步二等奖,并纳入了行业质量标准和“中国采煤方法”一书。它是我国采面顶板管理,从传统的经验型向科学化转变的重大突破。实践表明它直观
9、简便、易测易控,煤炭行业全面推广应用后,收到了控制顶板事故“立竿见影”的明显效果。所以采面初次放顶期间必须对支柱初撑力和工作阻力认真测控,务必达标,切不可搞形式主义。第11页/共116页2023/2/1712 落实各级安全责任制采面在初放和正常生产期间,都要坚持区级干部跟班制度,并要明确安全责任制,各尽其责。搞好业务保安,加强安全监督顶板主管处、科和安监部门要各司其职,做好检查、指导、监督工作,与生产单位一道把好初放安全关。请示汇报若遇到生产单位或矿井解决不了的重大隐患或重大技术疑难问题,应立即逐级向上汇报请示,请求指导。第12页/共116页2023/2/1713(二)巷道矿山压力显现的基本规
10、律(二)巷道矿山压力显现的基本规律(5个阶段个阶段 巷道掘进阶段(巷道掘进阶段()掘掘进进巷巷道道仅仅对对小小范范围围岩岩体体造造成成扰扰动动,故一般情况下矿压显现不会很剧烈故一般情况下矿压显现不会很剧烈.无采掘影响阶段(无采掘影响阶段()顶底板移近速度比掘进期间要小得顶底板移近速度比掘进期间要小得多,故巷道基本上处于稳定状态。多,故巷道基本上处于稳定状态。采动影响阶段(采动影响阶段()采动影响是由于回采工作引起围岩应力采动影响是由于回采工作引起围岩应力再次重新分布而造成的。这阶段中矿压再次重新分布而造成的。这阶段中矿压显现也最强烈。显现也最强烈。采动影响稳定阶段(采动影响稳定阶段()这是巷道
11、围岩经受一次采动影响后重这是巷道围岩经受一次采动影响后重新进入相对稳定的阶段,故其围岩移新进入相对稳定的阶段,故其围岩移动特征基本上与无采掘影响阶段类似。动特征基本上与无采掘影响阶段类似。二次采动影响阶段(二次采动影响阶段()二次采动影响的时间和空间规律与一二次采动影响的时间和空间规律与一次采动影响类似,但由于这种情况下次采动影响类似,但由于这种情况下巷道受到下区段工作面超前支承压力巷道受到下区段工作面超前支承压力和巷道煤体一侧残余支承压力的叠加和巷道煤体一侧残余支承压力的叠加作用,二次采动影响的剧烈程度和影作用,二次采动影响的剧烈程度和影响范围都会比一次采动影响稍大。响范围都会比一次采动影响
12、稍大。后期采掘活动对巷道压力显现影响较大第13页/共116页2023/2/1714二、采煤工作面顶板事故防治二、采煤工作面顶板事故防治1.老顶来压时的压垮型冒顶老顶来压时的压垮型冒顶(主要发生在老顶来压时)主要发生在老顶来压时)致因:致因:1、顶板来压过大;、顶板来压过大;2、支架支撑力不足。、支架支撑力不足。3、厚层难冒顶板大面积冒顶、厚层难冒顶板大面积冒顶垮落带老顶岩块压坏采场支架垮 落 带老 顶 岩块 冲 击压 坏 采场支架离层冲击压坏支架第14页/共116页2023/2/1715预防措施:预防措施:1、提高采场支架的初撑力提高采场支架的初撑力使用初撑力大的支柱使用初撑力大的支柱小煤矿使
13、用的木支柱和摩擦金属支柱小煤矿使用的木支柱和摩擦金属支柱初撑力小,刚度差,易导致煤层复合顶板离层,又使采场支架不稳初撑力小,刚度差,易导致煤层复合顶板离层,又使采场支架不稳定,所以有条件的矿要推广使用单体液压支柱。定,所以有条件的矿要推广使用单体液压支柱。正确操作正确操作操作时将初撑力给足;二次补液;支柱架设正规。操作时将初撑力给足;二次补液;支柱架设正规。支柱一定要升紧;单体摩擦支柱一定要使用液压升柱器升柱,升柱支柱一定要升紧;单体摩擦支柱一定要使用液压升柱器升柱,升柱完成后水平楔要打紧;单体液压支柱注液系统压力要足够,必要时完成后水平楔要打紧;单体液压支柱注液系统压力要足够,必要时使用增压
14、注液枪;木背板不宜过厚;钻底支柱要穿鞋。使用增压注液枪;木背板不宜过厚;钻底支柱要穿鞋。液压系统液压系统保证泵站压力;密封件不失效、管路不漏液;安全保证泵站压力;密封件不失效、管路不漏液;安全阀要达到规定的调整标准。阀要达到规定的调整标准。支柱完好支柱完好试压;更换;乳化液配比合理清洁;防杂物进入。试压;更换;乳化液配比合理清洁;防杂物进入。合理初撑力为额定阻力的合理初撑力为额定阻力的0.60.850.60.85第15页/共116页2023/2/1716预防措施:预防措施:2、提高采场支架的支撑力、提高采场支架的支撑力使用支撑能力强的支柱使用支撑能力强的支柱(弱)木支柱(弱)木支柱摩擦金属支摩
15、擦金属支柱柱单体液压支柱(强)。单体液压支柱(强)。正确操作正确操作保证支护工程质量(棚梁位置、支架迎山、保证支护工程质量(棚梁位置、支架迎山、顶梁铰接率);钻底支柱穿鞋。顶梁铰接率);钻底支柱穿鞋。合理的支护密度合理的支护密度 作业规程中的柱、排距是按矿山压作业规程中的柱、排距是按矿山压力和支护需求经过计算得出的,作业过程中必须严格按力和支护需求经过计算得出的,作业过程中必须严格按照规定支护。照规定支护。加强维护加强维护失效、损坏的支柱和顶梁及时更换;歪倒失效、损坏的支柱和顶梁及时更换;歪倒的支架及时扶正;二次注液、升压。的支架及时扶正;二次注液、升压。使用特种支架使用特种支架木垛、丛柱、密
16、集、戗棚、戗柱。木垛、丛柱、密集、戗棚、戗柱。第16页/共116页2023/2/1717预防措施:预防措施:3、提高支架的稳定性、提高支架的稳定性使用整体性强的支架使用整体性强的支架(弱)点柱(弱)点柱戴帽点柱戴帽点柱棚子棚子悬臂支架悬臂支架液压支架(强)液压支架(强)利用特种支架利用特种支架煤层倾角大或在工作面仰斜推进时,煤层倾角大或在工作面仰斜推进时,为防止顶板沿倾斜方面滑动推倒支架,应采用斜撑、抬为防止顶板沿倾斜方面滑动推倒支架,应采用斜撑、抬棚、木垛等特种支架来增加支架的稳定性。棚、木垛等特种支架来增加支架的稳定性。利用拉钩器利用拉钩器在摩擦金属支柱和金属铰接顶梁采面中,在摩擦金属支柱
17、和金属铰接顶梁采面中,用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端头至下端头连用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端头至下端头连接起来,形成稳定的接起来,形成稳定的“整体支架整体支架”。第17页/共116页2023/2/17184、掌握来压强度和步距1)在来压前提前做好准备2)在接近来压时刻要尽可能避免在采场同时进行采煤和放顶工作。预防措施:预防措施:第18页/共116页2023/2/1719预防措施:预防措施:5、改变顶板岩层的物理力学性质及减小顶板悬露面积,加强工作面支护。、改变顶板岩层的物理力学性质及减小顶板悬露面积,加强工作面支护。(1)顶板高压注水顶板高压注水 (2)强制放顶)强制放顶30m1
18、7-21高压注水高压注水预裂爆破预裂爆破第19页/共116页2023/2/17202.漏垮型冒顶的致因及防治漏垮型冒顶的致因及防治致致因因:由由于于煤煤层层倾倾角角较较大大,直直接接顶顶又又异异常常破破碎碎,采采场场支支护护系系统统中中如如果果某某个个地地点点失失效效发发生生局局部部漏漏冒冒,破破碎碎顶顶板板就就有有可可能能从从这这个个地地点点开开始始沿沿工工作作面面往往上上全全部部漏漏空空,造造成成支支架架失失稳稳,导致漏垮工作面。导致漏垮工作面。工作面漏垮示意图 包括工作面煤壁附近、上下端头,放顶线上的局部冒顶。第20页/共116页2023/2/1721预防措施:1、不让漏选用合适的支柱,
19、使工作面支护系统有足够的支撑力与可缩量;顶板必须背严实;严禁放炮、移溜等工序弄倒支架,防止出现局部冒顶。2、不让继续漏漏顶空洞的形成都是从小到大的,若出现局部漏洞,在刚开始的时候就立即加以堵塞,以防其进一步扩大。小漏顶背严即可,较大的漏顶一般采取打撞楔的办法。3、接顶已形成的漏顶空洞必须接顶,背严;空洞下加打木垛加强支护。撞楔法木垛接顶第21页/共116页2023/2/17223.复合顶板推垮型冒顶复合顶板推垮型冒顶所谓复合顶,系指具有所谓复合顶,系指具有“软、弱、薄软、弱、薄”三大特点的顶板。三大特点的顶板。复合顶板的特征复合顶板的特征:(1)煤层顶板由下煤层顶板由下“软软”上上“硬硬”不同
20、岩性的岩层组成;不同岩性的岩层组成;(2)“软软”、“硬硬”岩层间有煤线或薄层软弱岩层;岩层间有煤线或薄层软弱岩层;(3)0.5m下部下部“软软”岩层的厚度(第一个分层)岩层的厚度(第一个分层)3.0m。原因:原因:顶板有大面积离层,顶板有大面积离层,支柱初撑力低稳定性差是发生支柱初撑力低稳定性差是发生推垮的推垮的“根本原因根本原因”;离层顶板的自重下滑,离层顶板的自重下滑,是导致推垮的是导致推垮的“唯一动力唯一动力”;老顶老顶“不参与不参与”推垮。推垮。下位软岩层离层断裂第22页/共116页2023/2/1723推垮规律 由于上述特点,决定了在采煤工作面:初次放顶期间 初次来压结束之后 周期
21、来压结束之后的三个生产时段,尤其是在初次放顶期间,软硬岩层不能同步下沉,极易离层、极难管理、极易发生“推垮型”冒顶,这就是复合顶板“推垮型”冒顶的规律。因此说,初次放顶期间是“推垮型”冒顶的“多发期”,要严加防范。推垮危害 由于垮前没有明显预兆,垮时时间短、速度快、面积大、来势猛,因而防不胜防,往往来不及撤人,可能会导致多人伤亡事故。危害极大,应严加防范。第23页/共116页2023/2/1724预防措施:预防措施:1、提高采场支架的初撑力,防止顶板离层提高采场支架的初撑力,防止顶板离层使用初撑力大的支柱使用初撑力大的支柱小煤矿使用的木支柱和摩擦金小煤矿使用的木支柱和摩擦金属支柱初撑力小,刚度
22、差,易导致煤层复合顶板离层,属支柱初撑力小,刚度差,易导致煤层复合顶板离层,又使采场支架不稳定,所以有条件的矿要推广使用单体又使采场支架不稳定,所以有条件的矿要推广使用单体液压支柱。液压支柱。正确操作正确操作支柱一定要升紧;单体摩擦支柱一定要使支柱一定要升紧;单体摩擦支柱一定要使用液压升柱器升柱,升柱完成后水平楔要打紧;单体液用液压升柱器升柱,升柱完成后水平楔要打紧;单体液压支柱注液系统压力要足够,必要时使用增压注液枪;压支柱注液系统压力要足够,必要时使用增压注液枪;木背板不宜过厚;钻底支柱要穿鞋。木背板不宜过厚;钻底支柱要穿鞋。在复合顶板管理中此为关键措施!合理初撑力为额定阻力的合理初撑力为
23、额定阻力的0.60.850.60.85第24页/共116页2023/2/1725预防措施:预防措施:2、提高采场支架的支撑力,防止顶板断裂、提高采场支架的支撑力,防止顶板断裂使用支撑能力强的支柱使用支撑能力强的支柱(弱)木支柱(弱)木支柱摩擦金属支摩擦金属支柱柱单体液压支柱(强)。单体液压支柱(强)。正确操作正确操作保证支护工程质量(棚梁位置、支架迎山、保证支护工程质量(棚梁位置、支架迎山、顶梁铰接率);钻底支柱穿鞋。顶梁铰接率);钻底支柱穿鞋。合理的支护密度合理的支护密度 作业规程中的柱、排距是按矿山压作业规程中的柱、排距是按矿山压力和支护需求经过计算得出的,作业过程中必须严格按力和支护需求
24、经过计算得出的,作业过程中必须严格按照规定支护。照规定支护。加强维护加强维护失效、损坏的支柱和顶梁及时更换;歪倒失效、损坏的支柱和顶梁及时更换;歪倒的支架及时扶正;二次注液、升压。的支架及时扶正;二次注液、升压。使用特种支架使用特种支架木垛、丛柱、密集、戗棚、戗柱。木垛、丛柱、密集、戗棚、戗柱。第25页/共116页2023/2/1726预防措施:预防措施:3、提高支架的稳定性,防止支架随顶板滑动、提高支架的稳定性,防止支架随顶板滑动使用整体性强的支架使用整体性强的支架(弱)点柱(弱)点柱戴帽点柱戴帽点柱棚子棚子悬臂支架悬臂支架液压支架(强)液压支架(强)利用特种支架利用特种支架煤层倾角大或在工
25、作面仰斜推进时,煤层倾角大或在工作面仰斜推进时,为防止顶板沿倾斜方面滑动推倒支架,应采用斜撑、抬为防止顶板沿倾斜方面滑动推倒支架,应采用斜撑、抬棚、木垛等特种支架来增加支架的稳定性。棚、木垛等特种支架来增加支架的稳定性。利用拉钩器利用拉钩器在摩擦金属支柱和金属铰接顶梁采面中,在摩擦金属支柱和金属铰接顶梁采面中,用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端头至下端头连用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端头至下端头连接起来,形成稳定的接起来,形成稳定的“整体支架整体支架”。第26页/共116页2023/2/1727预防措施:预防措施:4、其他措施、其他措施应应用用伪伪俯俯斜斜工工作作面面并并使使垂垂直直工
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