冒顶事故防治.doc

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1、.冒顶事故防治第一章 概述一、顶板事故的特点频发性、广泛性、突发性二、易发生冒顶的几种情况1、支护材料方面：木支护、摩擦支柱2、顶板性质方面：直接顶板3、冒顶地点方面：采面：两端、两线两端：上下端头，占采面冒顶事故25%；两线：放顶线，占采面冒顶事故20%；煤壁线，占采面冒顶事故30%；采面其它地点：占采面冒顶事故25%。掘进面：迎头及变化带。4、冒顶类型方面：1/3为大型冒顶，2/3为局部冒顶。第一节 顶板压力的一般规律应力:岩石内部所受的力，随深度的增加而增加，垂英里为最大的力。P =HYP应力，吨/平方米；H深度，米：Y容重，吨/立方米，一般取2.32.5。 H第二节 顶板压力的一般规律

2、2.1 应力重新分布及矿山压力 老顶 直接顶 a b ca超前支撑压力带；b工作面后方采动影响带；c残余支撑压力带一、顶板压力的一般规律超前支撑压力峰值压力位置深入煤体内2-10米，其影响范围20-30米至90-100米。上下方支撑压力较超前支撑压力深入煤体的距离远，由煤壁内0.5米-3米开始，深达10-45米，甚至60米以上，其最大值在2-15米处。但影响带宽度较小，上方的影响范围比下方稍大。二、工作面上覆岩层分区 A BC A 煤壁支撑影响区 B 离层区 C 重新压实区 冒落带 裂缝带 弯曲下沉带三、顶板压力的一般规律1、顶板暴露面积越大顶板压力越大。2、顶板暴露时间越长顶板压力越大。3、

3、顶板越松软破碎顶板压力越大。4、巷道越宽顶板压力越大，其大小与宽度的平方成正比。5、护巷煤柱越小巷道所承受的顶板压力越大。6、巷道交叉多而集中顶板压力越大。7、工作面断层越多，顶板压力越大。断层走向与工作面交角越小，断层面倾角越小，在工作面出现的破碎带宽度越大，顶板压力越大。8、工作面节理裂隙越多，节理裂隙面的倾角越大，压力越大。2.2冒顶前的预兆1、响声：木支架劈裂声，采空区顶板冒落的闷雷声。2、漏顶：因背顶或接顶不严不实而出现漏顶。3、片帮。4、裂隙。5、脱层。6、顶板断裂下沉。7、支柱压断。第三节 顶板冒落的类型3.1冒落类型一、局部冒顶（漏垮型冒顶）局部冒顶占回采工作面冒顶事故的70%

4、。局部冒顶的分类：1、支护造成的局部冒顶。2、老顶急剧下沉造成的局部冒顶。二、压垮型冒顶三、推垮型冒顶四、大面积冒顶。3.2冒落原因1、镶嵌型顶板（游离岩快）造成漏顶。2、压垮支架。3、推垮支架。总之，造成冒顶的原因归根到底是受力平衡被破坏，一方面是顶板压力发生突然变化破坏了支撑体系，另一方面是顶板管理的支、护、稳三原则失控。第四节 冒顶事故的处理4.1处理冒顶事故的基本原则1、询问、侦察。明确冒顶范围、工程破坏情况、被困人员情况。2、恢复通风。向被困人员输送新鲜空气及饮料食物。3、加固冒顶区附近支架，确保退路畅通。4、分别派专人观察顶板、检测气体。5、使用工具要小心，以免伤害遇险人。6、遇有

5、大块岩石危及被困人员的安全时，应慎重搬移，尽量避免破坏冒落物的堆积状态。7、抢险人员之间要有一定的间隙，保证前方抢险人员能够迅速撤退。4.2加固支架的方法打撑杆，捆扎梁腿，单体柱注液，增加点柱、戗柱、抬棚、木垛。4.3救助遇险人的方法支起岩块、撞楔法、木垛法、搭凉棚法、掏洞法、掘小巷。4.4 局部冒顶的处理方法支撬法、撅棚法（窝梁法）、木垛法、撞楔法、扶棚法。4.5大面积冒顶的处理方法整巷法、补巷法、绕巷法。窝梁法木垛法人字型支架煤矿冒顶事故的处理第一节 概 述 煤矿生产是地下作业,自然环境特殊,作业空间有限、条件复杂,且变化无常。经常受到顶板、瓦斯、煤尘、水和火等灾害的威胁。随着我国煤炭工业

6、的高速发展,煤炭技术水平,生产装备和管理水平,都有不同程度的提高,使井下的事故明显的减少。但是,在井下发生的各类事故中,冒顶事故仍占着很大比例,这就得引起救护指战员的高度重视。矿井顶板事故的特点,首先是发生频繁,虽然每次事故所造成的伤亡人数有限,但累计起来,危害就相当严重;其次,顶板事故发生的范围广,矿井的任何一个地点,无论是井筒、巷道和硐室,尤其是采掘工作面,随时都有发生顶板事故的可能;第三,具有突发性,平时支护良好的采掘工作面,会突然在冲击地压的作用下,完全失去支护作用,造成冒顶、片帮等顶板事故。所以,搞好顶板管理、防止顶板事故的发生,是相当复杂而又艰苦的工作。 冒顶,是我们煤矿生产过程中

7、最容易发生的事故。从支护情况分析,顶板事故多发生在使用木支护和摩擦式金属支柱的0工作面,而使用单体液压支柱和液压自移支架的工作面,就很少发生此类事故。从顶板情况分析,大多数顶板事故是直接顶板而造成的事故。从冒顶地点上分析:工作面主要是两端、两线,即端头(上、下两口)约占25%,放顶线占20%,煤壁线(无支护空间)占30%,采煤工作面的其它地方占25%;掘进工作面主要是迎头及变化带。从冒顶的类型分析:三分之一为大型工作面冒顶事故,三分之二为局部冒顶事故。冒顶事故在煤矿生产中具有普遍性、多发性,严重的危害职工的生命安全,给国家财产造成重大经济损失。我们必须对冒顶事故予以重视,采取有效的措施,预防冒

8、顶事故的发生。一旦发生冒顶事故,矿山救护指战员要采取正确地处理方法,安全有效的救出遇难人员,采取积极措施,把事故造成的损失降到最低限度,而减少国家资产的损失。本章以煤矿顶板事故处理为主,以矿山压力及其显现规律、顶板及其上覆岩层的破坏规律、矿井冲击地压及其发生规律等理论入手,从理论上和实践应用上,对矿井顶板事故分别予以阐述。第二节 顶板压力的一般规律 一、矿山压力及显现地面以下未经采动的岩体,都承受着其上部岩石的重量的压力,但是原岩中任何一小块岩石又受着周围岩石体的限制,不可能发生移动,因而岩石是处在受力平衡状态中,所以岩石边不可能受到破坏,这种岩石内部所受的力,通常称为应力或原始应力。也就是说

9、任何一点岩石都处在垂直方向、水平方向受力的应力平衡状态,即原始应力平衡状态。其中垂直应力与水平应力均和深度成正比例增加,而且垂应力为最大的应力。 1.应力重新分布及矿山压力 (1)原始应力状态的破坏。当岩体中被开掘了巷道,岩石的原始应力平衡状态被破坏了,巷道周围岩石将发生变形,显现裂缝,发生弯曲。顶板下沉,围岩垮落,片帮冒顶等现象。这种现象将一直进行下去,直到各种应力再次接近平衡,才能缓慢下来,直至停止。这就是应力重新的分布,最后达到应力的重新的平衡。巷道开掘后,其上方岩体的重量得不到下部岩体的直接支撑,压力必然转移到巷道两侧的岩体上。这样在靠近巷道的岩体内,必然会发生应力重新分布的现象,形成

10、了支承力(严格应称支承压力,或叫集中应力),当巷道刚开凿不久,此时两侧岩石还没有被压松,顶板及两侧岩石的变形还不大时,最大支承压力是靠近岩壁的。但随着时间的增加,顶板逐渐变形、下沉,岩壁逐渐被压松、压垮,这就使应力又产生了新的分布,支承压力向岩壁深部转移,直到新的平衡。 (2)支承压力带。巷道两侧岩壁中存在的支承压力,其应力的集中不是突然的,也不是集中在某一点的,而是在某一范围内逐渐增高的。这个范围通称为支承压力带。支承压力带分布范围变化很大,由岩壁内0.53m开始,深达1045m,甚至60m以上,最大值在215m处。当深达一定距离后,应力集中现象逐渐消失,仍处于原始应力状态。我们煤矿井下大巷

11、与巷道,工作面之间煤柱都是以此为依据的。(3)采场周围的应力集中现象。当回采工作从开切眼开始后,随着回采工作面的不断推进,在工作面前方煤体中,会不断产生应力重新分布的现象,形成超前压力。这移动性支承压力,随着工作而不断向前推进而向前移动。这种情况,不仅受到地质条件的影响,同时还受回采工作面生产条件技术条件的影响。在回采工作面后面的采空区内,上覆岩层失去煤层的支承后,其重量将向周围转移,在采空区周围形成不同类型的支承压力带,来担负上覆岩层的重量。采空区内由于有垮落的岩石或专门的充填物,对上覆岩产生支承作用,形成支承压力带。沿倾斜方向,也同样形成支承压力带,而在回采工作空间,是处于减压圈范围之内,

12、如图所示。综上所述,矿井在生产期间,随着采掘工作的进行,形成一定的空间,使顶板的岩石悬露,从而破坏了地层原有的平衡稳定状态,岩石开始移动,发生变形,这种岩石活动所产生的力,叫矿山压力,简称矿压。它包括岩石的重力,构造运动的残余力,以及岩层受到温度变化和水的浸湿的膨胀力等。一般矿井岩层的重力是主要的。由岩层自重作用而形成的矿山压力,其大小与开采深度及开采后悬露的岩层面积和厚度成比例,其发展变化与上覆盖岩层的运动发展密切相联系。 2.矿山压力显现由于矿山压力的作用,造成了巷道变形和破坏、顶板下沉、支架压坏、煤岩片帮、煤的压出、冲击地压、煤与瓦斯突出等现象,这些现象称为矿压显现。矿山压力显现是矿山压

13、力作用的结果,矿山压力的存在是绝对的,即采动就有。但矿山压力的明显显现是相对的,有条件的。这是因为: (1)岩层明显的运动只是在矿山压力值达到能促使岩体进入塑性破坏阶段之后,它取决于岩体受力的大小与自身的强度。(2)支护受力只有在围岩明显运动后才会发生,受力值的大小取决于对岩层运动的抵抗程度。 由于矿山压力的显现而导致冒项,对煤矿安全生产造成严重的威胁。因此,我们应对矿山压力及显现予以高度重视,采取有效的措施,加强顶板管理,防止冒顶事故的发生。3.煤层顶底板构成、分类及矿山压力显现规律(1)煤层顶底板构成。煤层进行回采后,其上覆岩层,在重力作用下,顶板即向采空区移动,开始弯曲、下沉和垮落。根据

14、顶板是否容易冒落和离煤层的远近,将煤层顶板分为伪顶、直接顶和老顶三种。A.伪顶:直接位于煤层上面,厚度一般在030.5m左右,极容易破碎脱落的岩层。它在回采或开掘巷道后很容易随即垮落下来,其岩性一般是页岩或砂页岩、碳质页岩等。B.直接顶:位于伪顶之上,由一层或若干层岩石组成,宽度由几米到几十米不等,硬度不大,一般在采煤回柱后比较容易垮落下来。通常直接顶多由页岩或砂页岩及节理比较发育的砂岩等组成。C.老顶:在直接顶上面,厚度较大的坚硬岩石。回采面回柱放顶后,老顶不随直接顶垮落,经过一段时间,维持很大的悬露面后才垮落下来,老顶多由坚硬的砂岩、砾岩或石灰岩组成。煤层上面有既有伪顶、直接顶和老顶,也有

15、的只有直接顶和老顶,还有的煤层上部没有伪顶和直接顶,只有老顶,如煤层上面为石灰岩顶板的即是。但是也有同一煤层的顶板,由于生成条件的不同和后生冲刷等原因,顶板的岩性也有变化。对于顶板管理影响大的也就是伪顶、直接顶和老顶,老顶以上的岩层对顶板管理影响较小。D.直接底:直接在煤层底部的岩层。当煤层倾角较大呈急倾斜时,底板在回采过程中也应加强管理。某些遇水后膨胀的松软底板,在缓倾斜煤层中也易向采空区移动。当直接底板岩石比较软时,支柱容易压入底板。 E.老底:位于直接底下面的坚硬岩层。(2)顶板岩性分类通过大量生产实践和科学研究表明,顶底板围岩性质是影响矿山压力显现的主要因素之一。它可分为四种类型: 第

16、一种类型:坚硬坚硬型,即从直接顶到老顶全部为比较坚硬的岩层,如厚层砂岩、石灰岩等。在其破坏过程中,顶板冒落最充分,冒落裂隙也发育最充分,冒落裂隙带最大高度可达采高的2030倍。 第二种类型:软弱软弱型,即从直接顶到老顶全部为软弱岩层。因其稳定性差,工作面回柱后,老塘立即冒实。这种顶板一般由页岩和风化岩两层所组成。在顶板冒落的过程中,其上覆岩的下沉量较大,冒落过程得不到充分发展,其冒落裂隙带的发展也受到阻碍,一般为采厚的910倍左右。第三种类型:软弱坚硬型,即直接顶为软弱岩层,如页岩、砂质页岩,而老顶为坚硬岩层,如砂岩、火绿岩或石灰岩等。在这种情况下,顶板冒落过程发展得比较充分,冒落裂隙带的高度

17、可达到坚硬的老顶。第四种类型;坚硬软弱型,即直接顶为坚硬岩层,如砂岩、石灰岩,老顶为软弱岩层,如页岩、砂质页岩或冲积层中的粘土等。在这种情况下,顶板冒落得不到充分发展,其冒落裂隙的高度比较小。顶板的岩层强度,对矿山压力的显现有着重要的影响。如顶板下沉量大,一般来说是随着直接顶岩层强度的增大而减少;又如矿山压力,顶板的强度不一,矿山压力的显现也不一致,如岩层强度大。矿山压力显现的特点是范围广,而集中程度低。采场底板岩层强度对安全生产影响很大,如底板岩层的抗压强度太小,则有较弱岩向采空区移动的趋势,对顶板管理影响很大。实践证明,矿山压力较大的采场,即使中硬以上岩层,受矿压作用后,支柱承载超过15T

18、就能大量钻底,泥质页岩底板遇水,即使在正常情况下,抗压强度也不超过l015T。 (3)顶板压力的一般规律 矿山压力从顶板表现出来最为明显,所以通常叫“顶板压力”,又叫支架的支承压力,它的压力大小变化的一般规律是:顶板暴露面积越大,压力越大反之压力就越小。顶板暴露时间越长,压力越大。因为顶板悬露时间越长,下沉量越大,因而发生离层和破碎,顶板压力就显著增加。反之,顶板压力就小。顶板越松软、破碎,压力越大。 巷道越宽,顶板压力越大。根据测定计算,顶板压力与巷道宽度的平方成正比,也就是说,巷宽扩大二倍,顶板压力就会扩大四倍。 护巷煤柱越小,巷道所承受的压力越大。 巷道交叉多而集中,顶板压力越大。工作面

19、断层越多,压力越大。断层走向与工作面交角越小以及断层面倾角小,在工作面出现的破碎带宽度大,压力越大。工作面节理裂隙越多、节理裂隙面的倾角越大,压力也越大。二、冒顶前的预兆 冒顶之前,特别是发生大冒顶之前,一般都有预兆的,如果及时采取预防措施,可以防止或减少冒顶事故。这些预兆是:1.响声:岩层下沉断裂,顶板压力急剧加大时,木支架就会发生劈裂声,接着出现断梁、折柱现象;金属支柱的活柱急速下沉,发生跳锁等现象;单体液压支柱的活柱也同样急速下沉,软底板支柱钻底速度加快,支柱安全阀连续漏液;有时可能听到采空区顶板冒落的闷雷声等。2.漏顶:顶板来压,因背顶或接顶不实不严,破碎的伪顶或直接顶会出现漏顶,棚子

20、就会松动,顶板的岩石就会冒落,就会出现滚棚现象,甚至连续推倒多架棚子,发生大冒顶。3.片帮:冒顶前煤壁所受的压力增加,煤层变得松软,片帮比平时增多。4.裂隙:因采空区顶扳下沉,工作面顶板出现裂隙增多、增大,这是冒顶的明显预兆。5.脱层:顶板冒落前,会发生脱层现象,通过“敲帮问顶”可以鉴别出来。6.煤帮上方顶板断裂下沉、台阶式下沉或抽槽(顶)的垮落。7.老塘的信号柱或支柱有压断现象。复习题:1.什么是矿山压力?矿山压力变化的一般规律有哪些?2.煤层的顶底板可分为几种? 3.发生冒顶前,有哪些主要预兆?第三节 顶板冒落的类型 井下的顶板事故,在某些方面都存在着一定的预兆。根据这些共同的特点进行分类

21、,大体上可分为:回采工作面顶板事故和巷道顶板事故。回采工作面的顶板事故又分为:大面积切顶事故和局部冒顶事故。在大面积切顶事故中,根据力源的不同进一步分成:老顶运动产生的冲击推垮型和压垮型事故,及直接顶运动产生的推垮型和压垮型顶板事故。局部冒顶根据统计分析,按事故发生地点划分回采工作面为多数,巷道以正在掘进的巷道为多数。一、局部冒顶局部冒顶范围较小,有时不过23棚支架,但它所占冒顶死亡事故的比例很大。据统计,局部冒顶占回采工作面冒顶事故中的70%。由于此类事故范围不大,很容易被忽视。因此,要求认清局部冒顶的机理,总结防治局部冒顶的经验,才能把局部冒顶事故的发生控制在较小的范围。局部冒顶又分为:一

22、是破碎的直接顶,由于没有支护或支护不及时而造成的冒顶;二是老顶急剧下沉,破坏原有的支撑系统,造成冒顶。按发生局部冒顶的地点,可分为:靠近煤壁侧的局部冒顶:由于原生构造或采动等原因,在一些煤层的直接顶中,存在多组相交裂隙,就形成游离岩块的镶嵌型顶板,其构造类型有以下几种:锅底矸石顶板达15m,两头尖,中间粗大。一般都充填有岩粉,或出现裂隙淋水(如图)。类似鱼背形结构:图形镶嵌顶板又俗称鱼背形结构。图形镶嵌顶板和正常的顶板之间往往有光滑面或充入一些细岩泥、干岩粉。这种结构的直径一般为1.01.5m,中间厚约1.0m左右(如图)。交叉主解理面造成的镶嵌形顶板:这类结构的顶板在很多情况下,解理面存在着

23、钙质岩粉(如图)。镶嵌块顶板这种镶嵌块顶板,是因地质构造运动形成的。当断层的倾斜面相交,相距又很近时,两个断层的夹角中形成一个镶嵌岩块。这个岩块的两侧是断层,很光滑,而且裂隙中充有岩粉或成为淋水通道,使这块顶板与侧顶板间失去粘结力(如图)。在回采工作面中,往往会遇到一些不同形状的逆断层,形成局部煤顶镶嵌。这块煤与直接顶的粘结力很小,一般都比较破碎(如图)。以上所述的地质变化,在正常回采中往往处理不好就会造成冒顶。除此外还有在采煤机或爆破落煤后,煤壁区如果支护不及时,空顶时间太长,这类游离岩块可能突然冒落而导致冒顶;放煤崩倒支架而导致局部冒顶;另外当老顶来压时,煤壁随近直接顶破碎,若煤层本身因强

24、度低造成片帮,扩大无支护空间。支护不及时,也会造成局部冒顶。减少冒顶而采取的方法:发现地质变化带要及时采取适当的措施,加强支护,有效地控制顶板。暴露出来的顶板要及时支护,不能支护的要采取临时支护措施。合理布置炮眼,崩倒的支架要及时修护。工作面上、下端口的局部冒顶采煤工作面上、下两端出口的局部冒顶,是指发生在回采工作面上、下端头(机头和机尾附近),以及工作面相连的区段平巷。采煤工作面的上、下两道口,随着回采面向前推移。上、下端头的机头和机尾也经常移动,这时,就要拆除原有的抬棚,架设新的抬棚;有时还要替换原有的支柱,这样就造成顶板暴露时间长,空顶面积大,使原来的顶板破碎,在反复支撑的区域就有可能发

25、生局部冒顶事故。(2)在工作面的上、下顺槽,由于超前回采面的掘出,有时提前几个月或12年,因此,巷道围岩将发生变形。当开采深度大,岩层松软和受采动的影响时,围岩的变形将更大。并且在巷道掘进时,由于巷道支护的初撑力较小,直接顶出现下沉、松动、破碎。随着工作面的推进,要用支架替换原来的巷道的支架,在一拆一支的过程中,破碎的直接顶可能出现局部冒顶。(3)端头区域是承受支承压力最严重的区域,当直接顶中存在大块游离岩块时,老顶急剧下沉,通过直接顶施加给支柱的不仅是垂直压力,还有侧向力,可能推倒部份支柱造成局部冒顶。(4)当老顶来压时,压坏部份支柱时或支柱的初撑力达不到要求时,也可能导致局部冒顶。减少冒顶

26、应采取的方法有:合理的支护密度计算,严格支柱初撑力管理。软底要给支柱穿鞋,浮煤、浮矸清理干净,保持采高。使用好四对八根长梁或双楔及双销顶梁,支柱要先打后撤,空柱要及时打上,尽量减少反复支撑顶板的次数,以防止游离顶板岩层的移动。超前出口的替棚要先护后拆除,打好临时支柱,向外l0m双排和l0m单排架棚,增加稳定性。放顶线附近的局部冒顶保持出口采空区放顶线上支护受力不均匀,当放顶时,往往柱子一倒,顶板就冒落,如果回柱人员没有退到安全地点,就有可能发生人员伤亡事故;这种情况在分段回拆最后一根柱子时,最容易发生。当顶板中存在由断层、裂隙、层理等切割面形成的大块游离岩块时,回柱后,游离岩块就会旋转,从而推

27、倒采煤工作的支架而形成局部冒顶,如图。另外,在金属网或塑料网的假顶下回柱放顶时,由于网上有大块游离岩块,也会发生上述游离岩石旋转而推倒支架造成局部冒顶。此外,还有在回柱前对歪斜棚子,不能进行整改,空柱而不及时打上,加强支护的措施执行不力,也会造成回柱时的局部冒顶。减少冒顶而采取的措施:按顶板岩性及地区变化情况,及时增加特殊支护,特别是初次放顶期间,以增强支架的稳定性。浮煤、浮矸及杂物要清理干净,歪斜的支柱及棚子及时改正,保持后路畅通。分段回柱的组与组接茬处,要选择好条件下进行。发现有劲支柱不能强行回柱,要打替柱或待压力过后再进行回柱。使用好长把工具,回出来的支柱要实行全承载,及时打在新切顶线下

28、。地质变化带附近的局部冒顶回采工作面如果遇到垂直工作面或斜交于工作面的断层,在顶板活动过程中,断层附近的岩块可能沿断层向下滑,从而推倒工作面的支架,造成局部冒顶。防止冒顶而采取的办法:发现断层后,应在断层两侧设置木垛或架棚,以增加支架的稳定性。在断层面或迎头岩块可能滑下的方向架设戗柱或架棚防止岩石顺断层面下滑,造成局部冒顶。二、压垮型压垮型冒顶是采空区上部的坚硬的岩石,在弯曲折断下沉过程中,压坏工作面支架,导致压垮工作面。此类事故多发生在回采工作面的初次放顶期间。 1.初次放顶和初次放顶步距。当采场开掘了切眼后,就破坏了原有的平衡状态,随工作面的推进,顶板悬露面积增大,拱型的垮度边加大,当拱内

29、岩体重量超过岩体的抗拉强度后,拱内直接顶岩体即离层下落,给采场支架施加载荷,使支架受力增加,也就是顶板压力加大,此时如撤除支架,已离层的直接顶岩体即会随着回柱垮落下来,这就是“初放放顶”,初次垮落的岩体沿走向到开切眼的距离,叫做初次放顶步距。如图初次放顶步距随岩性不同而有所不同,一般为620m。2.初次来压与初次放顶步距。随着工作面的推进和回柱放顶的进行,采空区上方的直接顶也就随着垮落下来。岩石破碎后体积增大,其碎胀系数为1.251.5。如果直接顶厚度等于或大于采高的24倍,直接顶垮落后,就能把采空区的空间填满(如图)。这时随着破碎的直接顶被压实,老顶岩层还是有弯曲、下沉、断裂,这些活动对工作

30、面影响小。如果直接顶厚度不到煤层高的24倍,冒落矸石填不满采空区的空间,开始时,老顶在采空区上方呈双固定支点梁状态(如图)。 随着回采工作面的推进,梁的垮度愈来愈大,老顶逐渐弯曲下沉,最后断裂下沉,如图。这时,工作面顶板下沉加快,煤壁片帮严重,支架受力增大,接着可能发生顶板的台阶下沉,如图。这是工作面回采以来的第一次大规模来压,称为初次来压。初次来压时,工作面距开切眼的距离叫初次来压步距,一般为2050m。初次来压与顶板的岩性、厚度、地质构造,采煤方法等因素有关。3.周期来压与周期来压步距。初次来压后,随着工作面继续推进,老顶的悬露面积又逐渐增大,当老顶悬露面积达到一定范围时,悬露的老顶又发生

31、折断和垮落。这种垮落随工作面的推进是有规律的,周期性的发生,这就叫老顶的二次来压或周期来压,如图。老顶周期来压的距离叫“周期来压步距”。在同一矿井的同一煤层,周期来压步距是比较稳定的。且周期来压的步距比初次来压步距小,一般是初次来压步距的1/21/4。当煤层上面就是坚硬岩层的老顶时,由于采空区没有碎矸石垫层,老顶的初次来压与周期来压较强烈。当老顶折断下沉时,如果煤层软弱必会片帮,同时,工作面顶板下沉速度必定增快,支柱受力会增加。当工作面推进到老顶断裂处,老顶要压迫直接顶下沉。目前,大多数矿井开采时所使用的是增阻式支柱,受压缩后,工作阻力增大,能有效地阻止顶板连续下沉,保证工作面的正常生产。如果

32、支柱工作阻力不足,顶板破碎面护顶不严,漏顶严重,在台阶下沉过程中折损较多,那么工作面也将发生压垮型冒顶事故。总之,工作面初次来压和周期来压时,在老顶破裂,急剧下沉,尤其是顶板台阶下沉过程中,若工作面支架的支护强度不够,液压单体支柱初撑力普遍达不到要求和支护密度达不到要求,抵抗不住顶板压力,就会发生压垮型冒顶事故。还有一点要引起注意,在切眼开掘好后到刷面后的第一次回柱,也有可能发生压垮型冒顶。原因是,掘进开出切眼,顶板就遭到破坏,然后再替换料刷面,顶板又一次遭到破坏,直接顶与老顶发生离层,支柱支撑力又不足,在工作面回第一次回料时,就会发生压垮型冒顶。三、推垮型冒顶推垮型冒顶是工作面直接顶板沿层面

33、方向运动时,推倒稳定性很差的支架,导致工作面的顶板垮落,大部份发生在工作面正常生产过程中的回料中。1.复合顶板推垮型冒顶。我国很多矿区煤系岩层都存在着复合型顶板。曾经有矿区就存在一个或几个煤层的顶板是复合型的,并都发生过此类顶板事故。复合型顶板的一般特征是下软上硬,容易发生离层,因为,在软硬顶板之间存在有薄弱面和光滑面,形成粘结力小,极易分离。尤其当支柱的初撑力很小,不能有效地阻止软层下沉时,造成软硬岩层的下沉,不能同步而发生离层现象(如图)。另外,还有一些特殊情况下形成的复合型顶板。由于冲刷造成的复合型顶板(如图);因断层构造的作用倾角小,水平断距很大的各类断层,因而出现的复合型顶板(如图)

34、。在近距离煤层群中,上一层煤的采厚由可采变为不可采,且该层的直接顶比较硬,下一层顶板较软,使得下层的顶板,与上层煤煤层共同构造复合型顶板(如图)。此外,还有因地质构造,巷道布置和支柱初撑力较低的原因导致顶板下沉,岩层断型,形成六面体(如图)。复合顶板推垮型冒顶的特点: 1)冒顶前,采掘面顶板压力不大,支架没有变形、损坏、金属支柱没有明显的下缩。2)多数情况下,冒顶前,采掘面直接顶已沿煤壁上方断裂。3)冒顶后,支柱没有折损,只是倾斜,多数是沿煤层倾斜方自下倾倒。也有向老塘倾倒的。4)冒顶后,上部硬岩层大面积悬露不冒,个别情况是冒落几个大块。5)冒顶在任何工序都可能发生,多数发生在回柱中。6)冒顶

35、多发生在开切眼的附近。7)大多数冒顶前没有征兆,推垮型冒顶发生时,速度快,来势猛,无法抗拒,有时推垮前有征兆,发现靠采空区的支柱向下倾斜。沿煤帮及采空区边顶板掉渣,此时,应及时撒人。2.金属网或塑料网下推垮型冒顶,其特点如下:1)冒顶多发生在初次放顶前、后。 2)大多数无征兆,突然推垮,个别工作面发现柱子向下斜,也就是征兆。 3)推垮前,支柱受力一般不大。 4)推垮后,支柱没有折损,多数是沿倾斜方面被推倒,也有向采空区方向推倒的。5)推垮后,上部断裂的硬岩大块大面积悬露,个别工作面从上部岩层掉下几个大块。6)发生推垮时,速度快,人力无法抗拒。7)推垮时多发生在回柱时。8)工作面倾角大,一般在2

36、0度以上。3.大范围游离顶板推垮型冒顶。当煤层的顶板存在断层、裂隙、层理或薄弱岩层切割成的大范围游离顶板时,把工作面支柱向煤帮推倒,造成推垮型冒顶,(如图)。四、大面积冒顶当煤层顶板是整体厚层硬岩层(如砂岩、砂砾岩、砾岩)时,它们要悬露几千平方米,甚至十几万平方米,才会冒落下来。这样大面积的顶板,在极短的时间内冒落下来,由于重量的作用会产生严重的冲击破坏力。把采空区的空气瞬间挤出,形成巨大的暴风,破坏力极强。顶板大面积冒落现象,在大同、北京、新疆的一些矿区都发生过。大面积冒顶的原因,主要是由于组成顶板的砾岩、砂岩等强度很大,这些岩层一般为厚层整体结构,岩体中的层理。节理和裂隙都不发育。所以,在

37、回采初期,老顶初放来压步距可达5070m,有时达100m以上,造成大面积的顶板悬露,这种“板”式的老顶很难形成平衡结构,当老顶悬落面积不断扩大时,岩层内的裂隙随之扩展,最后老顶离层断裂,造成大面积冒顶。复习题:矿井顶板冒落的类型有哪几种?其冒落方式是什么?第四节 冒顶事故的处理 矿山救护队必须认真执行党的安全生产方针,坚持“加强战备、严格训练、主动预防、积极抢救”的原则,时刻保持高度的警惕,要做到“召之即来、来之能战、战之能胜”。一、当矿井发生冒顶事故时,矿山救护队的指战员在接到命令前,应做到:做好日常的准备工作:闻警必动是救护队的行动准则,因此必须24小时值班,小队出动不得少于六人,电话值班

38、员必须听清接明电话。经常参加本矿井及服务区域的预防检查,掌握矿井内采掘工作面顶底板岩性及顶板活动规律。时刻做好处理顶板事故发生的各种装备的准备,并存放好,善保管。除个人呼吸器外,装备有:斧子、锯子、铲子、锤、电工工具、风幛、液压千斤顶、液压剪刀、钎子(长短都有)、铁丝、液压支柱卸载手把等;接到命令后“闻警必动”:值班人员必须听清接明电话,按规定填好事故单,拉动事故警铃,并要向队长汇报接命令情况及事故情况。队长根据事故类型及平时预防检查的情况携带必要的装备,并简要地布置行动计划,并带队迅速出发。在来到事故现场前,队员们要仔细观察行进路途中巷道两帮、硐室及三角门内的物品,特别是木料、工字钢及轨道、

39、椽子与荆芭等,以防现场无料而急用。查现场、制定救护队行动方案:到达事故现场,矿山救护队应向在事故附近地区工作的干部和工人了解事故的发生原因、冒顶地区顶板特性、事故前人员分布位置、以及冒顶区的范围、被埋压、堵截的遇险人数和位置、瓦斯浓度等情况,必要时加固附近的支架,保证退路的安全。实地进行察看冒顶区域情况。根据所提供的情况及查看的实际情况,队长制定救护队行动方案,征得现场领导同意后,向队员贯彻并组织实施。二、处理冒顶事故的基本原则1.救护队到现场后,首先要询问现场人员冒顶区域情况,然后再侦察探明冒顶区的范围,被埋压、堵截的遇险人数和位置等情况。2.冒顶区域如通风不正常,要首先恢复冒顶区的通风,对

40、恢复通风有困难的地点,可利用水管、压风管或从煤岩打钻孔等方法,向被埋压、堵截的人员输送新鲜空气、饮料或食物。3.在抢救时,必须查看周围支架和顶板情况,必要时要进行加固附近支架,保证抢险人员抢险时的安全及退路的安全畅通;在处理冒顶时,必须有专人观察顶板、检查瓦斯和其它有害气体情况,救护队员必须遵循先支护、再处理冒落原则,防止二次冒顶再次伤害抢险人员。4.清理冒落物时,使用工具要小心,以防伤害遇险人员。遇有大块岩石及物品威胁遇险人员时,应慎重地搬移,尽量避免破坏冒落矸石的堆积状态。5.在抢险中,救护队员要保证后路畅通,矸石要搬掉,救险工具及物品摆放一帮,人员要有间隙的排列,以保证前方抢险人员的迅速

41、后退。在处理冒顶事故时,应根据冒顶的区域、位置、范围、煤层冒落状况以及地压情况等,采取以下不同的处理方法:处理冒顶前,应先对周围支架进行观察,然后对周围支架进行加固,增加稳定性,具体方法有:(1)打撑棍法:即把冒顶范围以外棚子用撑棍,梁与梁之间、腿与腿之间使圆木棍和椽子撑住,或使用木条钉在腿和梁上,以增加稳定性。(2)捆扎法:几架棚的梁腿使用长的物品(如铁料、铁道、管等),用铁丝或绳捆扎在一起,形成整体。(3)单体液压支柱工作面发生冒顶,可采用直接给支柱注液,以提高支柱的初撑力来支撑顶板。(4)增强冒顶区域以外的支护区的支护,增加点柱、戗柱和架棚木垛,以给抢险人员有一个安全空间。 处理冒顶救助

42、遇险人员的方法有:1.冒顶范围不大时,如遇险人员被大矸石压住,可用千斤顶或液压起重器等工具,把大块石支起,迅速把遇险人员救出。2.工作面冒顶范围较小,矸石破碎,并继续下落,应用撞楔法或背上茅柴,控制顶板,然后再清理浮煤,浮矸,把人救出。3.工作面或掘进头冒顶范围小,但有一定的冒高,可要用木垛法,搭凉棚法等,先处理顶,然后再扒人。4.沿煤壁冒落,矸石破碎,遇险人员靠近煤壁位置时,可采用掏小洞,架设梯形棚子或单撅棚,维护顶板,边支护边掏洞,直接把遇险人员救出。5.遇险人员位置靠近采空区时,如软底板,可采用沿放顶区由外向里卧底掏小洞,架设梯型棚子,木板背帮背顶,或用前探棚子边支护边卧底掏洞,直到把遇

43、险人员救出。6.分层开采工作面发生冒顶事故,底板是煤层,遇险人员位置在金属网塑料网或荆条假顶下面时,可沿底板掏小洞,边支护边掏洞,直到救出遇险人员。若底板岩坚硬,掏不动,遇险人员的位置在金属网、塑料网或荆条假顶下面时,可沿煤壁掏小洞,寻找遇险遇难人员。7.工作面冒顶范围大,遇险遇难人员又在冒落区的中间,采用掏小洞和撞楔法处理时间长不安全,可距原工作面35m,沿煤层重开切眼(掘小巷)至冒落区,再掘小横眼去接近遇险人员。8.若工作面两头冒顶,把人员堵在中间,可由下向上沿煤壁掏小洞和撞楔法穿过冒落区,或掘小巷绕过冒顶区,把遇险人员救出。9.掘进巷道发生冒顶,可参照上述方法,灵活运用抢险救人的方法。三

44、、局部冒顶的处理方法局部冒顶一般都发生在采煤工作面或掘进正常生产环节中,冒顶范围不大。处理的方法有:支撬法、撅棚法、木垛法、撞楔法、扶棚法。1.支撬法:顶板岩性中等以上或薄煤层,冒项范围不大,遇险人员被冒落的矸石压住,可用千斤顶或液压起重等把大矸石支起,救出遇险人员。也可用长钎子、撬棍、木料、钢管及工字钢,选好支点,撬起大矸石进行救人。使用这些方法要注意:(1)千斤顶必须座在实底上,支点必须固定和牢靠。(2)使用支撬法时,一头必须插实、插牢、防止打滑。(3)用力平衡均匀,不要急忙和慌张,防止顶滑,增加救人的困难。2.撅棚法:采煤工作面发生局部冒顶时,一般采用从煤壁掏梁窝,使用单腿金属梁的单撅棚

45、处理。当顶板沿煤壁垮落,抽槽(顶)矸石冒落块状,在短时间不再冒落时,清理出一部分塌落矸石,进行掏梁窝架单腿棚子或金属悬臂等,棚梁上的空隙要用木料等接顶并插紧结实。然后清理浮煤矸石,打上靠帮支柱,背实帮,以防片帮,随后逐棚进行,直至冒顶处处理完毕或救出遇难人员为止(如图)。注意:(1)单撅棚的梁窝一定要掏在实帮上,单撅棚一定打成“丁”字棚,一定要打的牢靠、有劲。(2)单撅棚扶好后,帮顶都要用木料背实插牢。(3)边清理浮煤矸时,支柱要重新打在实底上,并牢固可靠。如高度太高时,梁柱都要采取固定措施。3.木垛法:木垛法是处理垮落巷道的常用方法,一般分为“井”字木垛、“井”字木垛与小棚结合和“井”字木垛

46、与搭凉棚结合的处理(如图)。(1)“井”字木垛法,当冒顶高度不超过5m,冒落的范围基本稳定;可以将冒落物清除一部分,形成自然堆积坡度,留出工作人员上下空间,在冒落的煤炭上架设木垛,支撑顶板,抵住冒顶区的周壁,防止片帮。架木垛时,顶要刹实背好,防止掉矸。木垛架好后,可以出煤矸。当清理的空间能够扶上一架棚子时,应立即架棚,这样往复进行,直到处理完毕(如图)。(2)“井”字木垛和小棚结合法,当冒顶高度超过5m,冒顶范围比较稳定,为了节省木料和加快处理速度,可采用(如图)的方法,用“井”字木垛和小棚法结合处理。(3)“井”字木垛和搭凉棚法结合,当冒顶高度在5m,冒顶宽度23m,而且冒顶范围以外两头原有棚子没有遇到多大的破坏:可以使用二根长料(工字钢、铁管和水管)穿过冒顶区,二头分别担在完好支架上,并固定牢靠,然后在横梁上打“井”字木垛,接顶护帮,然后清理浮煤矸。打“井”字木垛时应注意:木料尽可