枣滕矿区采面顶板事故分析及防治.pdf

文章螭号t 1 0 0 8 --5 9 2 3 0 0 i 0 I 一0 0 3 2 --0 2 枣滕矿区采面顶板事故分析及防治 徐修 洋 ，亓新菊。 ，柴兆华s 1 枣庄市工业设计腕， 山东 枣庄 2 7 7 1 0 0 2 ． 山东煤矿安奎技术培训中心， 山东 枣庄 2 7 7 1 0 0 } 9 ． 太 煤矿．山东 枣庄 2 7 7 1 0 0 摘要通过对枣滕矿区采堞工作面顶板事故的分析，提出丁回采工作面冒项事故的防治措施。 关蕾词回呆工作面，初次来压 控顶距}冒] 页 事故，防治措施 中圈分类号 T D3 2 7 ． 2 文献标 识码 B 据 1 9 8 6 1 9 9 5 年枣滕矿区的资料统计，顶板 事故死亡人数 占全部事故死亡人数的 4 0 5 0 ， 采面顶板事故死亡人数 占顶板事故的 7 0 ％左右， 巷道顶板事故死亡人数占3 0 左右。 因此， 认真分 析采煤工作面顶板事故的原因，探讨事故的规律， 对预防顶板事故的发生， 实现安全生产， 具有重要 意义。 1 采煤工作面顶板事故的类型 1 ． 1 由直接顶运动遣成胃顶事故 1 ． 1 ． 1 推垮型事故 这类事故一般发生在无明显矿压显现复合顶 板条件下或初采期， 其事故发生的原因有以下几个 方 面。 】 冒顶前顶板压力不大， 支柱没有 明显变形 及损坏，支柱活柱缩量小，工作面支护强度低。 2 顶板为复合型顶板， 这类顶板的特性是由 下软上硬的不同岩性的岩层组成， 或软硬岩层问夹 有煤线， 随着顶板跨度增大， 直接顶板易发生弯曲 下沉， 软层顶板的下沉速度和下沉量大于上层的坚 硬顶板 ， 因而两岩层间发生离层， 特别是支架的初 撑力很小时，离层现象更加突出。 3 冒顶岩块垮落前， 工作面顶板被断层切割 或在采动裂隙的作用下四周已有裂缝。 这部分顶板 失去了周围岩层对它的牵制作用， 这时由于局部冒 顶或顶板存在尖灭结构，造成顶板大面积下滑。 4 在采石炭系 3 T煤层的下分层时，沿走 向 推进的工作面煤层倾角在 1 5 o ～2 D 。 时， 这时顶板在 自重力的作用下， 会产生较大的、 沿倾斜向下的下 滑力，为顶板下滑创造了条件。 1 ． 1 ． 2 压垮型冒顶 压垮型冒顶往往是老顶初次来压或周期来压 所致 ， 约占冒顶事故总数的 7 ， 次数虽然不多 ， 但 造成的损失严重。 这类事故发生时， 煤壁片帮加剧， 采空区悬顶掉碴， 支架首先被垂直于顶板方向的作 用力压弯和压断， 或者被压人强度低的底板中。 此 类 事故垮落方 向为 1 向煤壁 方向，如图 1 ， 2 向采空区方向，如图 2 。 图 1 向煤壁方向压垮 图 2 向采空 区方向压垮 其发生的原因是由于直接顶厚度大、强度高， 在采空区悬顶面积大。直接顶发生周期性断裂时， 由于选用 了木支护或金属摩擦 支柱， 初撑力低 ， 工 作特性不好、容易被压断或压弯 ，造成冒顶事故。 收稿日期 2 D 口 O 1 0 1 2 作者简介 撩謦洋 1 0 6 4 一 ， 男， 工程师，1 9 8 8 年毕业于山东矿业学院采矿系- 一直从事煤矿的设计工作． 先后担往了多对矿井设 计项目负责，在专韭期刊上发表文章 5 篇． 3 2 9 0 0 1 ． № 1 矿 山压力与唾板蕾理 维普资讯 ■ L1 ． 3 局部岩块 冒落顶板 局部岩块早期一般顶板结构常为镶嵌型结构 ， 顶板受 “ 人 字滑、“ 草帽”滑影响，或有锅底状 包裹体，加上支护不及时、 空顶面积较大， 棚挡不 均等， 使岩块沿滑面脱落而造成冒顶 这类事故尽 管范围小，但事先少预兆，容易忽视。 L 2 由老项运动造成的项板 冒落 这类事故根据作用力 的性质和始动方向不同， 可分冲垮型冒顶和压垮型冒顶 L 2 ． 1 冲垮型冒顶 事故发生时， 开始运动的老顶首先将其作用力 施加于靠近煤壁处已离层的直接顶上， 造成煤壁垮 落和直接顶下切 ，紧接着老顶的运动把直接顶冲 垮。 或者工作 面回料至上端头 出口附近时，由于顶 板压力集中在部分支架上 ，在回撤这部分支架时， 没有采取行之有效的措施强行回柱， 致使顶板下砸 冲倒附近支架而形成冒顶， 如图 3 。 其造成的原因 为 1 老顶来压是这种事故的前提条件。由于老 顶来压 ， 造成煤壁片帮 ， 靠煤帮外的支柱被压断或 压弯， 并在老顶运动的同时直接顶下切 ， 把直接顶 推 向煤帮。 2 支护选型不当，无初撑力。如用不 可缩的木支柱 ， 或采用摩擦式金属支柱时无升柱器 的情况，造成直接顶离层，老顶运动时支柱失稳， 不能承担其压力。 3 工作面支护密度不够 。 老顶 来压时无针对性的特殊支护来防止直接顶被推向 煤帮。 L 2 ． 2 压垮型冒顶 这类事故多发生在采用木支护的采场。 可缩性 很小 的木支柱由于不能抵抗老顶的压力， 在老顶运 动过程中， 依次被压断， 结果必然导致剩余支柱的 支护强度不能抵抗顶板作用力而被全部压断， 造成 冒顶 ，如图 4 图 3 冲垮型冒顶 2 采煤工作面顶板事故的规律 1 采煤工作面顶板事故约有 9 0 发生在顶 板松散、破碎、有 “ 草帽”滑结构的复合顶板 ，胶 结性差的再生顶板、 不稳定顶板的煤层和地质变化 带、断层破碎带等处。 2 工作 面最易发生 冒顶的位置主要是两端 两线。据统计，工作面两端头 上 、下顺槽约占 2 5 ，煤壁线约占 3 O ，放顶线约占 2 O ，采面 内约 占 2 5 3 工作面重大顶板事故多发生在初次放顶和 工作面结束期间 据统计， 工作面初次放顶期间约 占6 5 。而工作面结束期问顶板事故伤亡人数占 3 5 。 4 顶板事故约 8 0 发生在采煤和回柱放顶 工序上，其 中回柱放顶更加突出。 图 4 压垮 型冒疆 5 采煤工作面顶板事故与工作面支架的选 用密切相关 ， 据统计枣腺矿区金属摩擦支柱工作面 比木支架工作面顶板事故减少 6 0 以上，而又 比 单体液压支柱工作面高 3 ～5倍，比综采工作面顶 板事故高 1 0 倍左右。由于近几年在统配煤矿单体 液压支柱、滑移支架和综采支架的使用， 工作面顶 板事故大大减少。 但单体液压支柱在地方煤矿的使 用还未完全普及，有待于进一步推广使用。 3 回采工作面顶板事故的预防 1 认识煤层顶底板的物理力学性质和顶板压 力规律， 强化采煤工作面的技术管理工作， 是预防 采煤面顶板事故的关键 ，针对不同性质的煤层顶 板， 正确地进行支护密度的计算和选型， 合理地确 定支护参数是预防顶板事故的可靠手段。 针对不同 的顶板采取不同的措施 ①对复合型顶板， 应采取 “ 支、护”并重 ，提高支柱的初撑力 ，增强支柱的 稳定性， 防止直接项离层 ， 抽顶。 ②对来压强度大、 较坚硬的顶板， 首先对顶板情况进行预泓预报，掌 握顶板活动规律。 当直接顶在采空区悬顶面积较大 时，要及时进行人工放顶。支护密度设计要准确， 支柱选型要合理， 要尽量使用单体液压支柱并和机 械化放顶支柱配套使用 提高工作面支护强度， 保 证直接顶在放顶线处切断冒落。 ③工作面结束回料 必须在最小控顶距下进行 ，特殊支护不得 提前撤 除。回撤 “ 压死”或顶板压力集中处 的支柱时，必 须采取特殊措施 ，扶好替棚替柱，严禁强行回柱。 3 加强现场管理 ， 严格工程质量验收。认真 搞好采煤工作面的支护监测和安 下转第 3 6页 矿 山压力与项饭 管理2 O O 1 ． №I ． 3 3． 维普资讯 裂隙加长，密度增大。当顶煤接近煤壁，尤其下部 顶煤处梁端无支护范围时， 顶煤在二向应力下发生 变形 ， 主要表现出受拉变形。 作为采出物的顶煤进 入控顶区后发生快速 “ 扩容” ，强度极弱 ，承载能 力极差， 在顶板和支架之间力的作用下 ， 顶煤发生 水平位移， 垂直位移有时甚至有负增长趋势。 靠近 老塘时， 顶煤逐渐变为在单 向应力下变形 ，由水平 位移发展成水平和垂直 向下的位移， 位移速度达到 峰值 ，出现顶煤移动角大于 9 0 。 的现象。顶煤 由煤 壁深处 向老塘移动的过程 ， 实际上是顶煤的破坏过 程，其承载能力逐渐变弱 。 O 1 0 2 0 3 0 ‘ 0 5 O 至煤壁匣离／ r a 图 4 风 、机巷超前顶 、底 板位移量 1 ，2 8 8 6 面 风、机巷顶、底板位移| 3 ，4 一 l 8 2 2 一 面风 机巷顶、底板位移 3 ． 2 支架的工作方式 根据现场实际观测 ， 支柱的实际工作阻力较分 层开采时低得多，且无动压影 响，支柱在 “ 限定载 荷” 方式下工作 。 支柱所承受的压力仅为部分顶煤 的自重以及通过该 部分顶煤传递的很小一部分上 部压力。 对于芦岭矿的 8煤层放顶煤开采而言， 应 该将 “ 支架、顶煤、底板”看成一个完整的 “ 支护 系统” ，由其支承来自 顶板的压力，其支承能力的 大小取决于顶煤支承能力的大小。 由于 8煤层为极 软煤层 ， 0 ． 3左右 ， 在顶板和支架的作用下， 顶 煤发生强度破坏， 其承载能力极差， 当顶板来压时， 顶煤进一步 扩容” 、“ 让压” ，将顶板压力转移到 前方煤体和后方已冒落矸石上。 也就是说在“ 支架、 顶煤 、底板”形成的支护系统中，顶煤起到了 “ 安 全阀” 的作用， 当顶板压力超过安全阀开启压力时， 安全阀会 自动开启。因此， 就该 “ 支护系统” 而言， 是在 “ 给定载荷”和 “ 给定变形”下工作 ，但就单 体液压支柱而言则是在 “ 限定载荷 ”和 “ 限定变 形 ”下工作 。 3 ． 3 顶煤的移动角 顶煤移动角的大小与煤层 自身的硬度、节理、 裂隙发育程度，作用在顶煤上 的顶板压力的大小， 直接顶板的冒落性 ， 顶煤水平位移时所受来 自采空 区方 向的侧 向压力大小有关。煤层硬度相对较大， 节理、裂隙不发育 ， 直接顶的冒落性差 ，顶板压力 相对较小，顶煤发生水平位移时的阻力相对较大， 则顶煤的移动角度相对较大。 4 结论 1 放顶煤工作面 “ 支护系统”的研究对象不 但要考虑支架本身， 更要重视顶煤 的破坏特征及其 承载能力的研究。 2 工作面的支护应坚持 以 “ 护、稳 为主， 以 “ 支”求稳的原则，保证支架的整体稳定性。基 于芦蛉矿 8 煤层极软的特性 ，必须严格 “ 护”顶， 护不好则漏且抽顶， 抽顶则顶空而柱无劲， 柱无劲 则支架失稳而发生垮面事故。 “ 稳” ，一是要求工作 面上下支架形成一个整体， 提高整体稳定性 ， 主要 靠提高联网质量来保证 ； 二是保证 “ “ ”型粱不斜 ， 支柱垂直顶底板， 支架正规 ， 并 以提高支柱初撑力 为手段来增强支架的抗灾能力。 参考文献 [ ] ] 卫建清顶煤 的稳定性对综放支架承载的髟响 [ 阳矿 山压 力 与嘎板管理 ．I 9 9 9 ，【 2 3 9 4 1 上接第 3 3页 全班评估工作，严格敲帮问顶和现场交接班制度， 做到不控顶作业，不空棚空柱。 4 提高工作面支护装备水平 ， 积极推广新技 术， 新工艺 ， 对炮采面、 机采面积极推广使用单体 液压支柱和滑移 支架，对工作面控顶面积较大 的 上、下顺槽出rl ，使用四粱八柱加强支护。 总之， 对于回采工作面的顶板事故， 只要我们 ．3 8． 2 O O 1 ． N I 矿山压 力与顶板管理 认真地分析顶底板地质资料， 掌握其变化规律， 及 时提出矿山压力预测预报， 就可防止采煤面顶板事 故的发生。 参考文献 [ I ] 宋振骐实用矿山压力控制 [ M] ． 缘州- 中国矿业大学出版 社 ，I 9 8 8 [ 2 ] 钱鸣高， 荆听成．矿山压力及其控错 [ Mj 北京 煤炭工业 出版社，1 9 9 ] 维普资讯