顶板事故及防治

顶板事故及防治 在地下采掘过程中，由于矿山压力的作用，顶板会垮落。如果顶板管理工作出现漏洞，则会发生顶板事故。 在煤矿井下事故中，以顶板事故的数量为最多。据统计我国煤矿顶板事故的伤亡人数约占各类事故总伤亡人数的4050%，小煤矿的顶板事故尤为严重。 一、顶板类型 煤层顶板岩层依其所处位置分为伪顶、直接顶、老顶。 伪顶是指紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层； 直接顶是位于伪顶或煤层(无伪顶时）之上，一般由一层或几层厚度不定的泥岩、页岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层所组成，直接顶按稳定性可分为：不稳定顶板，中等稳定顶板，稳定顶板，坚硬顶板； 老顶又叫基本顶，一般指位于直接顶之上(有时也直接位于煤层之上）厚而坚硬的岩层。 顶板分为坚硬难冒顶板、破碎顶板和复合型顶板。坚硬难冒顶板是指直接顶岩层比较完整、坚硬(固），回柱后不能立即垮落的顶板。一般为砂岩、砾岩和石灰岩。破碎顶板指的岩层的强度低、节理裂隙十分发育、整体性差，自稳能力低，并在工作面控顶区范围内维护困难的顶板。 二、矿井顶板事故的危害 1、一般会推垮支架、埋压设备，造成停电、停风，给安全管理带来困难，对安全不利。 2、如果是地质构造带附近的冒顶事故，不仅给生产造成麻烦，而且有时会引起透水事故的发生。 3、在有瓦斯涌出区附近发生顶板事故将伴有瓦斯的突出，易造成瓦斯事故。 4、如果是采掘工作面发生顶板事故，一旦人员被堵或被埋，将造成人员伤亡。 三、顶板事故发生的原因 1、客观原因。一是地质因素的影响，二是顶板压力变化的影响，三是采掘工序的影响。 2、主观原因。一是因为工程质量低劣，主要是不坚持敲帮问顶，发现隐患不及时处理，空顶作业，违章放炮，冒险回柱等。二是人的因素影响，管理不善，表现在生产安全管理人员不深入作业现场，不带班作业，不严格执行三大规程，违章作业，违章指挥，纪律松散等。 四、易发生冒顶的地点 1、采掘工作面易冒顶的地点 采掘工作面易冒顶的地点可概括为“一道、一线、两出口”。 “一道”是指煤壁道。破煤后顶板支护不及时，顶板失去控制，极易发生局部冒顶，如果局部冒顶处理不及时，还会发展为大冒顶事故。 “一线”是指采煤工作面放顶线。在采煤工作面放顶线处，顶板最易破碎，顶板压力也最大。在回柱放顶过程中，由于压力的重新分布，在回收受力最大的1 2根支柱时，易发生冒顶事故。 “两出口”是指采煤工作面的两个安全出口。在采煤工作面安全出口前后10m范围内，由于应力集中，压力很大，加之控顶面积大、顶板破碎，发生冒顶的次数最多。 2、掘进工作面易冒顶的地点 掘进工作面易冒顶的地点在掘进工作面处。由于打眼、放炮工作对顶板振动破坏大、放炮后来不及支护、放炮打倒支护棚子等都易造成冒顶。另外不采用前梁支架、不敲帮问顶而空顶作业还会发生冒顶伤人事故。 五、 常见冒顶事故的预兆 主要表现为：响声、掉碴、片帮、裂隙、漏顶、脱层。 (一）局部冒顶的预兆 (1）工作面遇有小地质构造，由于构造破坏了岩层的完整性，容易发生局部冒顶。 (2）顶板裂隙张开、裂隙增多，敲帮问顶时，声音不正常。 (3）顶板裂隙内卡有活矸，存在掉碴、掉矸现象，掉大块前往往先落小块矸石。 (4）煤层与顶板接触面上，极薄的矸石片不断脱落。这说明劈理(即顶板节理、裂隙和摩擦滑动面）张开，有冒顶的可能。 (5）淋头水分离顶板劈理，常由于支护不及时面冒顶。 (二）大型冒顶的预兆 1、顶板的预兆 (1）顶板的连续发生断裂声。这是由于直接顶与老顶发生离层，或顶板切断而发生的声响。有时采空区顶板发生像闷雷一样的声音，这是老顶板和上方岩层产生离层或断裂的声音。 (2）掉碴。顶板岩层破碎下落，一般由少变多，由稀变密，这是发生冒顶的危险信号。 (3）顶板裂缝增加或裂隙张开。顶板的裂隙，一种是地质构造产生的自然裂隙，一种是由于顶板下沉产生的彩动裂隙。人们常常在裂缝中插上木楔子，看它是否松动或掉下来，观察裂缝是否扩大，以便做出预报。 (4）脱层。顶板快要冒落的时候，往往出现脱层现象。检查是否脱层可用“问顶”的方法，如果声音清脆，表明顶板完好；如果顶板发生“空空”的响声，说明上下岩层之间已经脱离。 2、煤壁的预兆 由于冒顶前压力增加，煤壁受压后，煤质变软，片帮增多，使用电钻打眼时，钻眼省力，用采煤机割煤时负荷减少。同时，由于煤壁片帮，导致顶板裸露，破碎的直接顶失去支撑也会发行冒顶。 3、支架的预兆 采煤工作面冒顶前反映在支架上的预兆有活柱下缩速度加快、下缩量增大、支柱被压折压弯或整体向一方倾斜推倒。若是使用木支架时，支架大量折断、压劈并发生声音。 在掘进工作面，棚子及前探支架被压弯压劈。这些都说明顶板压力极大，而且支架已难以控制顶板，冒顶事故立刻发生。 4、工作面其他预兆 含有瓦斯的煤层，冒顶前瓦斯涌出量突然增大，有淋水的顶板，淋水量增加。 局部冒顶 按冒顶范围 六、顶板事故的分类大型冒顶 压垮型冒顶(支撑力不够) 按发生事故力学推垮型冒顶(支架稳定型差) 漏垮型冒顶(护顶效果差) 七、防止冒顶事故的措施 总的来说，一是要充分掌握顶板压力分布及来压规律，二是要采取有效的支护措施，三是要及时处理局部漏顶，四是要坚持敲帮问顶制度，五是特殊条件下要采取有针对性的安全措施。 1、老顶来压时的压垮型冒顶预防 压垮型冒顶是指因工作面支护强度不足和顶板来压引起支架大量压坏而造成的冒顶事故。预防方法如下： (1）采煤工作面支架的初撑力应能平衡垮落带直接顶及老岩层的重量。 (2）采煤工作面的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层。 (3）采煤工作面支架的可缩量应能满足裂隙带老顶下沉的要求。 2、破碎顶板大面积漏垮型冒顶预防 由于煤层倾角大，直接顶又异常破碎，工作面支护不及时，在某个局部地点发生冒漏，破碎顶板就可能从这个地方开始沿工作面往上全部漏空，造成支架失稳，导致漏垮型工作面冒顶。预防漏垮型冒顶的措施有： (1）先用合适的支柱，使工作面支护系统有足够的支撑力和可缩量。 (2）顶板必须背严背实 (3）严禁放炮、移溜等工序弄倒支架，防止出现局部冒顶。 3、采煤工作面局部冒顶事故预防 局部冒顶多发生在工作面上下端头、煤壁区、放顶区等地点，许多垮面事故是由局部冒顶发展而成的，一般预防措施如下： (1）预防彩煤工作面冒顶的一般措施。 支护方式需和顶板岩性相适应，不同岩性的顶板要采用不同的支护方式。 采煤后要及时支护。一般要采用超前挂金属探梁或打临时支柱的办法及时支护，防止局部冒顶。 工作面上下出口要有特种支架。一般要在上下出口范围内加设抬棚或木垛等，加强支护。 防止放炮崩倒棚子，一是炮眼的布置必须合理，装药量要适当。二是支护质量必须合格，要牢固有劲，不能打在浮煤浮矸上，三是留出炮道。如果放炮崩倒柱子，必须及时架设，不充许空顶。 坚持执行必要的制度。例如，敲帮问顶制度、验收支架制度、岗位责任制、顶板分析制度和交接班制度等。应严格遵守作业规程和操作规程，严禁违章作业。 (2）预防镶嵌形顶板局部冒顶的措施。 从地质方面要尽量可能查明是否有镶嵌形(俗称锅顶）顶板结构，以便在制定作业规程和操作规程，以及选择支架型式时，制定出针对性的措施和作出有针对性的设计。 选择支架型式时，必须选定能及时支护，超前支护的支架型式。 明确规定支护操作人员必须首先安置探板、挂梁，不得在无支护区工作，其它人员，如攉煤工等均不得在无支护区工作。 (3）预防脆性支架突然折断造成局部冒顶的措施。 木顶梁(大板梁）必须平行木纹理加工。 带有疤痕的木板梁绝对禁止使用。 (4）预防局部空顶(空洞）冒落冲击造成局部冒顶的措施。 从支护方法上采取措施防止漏顶空顶。对顶板局部破碎处，采取超前支护的方法，将顶板扦严背实，防止漏顶。如掏梁窝的办法。 对漏顶采取封堵措施。对漏顶，不能任意扩大，形成大面积、大高度的空洞。可用撞楔法和用泡沫封堵材料进行封堵。 对已形成的空洞应采取预防冒落冲击的措施。在单体支柱的工作面，空洞下的特殊支架必须是木垛。 (5）预防采煤工作面过断层时冒顶的措施。 过断层前，应先摸清工作面与断层走向的交角，交角越小，工作面越危险，冒顶的可能性越大。断层落差小的可直接采过去，落差较大的要采用挑顶卧底，工作面要加强支护。 在断层破碎地点，要垂直断层面打带帽顶柱，柱根要支在硬底上，在断层两侧都要打木垛。 挑顶过断层时要丢底煤，支柱要穿木鞋，防止下沉卧底，过断层时要丢底煤，为防止顶煤落下造成空顶，留顶煤处要刹严刹紧。 4、掘进工作面冒顶的防治 (1）掘进头冒顶事故的防治措施： 坚持敲帮问顶。上班进入掘进工作面后，在打眼放炮前后均应敲帮问顶。 检查工作地点支架架设质量。发现不合格支架，必须先处理后施工。 严格控制巷道掘进迎头的空顶面积。当迎头掘进中空顶面积超出规定的要求，或顶帮比较破碎时应及时设支架棚子支护裸露的顶板。背顶封帮要严实，切忌虚设。 加强对巷道迎头附近围岩稳定状况的观察。如果顶板松软，或巷道接近断层时，应采用前探梁支护顶板，并缩小棚距。 掘进工作面放炮崩倒的棚子应由外向里逐架扶正背牢。 厚煤层中下分层顺槽掘进时，事先要探明顶板冒落矸石的压实情况，掘进中要及时对前方老巷、构造等情况及时观察，并及时制定有效控制措施。 在大倾角煤层中掘进顺槽时，如果是破顶掘进，则要随时随刻注意支架封顶情况，出现空顶要及时打木垛封顶。如果发现上帮破顶处支架受力、变形较大，应及时加大斜撑或抬棚，提高支架的侧向承载能力。 (2）掘进巷道冒顶事故防治措施： 可能的情况下巷道应布置在稳定的岩体中，并尽量避免采动的影响。 巷道支架应有足够的支护强度以抗衡围岩的压力。 巷道支架所能承受的变形量，应与巷道使用期间围岩可能的变形量相适应。 尽可能做到支架与围岩共同承载。支架选型时，尽可能采用有初撑力的支架；特别注意顶与帮的背严背实问题，杜绝支架与围岩间的空顶与空帮现象。 凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护顶，再施工。 巷道替换支架时，必须先支新支架，再拆老支架。 在易发生推垮型冒顶的巷道中要提高巷道支架的稳定性，可以在巷道的支架之间用拉撑件连接固定，增加架棚的稳定性，以防推倒。倾斜巷道中支架被推倒的可能性更大，其支架间拉撑件的强度、密度要适当加大。 (3）掘进巷道交叉点处冒顶事故防治措施： 开岔口应避开原来巷道冒顶的范围： 必须在开口抬棚支设稳定后再拆除原巷道棚腿，不得过早拆除，切忌先拆棚后支架棚。 注意选用抬棚材料的质量与规格，保证抬棚有足够的强度。 当开口处围岩尖角被压坏时，就及时采取加强抬棚稳定性的措施。 (4）掘进巷道过断层等构造变化带时的安全措施。 加强巷道掘进地段的地质调查工作，特殊地段，应当有相应的针对性措施，否则不能开工。 巷道在破碎带中掘进，应做到一次成巷，尽可能缩短围岩暴露时间。 施工中严格执行操作规程、交接班和安全检查制度。 掘进工作面临近断层或穿断层带时，巷道支护应尽量采用砌璇或U型钢可缩性支架支护，棚距要缩小。 减少放炮装药量，除低因放炮对断层附近破碎顶板的震动。 减少空顶距离，及时支设临时支架，永久支架要跟上，滞后距离不得大于2-4m。 巷道支架背板要严实，一方面提高支架对围岩的支护能力，另一方面要防止掘进中漏顶或漏帮。 当断层带处顶板特别松软、破碎时，要采用超前探梁支护的办法管理端面不稳定顶板，即用长5m左右的钎杆沿支架顶梁的周边把断层破碎带处顶板裂隙圈起来。 在掘进迎头挖柱窝时，要先架好探板式撞楔，然后人在撞楔下工作。 在顶板岩性突变地段，要及时打点柱支护突变带顶板。对伞檐状危害岩要及明敲掉，敲不下时，要在伞檐下打上撑柱，并在其下加密柱棚，可加打抬板棚。 巷道临近断层等构造带时，放炮前还必须检查掘进头瓦斯等有害气体的积存情况，工作面附近20m内瓦斯等有害气体浓度不得超过1%。如果断层与某含水层有水力联系，事先还必须做好断层水的疏排工作。 (5）掘进巷道在开帮或贯通时的安全措施 选好开帮和贯通的地点，要选在顶板和地质条件比较好、远离交岔点与停采线、煤柱等各种受集中承力影响的地方。 要在贯通前进行超前探测，在两巷贯通前15m打好超前钻，探钻眼深不得小于3m，并保持1.5m以上的超前探眼，以观察异常。贯通掘进时放小炮，贯通后再刷大，防止冒顶。 开帮贯通与被开帮贯通的巷道之间要保持一定的夹角。夹角在45-90之间为好。 开帮贯通点附近的支架要加固好，要将受施工影响的棚子进行加强，其方法有挑棚、打点柱、设木垛等。 开帮贯通巷道的交接处要及时扶上抬棚，抬棚承载能力应视围岩性质而定，一般选择大于正常支护材料承载能力的2-3倍。 要处理好被透点的积水及瓦斯等有害气体。 5、巷道维修冒顶事故的防治 (1）维修井巷支护时，必须有安全措施。严防顶板冒落伤人、堵人和支架歪倒。 (2）扩大和维修井巷连续撤换支换时，必须保证有在发生冒顶堵塞井巷人员能撤退的出口。在独头巷道维修支架时，必须由外向里逐架进行，并严禁人员进入维修地点以里。 (3）撤掉支架前，应先加固工作地点的支架。架设和拆除支架时，在一架未完工之前，不得中止工作。撤换支架的工作应连续进行；不连续施工时，每次工作结束前，必须接顶封帮，确保工作地点安全。 (4）维修倾斜井巷时，应停止行车；需要通车作业时，必须制定行车安全措施。严禁上、下段同时作业。 八、顶板事故的预防和处理 1、总的原则： (1)首先加固冒顶边缘支架，防止冒顶扩大。当工作面有局部冒顶和垮塌的预兆时，应首先组织人力，物力根据不同情况采取不同的特殊支护方式，如加密支柱，关墩口增大墩口的宽度和厚度等。当工作面出现大冒顶的预兆时，值班队长要果断指挥人员撤离工作面。(撤退路线为，若冒顶发生在中段，人员往两头撤，发生在上段，人员往下撤，反之往上撤)待顶板压力稳定后，由值班队长带领有经验的老工人详查。确认不再冒顶后，方能组织人员进行处理，处理时要专人观察顶板和煤壁的动态，预防再次冒顶造成事故。 (2)发生冒顶埋人事故时，要以最近的途径、最快的速度搬运矸石，接近被埋人员。搬矸中，只能用手扒，不许用镐挖，防止伤及被埋人员，人员救出后，先现场急救再升井。 (3)采煤工作面处理冒顶时，要用木垛刹实顶板，不能架空棚。 (4)掘进工作面的冒顶根据实际情况可采用木垛接顶法或撞楔法处理。 (5)在处理冒顶和抢险救人的整个过程中，都要有专人观察顶板，发现有二次冒顶危险时要立即撤人，防止事故扩大。若冒顶发生伤亡时，现场人员在积极组织抢救的同时，还应立即派人向井口报告，以便组织人力，物力进行抢救。 2、采煤工作面冒顶时的避灾自救措施 (1）迅速撤退到安全地点。当发现工作地点有即将发生冒顶的征兆，而当时又难以采取措施防止采煤工作面顶板冒落时，最好的避灾措施是迅速离开危险区，撤退到安全地点。 (2）遇险时要靠煤帮贴身站立或木垛处避灾。从采煤工作面发生冒顶的实际情况来看，顶板沿煤壁冒落是很少见的，因此，当发生冒顶来不及撤退到安全地点时，遇险者应靠煤帮贴身站立避灾，但要注意煤壁片帮伤人。另外，冒顶时可能将支柱压断或推倒，但在一般情况下是不可能压垮或推倒质量合格的木垛。因此，如遇险者所在位置靠近木垛时，可撤至木垛处避灾。 (3）遇险后立即发出呼救信号，冒顶对人员的伤害主要是砸伤、掩埋或隔堵。冒落基本稳定后，遇险者应立即采用呼叫、敲打，如敲打物料、岩块(可能赞成新的冒落时，则不能敲打，只能呼叫）等方法，发出有规律、不间断的呼救信号，以便救护人员和撤出人员了解灾情，组织力量进行抢救。 遇险人员要积极配合外部的营救工作。冒顶后被煤矸、物料等埋压的人员，不要惊慌失措，在条件不允许时切忌采用猛烈挣扎的办法脱险，以免造成事故扩大。被冒顶隔堵的人员，应在遇险地点有组织地维护好自身安全，构筑脱险通道，配合外部的营救工作，为提前脱险创造良好的条件。 3、独头巷道迎头冒顶被堵人员应急措施 (1）遇险人员要正视已发生的灾害，切忌惊惶失措，坚信矿领导和同志们一定会积极进行抢救。应迅速组织起来，主动听从灾区中班组长和有经验的老工人的指挥。团结协作，尽量减少体力的隔堵区的氧气消耗，有计划地使用饮水、食物和矿灯等，做好较长时间避灾的准备。 (2）如人员被困地点有电话，应立即用电话汇报灾情、遇险人数和计划采取的避灾自救措施；否则，应采用敲击钢轨、管道和岩石等方法，发生有规律的呼救信号，并每隔一定时间敲击一次。不间断地发出信号，以便营救人员了解灾情，组织力量进行抢救。 (3）维护加固冒落地点和人员躲避处的支架，并派人检查，以防止冒顶进一步扩大，保障被堵人员避灾时的安全。 (4）如人员被困地点有压风管，应打开压风管给被困人员输送新鲜空气，并稀释被隔堵空间的瓦斯浓度，但要注意保暖。 九、事故案例 (案例一）维修巷道措施不当造成的重大冒顶事故 1986年11月14日14时，永定县某煤矿主平硐冒顶维修，由于矿领导违章指挥，错误决定要工人冒险作业造成顶板事故，死亡3人。 11月8日上午，班长在入井上班时发现425m处的叉巷大面积冒顶，损坏了5架支架，堵住了通道，怕再次冒落，当天未进行维修。班长在9日向矿长汇报，矿长在没有入井检查和制订检修方案及防范措施的情况下，就冒然决定要班长维修。在维修过程中，矿长和技术人员一直未到现场监督指挥，工人冒险维修。14日上午，班长带领9人入井维修支架，当场3人来不及躲避，被冒落的石块坑木压住。经过连续41小时的抢救才先后将3人扒出，因长时间被压，3人均已死亡。 (案例二）空顶作业造成的冒顶事故 永定县某煤矿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470-39号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。 11月9日上午班长洪组织工人马、刘等4人到采空区废巷残采39号煤柱，出了三板车煤后下班吃饭，13时许，洪等4人又入井上班，出了一板车煤后，刘到39号(残采上山）7m处采煤，洪在一旁观察。突然洪头顶上冒落下一块1m0.4m0.2m的石头，压在洪身上，刘立即到井口叫人，抢救无效死亡。 (案例三）违章作业造成的冒顶事故 1997年3月29日9时左右，新罗区某煤矿工作违章作业，擅自拆除煤运巷支架中柱，造成顶部煤层跨落，酿成顶板事故死亡一人。 (例四）支护质量低劣造成的重大冒顶事故 1998年6月21日零时左右，武平县某煤矿由于巷道支护质量低劣造成重大冒顶事故，死亡三人。 该矿在“立槽煤”半煤巷且煤层顶板与巷边底板夹角近90时，采用单腿木棚支护，因煤体松散，放炮震动后造成煤层大量垮落，致使工作面附近6.4半长的煤巷突然发生冒顶，5个支架全部倒塌，4名工人均被煤炭埋住，3名死亡，1人受伤。