矿山压力与顶板管理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,矿山压力与顶板管理,山东煤矿安全技术培训中心,电话：,06324072240,老顶,基本顶,直接顶,伪顶,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 矿山压力基础知识,一、工作面的顶板与底板,直接底,老底,煤层顶、底板岩石的性质、强度及含水性对采煤工作有直接影响，它是确定巷道支护方式、选择采空区处理方法的重要依据。,1,）顶板：,根据岩性、厚度及采煤过程中垮落的难易程度，顶板可分为三种类型。,（,1,）伪顶：,直接位于煤层之上，多为几厘米至十几厘米厚的炭质泥岩，富含植物化石，在采煤过程中，常常随采随落，不易维护,.,一般小于,0.5,米,（,2,）直接顶：,覆盖在伪顶之上的岩层，常为数米厚的粉砂岩、页岩、泥岩等，比伪顶稳定，在采煤过程中，经常在采过一段时间后自行垮落，少数砂岩层需要进行人工放顶。,（,3,）老顶,：,位于直接顶之上的岩层，一般为厚层的粗砂岩、砾岩或石灰岩，采空后，较长时间内不易垮落，仅发生缓慢变形。,2,）底板,：,分为直接底和老底两种类型,（,1,）直接底：,直接位于煤层之下的岩层，厚数十厘米，多为富含植物根化石的泥岩和泥质页岩。由于这种岩石遇水后膨胀，容易引起底鼓现象，可造成运输线路或巷道支架的破坏。,（,2,）老底：,位于直接底之下，常为厚层状砂砾岩或石灰岩。,煤层顶、底板的发育程度受当时沉积作用和后期构造运动的影响，因此不同地区的煤层顶底板性质及发育程度不同，有的煤层顶底板发育完好，几种类型的顶底板都有，有的煤层缺少某种类型的顶板或底板。,二、 矿山压力的基本概念,1.,矿山压力 由于采掘活动的影响，而在采掘空间周围,岩体上及支护物上所产生的力称为矿山压力。,水平原岩应力,铅垂原岩应力,采矿开挖引起,的应力集中,2.,矿山压力显现 由于矿山压力的作用将引其围岩及支 护物的位移、变形、破坏等一系列的力学现象称为矿压显现。,3.,矿山压力与矿山压力显现的关系,（,1,）矿压是矿压显现的原因，矿压显,现是矿压作用的结果。,（,2,）矿压存在是绝对的、不可控制的，,矿压显现是相对的、有条件的、可以控,制的。,（,3,）矿压显现与矿压大小并不成比例,三、矿山压力的分布规律,采煤工作面前后支撑压力分布,a,b,c,c,四、 影响矿山压力显现的基本因素,5,）断层与褶曲,6,）挤压与破碎带,4,）节理、裂隙,3,）煤层倾角,2,）开采深度,1.,地质因素,1,）岩石力学性质,2.,开采技术因素,2,）开采程序,3,）支护方法,4,）顶板控制方法,5,）工作面推进速度,6,）采高与控顶距,7,）上部煤层残留煤柱,1,）巷道位置,五、顶板事故的产生,原岩应力重新分布,掘进过程支护不及时,支架强度不足,顶板事故,支架不适应围岩的变形与破坏类型,变形的时间效应,空洞围岩破坏,特殊地质条件,采矿岩石开挖,开挖空洞周边应力集中,六、矿山压力控制,利用矿山压力活动规律,采用合理的开挖顺序和过程,避免顶板事故，保证采矿作业安全,人工控制与支护,（七）巷道矿山压力显现的基本规律,巷道掘进阶段（,）,掘进巷道仅对小范围岩体造成扰动，故一般情况下矿压显现不会很剧烈,.,无采掘影响阶段（,）,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。,采动影响阶段（,）,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。这阶段中矿压显现也最强烈。,采动影响稳定阶段（,）,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。,移近量曲线,移近量曲线,第二节 采煤工作面矿压显现规律及顶板控制,一 、采煤工作面矿压显现规律,主要包括三项内容,（一） 全部垮落法控制顶板时矿压显现规律,1,）工作面直接顶的初次垮落。,2,）工作面老顶的初次来压。,3,）工作面老顶的周期来压。,（二）,分层开采时的矿山压力显现的基本规律,（三） 放顶煤工作面矿山压力显现特征,二、全部垮落法控制顶板,（一）直接顶的初次垮落与初次放顶的安全措施,1,）工作面直接顶的初次垮落,工作面自开切眼向前推进一段距离后（,8-25,米）,假如没有支护，直接顶悬露达到一定距离，在其重,力的作用下，就要开始跨落，称为工作面直接顶的,初次垮落,这时直接顶的跨距称为初次垮落步距。见图,工作面直接顶的初次垮落,规程,规定：,采煤工作面必须按作业规程的规定及时支护，严禁空顶作业。直接顶不能任其自然垮落。当工作面推进距离达到初次垮落距时，要进行初次放顶。采煤工作面初次放顶时必须制定安全措施，采煤区（队）长要亲临现场进行指挥。,规程,规定：采煤工作面必须按作业规程的规定及时支护，严禁空顶作业。直接顶不能任其自然垮落。当工作面推进距离达到初次垮落距时，要进行初次放顶。采煤工作面初次放顶时必须制定安全措施，采煤区（队）长要亲临现场进行指挥。,(,二）,直接顶,初次放顶的安全措施,对于单体支柱支护工作面，制定初次放顶安全措施时，应该遵循以下原则,（,1,）适当加大控顶距，防止直接顶回转推垮工作面支架；,（,2,）使用切顶支柱，密集放顶；,（,3,）加强支柱的稳定性。尽量加打木垛，在不能打木垛的密集支护区，加打斜撑。,1,）工作面老顶的初次来压,随着工作面推进还可能形成四、五,不同数量岩块的咬合平衡，直到岩块间的咬合关系不能满足平衡关系为止。此时，老顶的失稳将对工作面带来严重的矿山压力显现，甚至危及生产和人身安全，,形成老顶的初次来压,。见图,1-2,(,三,),工作面老顶的初次来压及来压时的安全措施,图,1-2,老顶断裂成岩块,后的转动,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。,初次来压是工作面矿山压力显现的重要现象，衡量其指标是来压强度和初次来压步距，顶板坚硬、直接顶薄的工作面初次来压强度大、来压步距大,。,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,。,老顶来压前，回采工作面的顶板压力并不大。但煤壁内的支承压力却达到了这种情况下的最大值。所以，煤帮的变形与塌落（片帮），常常是预示工作面顶板来压的一个重要标志。,2,）,.,初次来压及来压时的安全措施,（,1,）加强来压的预测预报，掌握老顶初次来压步距；,（,2,）适当缩小控顶距；,（,3,）提高支护质量，增加初撑力和增加和支架稳定性；,（,4,）对某些特别坚硬顶板，采用深孔爆破强迫放顶。,（,5,）一般可以采用木垛、斜撑等特种支架。,(,四,),工作面老顶的周期来压及来压时的安 全措施,1,）工作面老顶的周期来压。,随着回采工作面的推进，在老顶初次来压以后，裂隙带岩层形成的结构，将始终经历“稳定,-,失稳,-,再稳定”的变化，这种变化将呈现周而复始的过程。由于结构的失稳导致了工作面顶板的来压。这种来压也将随着工作面的推进而呈周期性出现。因此，,由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压,。,2,）周期来压的主要表现形式是：,顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱所受的载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生台阶下沉等现象。如果支柱参数选择不合适或者单体支柱稳定性较差，则可能导致局部冒顶、甚至顶板沿工作面切落等事故。,3,）工作面周期来压时的安全措施,（,1,）通过矿压观测，准确判断周期来压的时间和位置，做好预测预报工作。,(2,）做好来压前的支护工作，保证支架的规格质量，保证一定的支护密度和支架稳定性。,（,3,）合理缩小控顶距，以利于工作面维护。,（,4,）,保证直接顶垮落的质量。采空区冒落的矸石可以减轻老顶的来压强度。,（,5,）加强正规循环，保持工作面推进速度。,由于在第一分层回采时顶板岩层已经历了一次悬露、破裂、折断和垮落的过程，完整性受到了破坏；因此，下分层工作面的老顶来压将会显著减弱或者不再显现，即通常所说的在回采顶分层时可能出现,“动压”，,而在回采下分层时则主要表现为,“静压”,。,其基本表现为老顶来压步距小；强度小；支架载荷变小；顶板下沉量变大。（三小一大）,（五）分层开采时的矿山压力显现的基本规律,（六） 放顶煤工作面矿山压力显现特征,支承压力,冒落的松散顶煤,损伤和破坏的顶煤,煤层,放顶煤开采技术,由于放顶煤开采的支架上方存在一层厚而破碎且随采随放的顶煤，因而与分层开采相比，其矿压显现也有一些其自身的特点：,放顶煤开采时，一次性采出厚度增大，直接顶的垮落高度成倍增加，并且与煤层的采出厚度显著相关。,综放开采时，采场上方仍可形成稳定的砌体梁式老顶结构，但其形成的位置相对远离采场，其稳定性也发生了相应的变化。,顶煤运移规律及对矿压显现有显著影响。,支架上方的顶煤经过了支承压力作用发生了破碎，刚度降低，但破碎程度与顶煤强度，裂隙分布和支承压力分布情况等有关，坚硬顶煤的运移始动点距煤壁距离较小，累计位移量较小，顶煤的破碎效果较差，传递上覆岩层作用的能力较强，则表现出的矿压显现明显。,支承压力分布区前移,。,放顶煤开采时，工作面前方的支承压力区距煤壁距离较大，发生前移。对软煤而言，支承压力峰值点距煤壁距离较硬煤的大，峰值小，分布平坦。,支架工作阻力变化不大,。,放顶煤工作面的支架阻力不大于单一煤层或分层开采的顶分层开采的工作面的。来压的动载系数也没有明显变化，支架以初撑和一次增阻工作状态为主。前柱工作阻力普遍大于后柱的，一般为,10 - 15%,，对于软顶煤而言，顶煤的破碎和放出较充分，支架顶梁后部上方的顶煤较少，不利于传递上覆岩层的作用，因此相对硬顶煤而言，支架前柱的工作阻力大于后柱的工作阻力这一特点表现的更明显。,三、采煤工作面顶板控制方法,采煤工作空间的直接维护对象是,直接顶,，直接顶的好坏将对安全生产有直接影响。而,直接顶,的完整性又受到,老顶,平衡特征的影响,从一定意义讲控制采煤工作面,矿山压力显现,主要是控制,老顶,的活动规律，使其不危及到工作面的安全。,工作面支护的直接对象是,直接顶,。通过,直接顶,间接地对,老顶,的活动起一定的控制作用,采煤工作面顶板控制实质是控制采煤工作面,矿山压力显现。,（一）采煤作业时的采空区顶板处理方法,刀柱法,充填法,缓慢下沉法,全部垮落法,（二）,.,单体支柱支护工作面顶板控制,1.,木支柱。,2.,摩擦式金属支柱,3.,单体液压支柱,（,三）综采工作面顶板控制,综采工作面顶板主要是通过液压自移支架来控制的。,液压支架按照支架的支撑特点和结构特点分为,1,）支撑式,2,）掩护式,3,）支撑掩护式,（四）特殊条件下采煤工作面顶板控制,1,采煤工作面初采时的顶板控制,2,采煤工作面过旧巷时的安全措施,3,采煤工作面过小地质构造时的安全措施,4,采煤工作面收尾时预防冒顶的安全措施,第三节 顶板事故的致因及防治,一 、采场顶板事故的致因及防治,（一）顶板事故分类,大型冒顶,:,是指范围较大，伤亡人数较多（每次死亡,3,人以上）的冒顶。,局部冒顶,:,是指范围不大，有时仅在,35,支架范围内，伤亡人数不多,(12,人,),的冒顶，常发生在靠近煤壁附近、采场两端以及放顶线附近。实际煤矿生产中，局部冒顶事故的次数远多于大型冒顶事故，约占采场冒顶事故的,70%,，总的危害比较大。,（二）局部冒顶事故的预兆、原因及防治,1 .,局部冒顶事故的预兆,1,）响声,2,）掉渣,3,）片帮,4,）裂缝,5,）离层,6,）漏顶,7,）瓦斯涌出量突然增大,8,）顶板的淋水明显增加,2.,局部冒顶事故的原因及防治,局部冒顶的原因：,一类是已破碎了的直接顶，失去了有效的支护而局部冒落；,另一类是老顶下沉迫使直接顶破坏支护系统而造成的局部冒落。,局部冒顶常发生的区域：,两线（煤壁线、放顶线）两口（上下安全出口）及地质构造变化带。,1,）靠煤壁附近的局部冒顶,煤层的直接顶中，常存在多组相交裂隙时，这些相交的裂隙容易将直接顶分割成游离岩块，极易发生脱落，在采煤机采煤或爆破落煤后，如果支护不及时，这类游离岩块可能突然冒落砸人，造成局部冒顶事故。,局部冒顶的原因一般有三种：,一是直接顶被密集裂隙切割，形成了游离岩块；,二是采高过大，在老顶来压期间，煤壁片帮，扩大了无支护空间；,三是放顶煤开采，顶煤破碎。,密集裂隙切割，形成了游离岩块；,2,）靠煤壁附近的局部冒顶事故的预防,（）单体支柱工作面：,采用能及时支护悬露顶板的支架，如正悬臂交错顶梁支架,，,正倒悬臂错梁直线柱支架等，提高支柱的初撑力,。,在金属网下，可以采用长钢梁对棚迈步支架。,尽量使工作面与煤层的主要节理方向垂直或斜交，避免煤层片帮。煤层一旦片帮，应掏梁窝超前支护，防止冒顶。,正倒悬臂错梁直线柱支架布置,正悬臂交错顶梁支架,（）综采工作面,支架设计上，采用长侧护板，整体顶梁，内伸缩式前梁，增大支架向煤壁方向的水平推力，提高支架的初撑力；,工艺操作上，采煤机过后，及时伸出伸缩梁，及时擦顶带压移架，顶梁的俯视角不超过,7,。当碎顶范围较大时（比如过断层破碎带等），则应对破碎直接顶注入树脂类粘结剂使其固化，以防止冒顶。,3,）采场两端的局部冒顶,（,1,）单体支柱工作面,原因：,两端机头机尾处，暴露的空间大,;,支承压力集中,;,巷道提前掘进,;,引发了巷道周边的变形与破坏。经常要进行机头机尾的移置工作，拆除老支柱支设新支柱时，碎顶可能进一步松动冒落。随着回采工作面的推进，要拆掉原巷道支架的一个棚腿，换用抬棚支承棚梁，在这一拆一支之间，碎顶也可能冒落。,预防,:,：,在机头机尾处各应用四对一梁三柱的钢梁抬 棚支护（即四对八梁支护），每对抬棚随机头机尾的推移迈步前移；或在机头机尾处采用双楔铰接顶梁支护。在工作面巷道相连处，宜用一对抬棚迈步前移，托住原巷道支架的棚梁。此外，在采场两端还可以采用十字铰接顶梁支护系统以防漏冒。,在超前工作面,10,米以内，巷道支架应加双中心柱，超前工作面,1020,米，巷道支架应加单中心柱以预防冒顶。,2,）综采工作面,如果工作面两端没有应用端头支架，则在工作面与巷道相连处，需用一对迈步抬棚。此外，超前工作面,20,米内的巷道支架也应以中心柱加强。,4,）放顶线附近的局部冒顶,顶板中游离岩块旋转推倒支架,放顶线附近的局部冒顶主要发生在使用单体支柱的工作面。放顶线上支柱受力是不均匀的，当人工回拆“吃劲”的柱子时，往往柱子一倒下顶板就冒落，如果回柱工来不及退到安全地点，就可能被砸着而造成顶板事故。,当顶板中存在被断层、裂隙、层理等切割而形成的大块游离岩块时，回柱后游离岩块就会旋转，可能推倒采场支架导致发生局部冒顶，在金属网假顶下回柱放顶时，由于网上有大块游离岩块，也可能会发生上述的因游离岩块旋转而推倒支架的局部冒顶。,预防措施：,第一，加强地质及观察工作，记载大岩块的位置及尺寸；,第二，在大岩块范围内用木垛等加强支护；,第三，当大岩块沿工作面推进方向的长度超过一次放顶步 距离时，在大岩块的范围内要延长控顶距；,第四，如果工作面用的是单体金属支柱，在大岩块范围内要用木支架替换金属支架；,第五，待大岩块全部都处在放顶线以外的采空区时，再用绞车回木支柱。,5,）,.,地质破坏带附近的局部冒顶,地质破坏带及附近的顶板裂隙发育、破碎，断层面间多充以粉状或泥状物；断层面都比较尖滑,使上、下盘之间的岩石无粘结力,尤其是断层面成为导水裂隙时，更是彼此分离。,单体支柱工作面,如果遇到垂直于工作面或斜交于工作面的断层时，在顶板活动过程中，断层附近破断岩块可能顺断层面下滑。从而推倒工作面支架，造成局部冒顶。,为预防这类顶板事故，应在断层两侧加设木垛加强维护，并迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或戗柱。,对于综采工作面，高档普采和普采工作面,回采过程中，煤壁的前方顶板和煤层特别破碎，为保证正常割煤，不漏矸子，可采用全楔式木锚杆。,当断层处的顶板特别破碎，用锚杆锚固的效果不佳时，可采用注入法，将较多的树脂注入大量的煤岩裂隙中，进行预加固。,(,三）大型冒顶事故的预兆、原因及防治,1,工作面大面积冒顶的预兆,（,1,）顶板的预兆,（,2,）煤帮的预兆,（,3,）支架的预兆,（,4,）瓦斯和水的预兆,2,采煤工作面大面积冒顶的原因及防治,1,）大面积冒顶的分类,按顶板垮落类型分,1,、压垮型冒顶,2,、推垮型冒顶,3,、漏垮型冒顶,2,）大面积冒顶常发生地点,1,、开切眼附近,2,、地质破坏带附近,3,、老巷附近,4,、倾角大的地段,5,、顶板岩层含水地段,6,、局部冒顶地段,3 ),采煤工作面大面积冒顶的预防措施,（,1,）提高单体支柱的初撑力和刚度。,（,2,）提高支架的稳定性。,（,3,）严格控制采高。,（,4,）采煤工作面初采时不要反向开采。,（,5,）掘进回风，运输巷时不得破坏复合顶板,（,6,）高压注水和 强制放顶。,（,7,）加强矿井生产地质工作，加强矿压的预测预报,4,）各类型大冒顶事故致因及防治,（,1,）老顶来压时的压垮型冒顶,发生的条件：,直接顶比较薄，其厚度小于煤层采高的,23,倍，冒落后不能充填满采空区；直接顶上面老顶分层厚度小于,56m,，,初次来压步距为,2030m,，,或更大一些。工作面中，当支柱的初撑力较低时，老顶断裂在煤壁之内。当工作面推进到老顶断裂线附近时，顶板出现台阶下沉，这时老顶岩块的重量全部由采场支架承担。,致因：,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,预防措施,采场支架的支撑力应能平衡垮落带直接顶及老顶岩层的重量,;,采场支架的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层,;,采场支架的可缩量应能满足裂隙带老顶下沉的要求,;,遇到平行工作面的断层时,（,1,）如果工作面支护是单体支柱，当断层刚露出煤壁时，在断层范围内就要及时加强工作面支护（最好用木垛），不得采用正常回柱法,;,要扩大控顶距，并用木支柱替换金属支柱，待断层进到采空区后再回柱,;,（,2,）如果工作面支护是液压自移支架，若支架的工作阻力有较大的富裕，则工作面可以正常推进，若支架的工作阻力没有太大的富裕，则应考虑使工作面与断层斜交或在采空区挑顶的措施过断层。,（,2,）,.,厚层难冒顶板大面积冒顶,发生的条件,：整体厚层硬岩层顶板（如砂岩、砂砾岩、砾岩等其分层厚度大于,56,米）时，它们要悬露几千平方米、几万平方米，甚至十几万平方米才冒落。这样大面积的顶板在极短时间内冒落下来，不仅由于重量的作用会产生严重的冲击破坏力，而且更严重的是会把已采空间的空气瞬时挤出，形成巨大的暴风，破坏力极强。,预兆,：顶板断裂声响的频率和音响增大；煤帮有明显受压与片帮现象；底板出现底鼓或沿煤柱附近的底板发生裂缝；上下平巷超前压力较明显；工作面中支柱载荷和顶板下沉速度明显增大；有时采空区顶板发生裂缝或淋水加大。,探测方法,：可以用微震仪、地音仪和超声波地层应力仪等进行预测，厚层坚硬岩层的破坏过程，长的在冒顶前几十天就出现声响和其他异常现象，短的在冒顶前几天，甚至几小时也会出现预兆，因此，根据仪器测量的结果，再结合历次冒顶预兆的特征，可以对大面积冒顶进行较准确的预报，避免造成灾害。,预防措施：,（,1,）,顶板高压注水,（,2,）强制放顶,30m,17-21,高压注水,爆破放顶,主要有三种方法,1,平行 工作面深孔 强制放顶,2,钻孔垂直工作面的强制放顶,3,超前深孔爆破预松顶板,(3),漏垮型冒顶的致因及防治,致因：由于煤层倾角较大，直接顶又异常破碎，采场支护系统中如果某个地点失效发生局部漏冒，破碎顶板就有可能从这个地点开始沿工作面往上全部漏空，造成支架失稳，导致漏垮工作面。,工作面漏垮示意图,预防漏垮型冒顶的措施：,选用合适的支柱，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。,（,4,）,.,复合顶板推垮型冒顶,复合顶板的特征：,（,1,）,煤层顶板由下“软”上“硬”不同岩性的岩层组成；,（,2,）“软”、“硬”岩层间有煤线或薄层软弱岩层；,（,3,）,0.5m,下部“软”岩层的厚度,3.0m,。,下位软岩层离层断裂,复合顶板推垮型冒顶的机理：,(1),支柱的初撑力小，软硬岩层下沉不同步，软快而硬慢，从而导致软岩层与其上部硬岩层离层,;,(2),下位软岩断裂出六面体,的原因,:,1),地质构造，即下位软岩层中存在原生的断层、裂隙或尖灭构造；,2),巷道布置原因，即在工作面开采范围内存在沿走向或沿倾斜的旧巷，下沉、断裂；,3),支柱初撑力低，由于支柱初撑力低，导致下位软岩层沿煤帮断裂。,预防措施,应用伪俯斜工作面并使垂直工作面方向的向下倾角达,4,6,;,掘进上下顺槽时不破坏复合顶板,;,工作面初采时不要反推,;,控制采高，使软岩层冒落后能超过采高,;,尽量避免上下顺槽与工作面斜交,;,灵活地应用戗柱戗棚，使它们迎着六面体可能推移的方向支设,;,在开切眼附近于控顶区内，系统地布置树脂锚杆,;,但是，在采用这个措施时应考虑采场中打锚杆钻孔的可能性和顶板硬岩层折断垮落时，由于没有已垮落软岩层作垫层，来压是否会过于强烈。,除上述措施外，还有两条应该采用的,。,第一，,在使用摩擦支柱和金属铰接顶梁的回采工作面中，用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端至工作面下端连接起来，由于在走向上支架已由铰接顶梁连成一体，这就在采场中组成了一个稳定的可以阻止六面体下推的“整体支架”。,第二，,必须提高单体支柱的初撑力，使初撑力不仅能支承住顶板下位软岩层，而且能把软岩层贴紧硬岩层，让其间的摩擦力足够阻止软岩层下滑，从而支架本身也能稳定。,二 、巷道冒顶事故的致因及防治,发生地点,：,巷道顶板死亡事故,80%,以上发生在掘进工作面及巷道交叉口。,（一）掘进工作面冒顶事故,冒顶事故,发生的,原因：,第一，,掘进破岩后，顶部存在将与岩体失却联系的岩块，如果支护不及时，该岩块可能与岩体失去联系而冒落；,第二，,掘进工作面附近已支护部分的顶部存在与岩体完全失去联系的岩块，一旦支护失效，就会冒落造成事故。,预防掘进工作面冒顶事故的措施,:,（,1,）严格控制空顶距。,当遇到断层褶曲等地质构造破坏带或层理裂隙发育的岩层时，棚子支护时应紧靠掘进工作面，并缩小棚距，在工作面附近应采用拉条等把棚子连成一体防止棚子被推垮，必要时还要打中柱；,（,2,）严格执行敲帮问顶制度，危石必须挑下，无法挑下进应采取临时支撑措施，严禁空顶作业。,（,4,）掘进工作面炮眼布置及装药量必须与岩石性质、支架与掘进工作面距离相适应，以防止因放炮而崩倒棚子。,（,5,）采用“前探掩护式支架”，使工人在顶板有防护的条件下出渣，支棚腿，以防止冒顶伤人。,（,3,）掘进工作面冒顶区及破碎带必须背严接实，必要时要 挂金属网防止漏空。,（二）巷道交叉处的冒顶事故,巷道交叉处的冒顶事故,原因：,巷道交叉处冒顶事故往往发生在巷道开岔的时候，因为开岔口需要架设抬棚替换原巷道棚子的棚腿，如果开岔处巷道顶部存在与岩体失却联系的岩块，并且围岩正向巷道挤压，而新支设抬棚的强度不够，或稳定性不够，就可能造成冒顶事故。,预防巷道开岔处冒顶的措施如下。,（,1,）开岔口应避开原来巷道冒顶的范围；,（,2,）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，切忌先拆棚腿后支护抬棚；,（,3,）注意选用抬棚材料的质量与规格，保证抬棚有足够的强度；,（,4,）当开口处围岩尖角被挤压坏时，应及时采取加强抬棚稳定性的措施。,（三）支架支护巷道冒顶防治,支架支护巷道的冒顶,可分为,压垮型、漏垮型和推垮型,。,压垮型冒顶,是因巷道顶板或围岩施加给支架的压力过大，损坏了支架，导致巷道顶部已破碎的岩块冒落。,漏垮型冒顶,是因无支护巷道或支护失效（非压坏）巷道顶部存在游离岩块，这些岩块在重力作用下冒落。,推垮型冒顶,是因巷道顶帮破碎岩石，在其运动过程中存在平行巷道轴线的分力，如果这部分巷道支架的稳定性不够，可能被推倒而冒顶。,掘进工作面,10m,内，断层破碎带附近,10m,内，巷道交岔点附近各,10m,，冒顶处附近各,10m,内，这些都是容易发生顶板事故的地点，巷道支护必须适当加强。,（四）锚杆支护巷道冒顶防治,1.,应用地应力为基础的锚杆支护设计方法,该方法的特点：,考虑了实际地应力（尤其是水平地应力）和围岩力学性质对锚杆支护设计的影响；,其次使用计算机和有限差分软件通过锚杆支护数值模拟分析进行锚杆参数初始设计；,然后利用仪器对巷道围岩稳定性和锚杆受力状态进行监测；最后根据反馈信息不断修改初始设计，使设计结果更为可靠。,中国矿业大学等单位基于上述研究思想提出了适合在我国煤矿推广应用的“地质评估,数值模拟初始设计,现场监测,利用反馈信息修改设计”锚杆支护设计方法，并编制了成套的煤巷锚杆支护计算机辅助设计软件。,利用计算机进行煤巷锚杆支护设计,根据冒顶的原因，提出如下几条预防措施：,1,）巷道应布置在稳定的岩体中,尽量避免采动的不利影响,.,2,）巷道支架应有足够的支护强度以抗衡围岩压力,.,3,）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,.,4,）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，支架施工时要严格按工序质量要求进行，并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；,5,）凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护顶，再施工,6,）巷道替换支架时，必须先支新支架，再拆老支架,.,7,）锚喷巷道成巷后要定期检查危岩石并及时处理,.,8,）在易发生推垮型冒顶的巷道中要提高巷道支架的稳定性，可以在巷道的架棚之间严格地用拉撑件连接固定，增加架棚的稳定性，以防推倒。倾斜巷道中架棚被推倒的可能性更大，其架棚间拉撑件的强度要适当加大。,第四节 冒顶事故的自救与互救,（）发现冒顶事故征兆后迅速撤到安全地点,【,案例,1】,某小煤窑的采煤工作面有,6,人上班，其中,2,人挖煤，,4,人运煤。当运煤工运煤至工作面后，剩下,2,名挖煤工因煤未出尽不能架棚，便在离挖煤地点,5,米,6,米远的地方休息，其中,1,人竟然睡着了。这时，顶板出现了冒顶预兆，不仅有响声，并伴有掉渣现象。未睡的工人立即喊醒睡觉的挖煤工，说：“有响声，我们快出去！”这名挖煤工睡眼惺忪地说：“就你怕死，我不出去。”由于他执意不走，另,1,名工人只得独自撤出。走了五六步远，只听“轰隆”一声，撤退工人的腿部被冒落煤矸埋住，他立即拉住一根柱腿挣扎几下才出来。回头一看，那位未走的挖煤工已被埋在里面。此时，顶板仍在继续冒落，冒顶长度达,15,米。后将被埋压工人抢救出来时，他早就死亡。这个实例说明：发现冒顶征兆后迅速撤离到安全地点是最好的避灾措施。否则，就会对自己造成伤害，甚至危及生命。,（）冒顶遇险时要靠煤帮贴身站立或到木垛处避灾,（,1,）在一般情况下，靠煤壁上方的顶板由于受煤壁支撑，故仍为整体不破碎，因此顶板沿煤壁冒落的情况很少。这就是说，当发生冒顶事故来不及撤退到安全地点时，靠煤帮贴身站立避灾，比其他地方避灾防止伤亡的可能性要大。但是，避灾者一定要注意躲避地点附近煤壁的状况，防止煤壁片帮伤人。,（,2,）冒顶时，有可能将支柱压断或推倒，但在一般情况下不可能压跨或推倒质量合格的木垛。因此，在木垛附近避灾可对遇险者起到保护作用。,（,3,）冒顶后，不少遇险者往往是在煤壁处和木垛附近被救出的，有的虽然受伤但经抢救后安全脱险，有的在遇险后并未受伤。而在其他地方避灾的人员，除少数特殊情况外，生还的可能性不大，即使抢救脱险也会因受伤严重而致残。,（）冒顶遇险后要立即发出呼救信号,无论是局部冒顶还是大冒顶，事故发生后一般都会推倒支架，埋压砸坏设备。尤其是有人遇险时，还会造成一片混乱。在这种情况下，遇险人员及时发出呼救信号，营救人员就可以与其联系，准确掌握受灾人员的位置、人数以及伤害情况，采取切实可行的营救措施。,另外，在营救遇险人员时，往往有一种惯例：抢救活人比抢救死人的紧迫感强。遇险人员发出呼救信号，就是证明他们还活着。因此，营救人员一般都会抓紧时间、千方百计地进行抢救。,（）在冒落区发呼救信号时不能敲打对自己已有威胁的物料和岩块,冒顶后人员被埋压或隔堵，在人员遇险地点的不少物料和岩块等只是处于暂时的平衡状态。如不注意观看，稍一敲打便会破坏平衡，使物料、岩块等移动，造成新的冒落，从而加剧对遇险者的伤害。,【,案例,2】,某矿发生冒顶事故后，,1,名矿工下半身被掩埋。他在敲打身边的木料发信号时，由于震动使碎煤矸继续向他涌来。因此，他停止了敲打，改用呼喊的方法发信号，后被营救脱险。但由于发信号时敲打震动导致新的冒落，不仅增添了对自身的伤害，也增加了抢救工作量。,（）被埋压的人员在条件不允许时不能采用猛烈挣扎的方法脱险,冒顶后被煤矸、物料埋压的人员，在条件不允许时，不能采用猛烈挣扎的方法脱险。原因是：,（,1,）猛烈挣扎会震动遇险者周围的物体， 使被埋压人员周围的煤矸、物料失去暂时的平衡，因此导致新的冒落和更大程度的埋压。这不仅不能脱险，还会扩大事故，增添伤害。,（,2,）遇险者被大块冒落岩石压住后，挣扎也没有用，根本无法脱险。正确的方法是：立即发出呼救信号；正视已发生的灾害，不要惊慌失措，坚信领导和同志们一定会积极抢救；注意保存体力，等待救援。,【,案例,3】,如某矿采用长壁前进式采煤法的东翼采面上口发生冒顶，冒落长,30,多米，将上出口堵严。矿方立即组织,19,人到采面处理冒顶。由于他们未对采面下部的支护进行检查和加固，就开始在冒顶区附近打木垛。刚打完,2,个木垛，采面下口又发生大面积冒落（长度为,50,米左右），将下口也堵严。处理冒顶的,19,人全部被困在采面（见图）。他们发现被冒顶隔堵后，并没有惊慌失措，而是立即组织起来，利用现场的材料在灾区开展自救。经认真分析，他们在维护好自身安全的前提下，在采面下口的煤壁中沿冒落区向下掘小巷。而矿山救护队营救被困人员时，所采取的措施正好是从采面下口的煤壁中沿冒落区向上掘救护巷道。当救护巷道掘进,30,多米时，便与遇险人员掘的小巷贯通，使被困,36,个多小时的遇险矿工全部安全脱离，大大缩短了营救时间。,某矿采煤面冒顶事故示意图,（）独头巷道掘进时要经常检查后部巷道的安全情况,独头巷道掘进时，由于后部巷道冒落，把掘进迎头人员堵在里面的实例不少。,【,案例,4】,某矿在掘进一条平巷时，有,50,多米是在采空区中施工。通过采空区后不久，碰上阴雨季节。由于地面未采取防排水措施，雨水大量流入老窖，造成通过采空区的一段巷道几乎全部跨落。而在该独头巷道中掘进的工人发现后部巷道淋水异常时，既不向领导汇报，又不认真检查和派人监视，继续冒险向前掘进。后部巷道跨落后，,4,名在迎头工作的矿工全部被堵在里面。事故发生后，该矿采用打钻的方法，向人员被困地点输送新鲜空气、饮料和食物；又采用掘绕道的方法，到达人员被堵处，将被堵近,30,小时的矿工安全救出。,这个救灾实例，在技术上、组织上都是合理的，但我们应从这个事故实例中，认真吸取教训。对于独头掘进的巷道，定时进行检查或监视，发现异常情况应立即撤出人员，防止后部巷道跨落使迎头人员被隔堵。,（一）、采煤工作面冒顶时矿工的避灾自救措施,（,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面顶板冒落时，最好的避灾方法是迅速离开危险区，撤退到安全地点。,（,2,）遇险时要靠煤帮贴身站立或到木垛处避灾。,这是在发生冒顶后，矿工来不及撤退到安全地点时，所采取的一项应急避灾措施。,（,3,）遇险后立即发出呼救信号。,冒顶时人员的伤害主要是砸伤、掩埋或隔堵。冒落基本稳定后，遇险矿工只要能呼叫和行动，就应发出有规律、不间断的呼救信号（不要敲打对自己有威胁的支架、物料和岩块等），以便救护人员了解灾情，组织力量进行抢救。,（,4,）遇险人员要积极配合外部的营救工作。,冒顶后被埋压的人员，要根据营救人员的要求，忍着疼痛配合抢救，切忌猛烈挣扎和乱抓支柱、冒落物、造成事故扩大；在煤壁、木垛处避灾的人员，要在营救人员将安全通道，修好后方能退出，不能冒险越过冒落区逃生；被冒顶隔堵的人员，应在遇险地点有组织的维护好自身安全，利用现场的材料构筑脱险通道配合外部的营救工作，为提前脱险创造良好条件。,【,案例,5】,某矿,1217,采煤工作面全长,136m,，煤厚约,2m,，倾角,12-18,度，垂直于工作面有些小断层。因工作面支护质量低劣，发生冒顶事故（见图）。在工作面中间冒落,9.5m,，其中,1,块长,9.2m,、宽,4m,、高,7m,，遇险人员全部被压在这块大矸石下面。抢救措施：,1.,寻找、判定遇险人员的位置。,2.,沿煤壁挖小巷接近遇险人员。,3.,在底板掘通道进入营救遇险人员。,（二）、冒顶后巷道迎头被困人员的避灾自救措施,（,1,）因冒顶而被困后，遇险人员要正视已发生的灾害，切忌惊慌失措，应在灾区迅速组织起来，主动听从班组长和有经验老工人的指挥，团结协作，尽量减少体力和隔堵区内的氧气消耗，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,）如人员被困的巷道内有电话，应立即用电话汇报灾情、遇险人员数和计划采取的避灾自救措施等。否则，应采用敲击钢轨、管道和岩石等方法，发出有规律的呼救信号，以便营救人员了解灾情，组织力量进行抢救。,（,3,）维护加固冒落处和人员避灾处的支架，并经常派人检查，以防止冒顶在被困巷道中进一步扩大，保障被堵人员避灾的安全。,（,4,）若人员被困地点有压风管，应打开压风管输送新鲜空气，稀释被堵空间的瓦斯和其他有害气体浓度，但应注意遇险被困人员的保暖。,【,案例,6】,某矿巷道为木棚支护，在一条平巷发生冒顶事故，,8,名矿工被堵。抢救措施：,1.,安装风机向冒顶区供风，将,6,根直径,2.5cm,钢管打入迎头，但都未能打到位置。,2.,采取处理冒顶恢复原巷的措施。当前进,1.5m,时，又发生了二次冒顶，被迫放弃。,3.,改用开小巷打绕道的方法接近被堵人员。,840min,后掘透，,8,名矿工已全部窒息死亡。（见图）,某矿冒顶事故示意图,（三）、营救被冒顶埋压遇险人员的措施,（）保障营救人员的自身安全,营救工作要在灾区负责人的领导和有经验老工人的指挥下进行。首先，营救人员要检查冒顶地点附近的支架情况，采取措施进行加固，确保在抢救中不会再次冒落。另外，要设置畅通、安全的通道，保障退出时的安全。,【,案例,7】,某矿掘进上山时，穿透采空区，引起冒顶，大量碎煤窜入巷道，使在迎头工作的,2,名工人被埋压。在营救时，有人为迅速接近遇险人员，在未采取保障自身安全措施的情况下，就开始撬矸石排煤矸，结果引起第二次冒顶，将,2,名营救人员砸成重伤。后来经过研究采用沿冒落煤矸边缘打木垛的方法，并将原来的大断面上山改成,0.4m2,的小上山。边打木垛边加固支架，直到人员被埋压地点，才将,2,名遇险者救出。这个实例从正反两方面证明：在营救被冒顶埋压的矿工时，一定要保障营救人员的自身安全，要有畅通、安全的退路；如果急于求成，不采取保障自身安全的措施，不仅完不成营救任务，还会使营救者遭到伤害。,（）因地制宜地对冒顶处进行支护,营救被冒顶埋压的人员时，必须因地制宜地对冒落地点进行支护，并要求支护时要方便迅速，完成后要安全可靠。我国煤矿在这方面的经验很多，下面介绍一种在采面冒顶时的常用方法：,当采面发生局部冒顶，被埋压人员距煤壁较进时，可采用掏梁窝,1,、悬挂金属顶梁,2,，或掏梁窝,1,、架单腿棚,3,的方法对冒落地点进行支护，见图。梁棚上的空隙要用木料架设小木垛,4,接到顶，并插紧背实，阻止冒顶继续发生。经检查支护牢固可靠后，方可在专人观察顶板的情况下，派人清理被埋压人员附近的冒落煤矸等，直到把遇险矿工从埋压处,5,营救出来。,（）妥善营救埋压人员,若遇险者被碎煤矸所埋，清理时要小心地使用工具，不可用镐刨的方法扒人；若遇险者被煤、岩块压住，要用力把煤、岩块搬运开，迅速把人员救出；若遇险者被大块煤、岩压住，应用千斤顶或液压起重气垫、液压起重器等工具把煤、岩块抬起，绝不可用锤砸的方法破岩（煤），使遇险人员进一步受到伤害。抢救被埋压的人员时间较长时，可用长木棍向遇险人员送饮料和食物。,（）被埋压人员救出后要立即进行创伤检查和处理,被埋压人员营救出来后，如果不立即进行创伤检查和急救处理，也会导致死亡，使抢救成果前功尽弃。,【,案例,8】,某矿采面发生冒顶后，有,2,名矿工被大块冒落岩石压在下面。但由于金属支柱的支承，,2,人当时都未死亡。其中,1,人被砸后血管损伤，因被岩石压住，并未出现严重流血现象。当这,2,人被抢救出来后，营救人员未在现场进行创伤检查，就慌忙抬运出井。发生血管损伤工人在抬运中，由于失血过多，出井后不幸身亡。因此，被埋压矿工救出后，营救人员一定要立即对其进行创伤检查，并根据伤情进行止血包扎、人工呼吸、骨折临时固定等紧急处理，然后才能搬运出井。,