煤矿顶板事故防治技术

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,*,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,*,煤矿顶板事故防治技术,煤矿顶板事故防治技术,第一部分：煤矿顶板事故综述；,第二部分：矿山压力的基本知识；,第三部分：顶板事故的致因与防治；,第四部分：煤矿事故隐患分析；,第五部分：冲击地压的基本知识；,第六部分：深井矿压知识分析。,第一部分：煤矿顶板事故综述,一、顶板事故在煤矿事故中的比重,图,1-1 19502003,年煤矿各类事故原因分析,第一部分：煤矿顶板事故综述,一、顶板事故在煤矿事故中的比重,23.5,9.9,3,3.5,52.31,6.13,9.37,2,5.62,0.396,1.57,4.1,2.2,5.25,29.5,1.77,2.88,12.72,0.16,1.02,0.8,2.48,11.28,8.81,0,10,20,30,40,50,60,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,事故次数占百分比,死亡人数占百分比,%,横坐标：事故次数及伤亡人数,纵坐标：事故次数及伤亡人数百分比,事故性质,1,水灾事故,; 2,瓦斯煤尘爆炸,; 3,顶板事故,; 4,火灾事故,; 5,瓦斯窒息中毒事故,; 6,煤尘爆炸事故,;,7,提升运输事故,; 8,其他,; 9,9,自救伤亡,; 10,机电,; 11,煤与瓦斯突出,; 12,爆破,图,1-2 19502003,年煤矿各类事故发生起数及死亡人员统计分析,第一部分：煤矿顶板事故综述,二、回采工作面与巷道顶板事故发展趋势分析,19541985,年期间，顶板事故的死亡人数占总事故死亡人数的,45%,，其中，采煤工作面顶板事故占,75%,，巷道顶板事故占,25%,。,19861992,年期间顶板事故死亡人数占总死亡人数的,40%,，其中，采煤工作面顶板事故占顶板事故总数的,66%,，巷道顶板事故上升到,34%,。,第一部分：煤矿顶板事故综述,三、顶板事故的特点,顶板事故具有四个属性,（一）突发性,（二）灾难性,（三）破坏性,（四）继发性,四、对顶板事故的认识和加强顶板管理的重要性,第一部分：煤矿顶板事故综述,思考题：,试分析煤矿顶板事故在煤矿事故中的所占的比重，说明了什么？,试分析煤矿顶板事故各种原因说明了什么？如何预防？,工作面的顶板事故与巷道顶板事故有何变化趋势，为什么？,顶板事故具有何特点？,如何认识加强顶板管理的重要性？,第二部分：矿山压力基本知识,一、开采后上覆岩层的移动特征,四、采煤工作面顶板的控制,二、采煤工作面矿压显现的基本规律,三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析,一、开采后上覆岩层的移动特征,1.,岩层移动和破坏的影响因素,2.,上覆岩层移动的破坏特征,（一）三带的形成,冒落带,裂隙带,弯曲下沉带,一、开采后上覆岩层的移动特征,（一）三带的形成,图,2-1,顶板岩层移动和破坏现象,一、开采后上覆岩层的移动特征,（一）三带的形成,3.,上覆岩层运动规律的研究内容,（,1,）冒落带的高度；,（,2,）裂隙带的高度；,（,3,）直接顶的发展变化规律；,（,4,）基本顶各岩梁的发展变化规律；,（,5,）支承压力发生、发展变化规律；,（,6,）内外应力场的形成条件及其发展变化规律。,一、开采后上覆岩层的移动特征,（一）三带的形成,4.,上覆岩层运动规律对顶板事故的影响,事故原因：采动诱发顶板运动和破坏；,事故形成条件,支护不及时,支护决策失误：支护方式不合理（没有针对顶,板运动破坏等特点），没有满足“合理位态”控制,的要求，表现为支护阻力不足或可缩量不够。,一、开采后上覆岩层的移动特征,（二）上覆岩层的移动特点分析,图,2-2,上覆岩层移动的实测曲线,一、开采后上覆岩层的移动特征,（二）上覆岩层的移动特点分析,图,2-3,回采工作面上覆岩层沿工作面推进方向的分区,二、采煤工作面矿压显现的基本规律,（一）直接顶的初次垮落,初次放顶步距一般为,620,米。步距的大小是根据直接顶的岩石强度、厚度、节理裂隙发育程度等因素确定。,初次垮落应注意：在掌握步距或冒落规律的同时，放顶时应采取必要的加固措施，以保证生产安全。,二、采煤工作面矿压显现的基本规律,（二）老顶的初次来压,初次来压步距大小与老顶厚度、岩性、地质构造有关，一般为,2035,米，有时可达,5070,米，甚至更大。,初次来压的特点：顶板急剧下沉，支架载荷明显增加，顶板出现沿煤壁的裂隙，甚至发生台阶下沉现象，煤壁严重片帮、采空区顶板大面积垮落，形成巨大的声响和风流等。,二、采煤工作面矿压显现的基本规律,（三）周期来压,周期来压步距，一般比初次来压步距要小，通常为初次来压步距的,1/21/4,倍，一般为,512,米，有时可达,2030,米。,三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析,（一）回采工作面周围的矿压规律及特点,1.,层面内,图,2-4,采空区周围应力重新分布的概貌,1,工作面前方超前支承压力；,2,、,3,、,4,沿倾斜、仰斜及工作面后方残余支承压力,三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析,（一）回采工作面周围的矿压规律及特点,1.,层面内,图,2-5,回采工作面周围支承压力在煤层平面内分布示意图,三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析,（一）回采工作面周围的矿压规律及特点,2.,顶底板方向,图,2-6,支承压力在被开采煤层顶底板中分布示意图,1,采动影响带边界；,2,支承压力区；,3,卸载区边界,三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析,（一）回采工作面周围的矿压规律及特点,2.,顶底,板方向,图,2-7,煤体与采空区交界处底板岩层中的不同矿压显现区,应力增高区，不应 布置巷道,应力降低区，受采动影响且距离较远，不宜布置巷道,影响轻微区，适合布置巷道,未受采动影响区。,三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析,（一）回采工作面周围的矿压规律及特点,3.,工作面端头,图,2-8,煤层凸出角处的叠合支承压力,三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析,（二）巷道矿压特点分析,1.,受采动影响的沿走向方向的平巷,图,2-9,工作面下顺槽顶底板移动的全过程曲线,1,移动速度曲线；,2,移近量曲线,.,巷道掘进阶段,每天移近量，从几毫米至几十毫米，稳定期一般小于,1,毫米,/,天,.,无采掘影响阶段,每天,0.20.5,毫米,/,天,.,采动影响阶段,采前几毫米到几十毫米，占总移近量的,1015%,；采后为,2030,毫米,/,天，少数情况下,4050,毫米,/,天，占,5060%,.,采动影响稳定带,1,毫米,/,天，高达,12,毫米,/,天，占,58%,.,二次采动影响带,1030,毫米,/,天，占,2025%,。,从掘进到报废整个服务期间，顶底板移近总量为：,U = U,0,+ v,0,t,0,+ U,1,+ v,1,t,1,+ U,2,三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析,（二）巷道矿压特点分析,1.,采动影响区沿倾斜方向的矿压显现分区,图,2-10,采区斜巷中沿倾斜不同矿压显现带,卸载带：,宽为,13,米,支撑压力带,：,宽为,1225,米，,k=23,原岩应力带,四、采煤工作面顶板的控制,（一）支护对支架的要求,采掘工作面支架的“支、护、稳”与常见的,顶板事故有着密切的联系。,四、采煤工作面顶板的控制,（一）支护对支架的要求,1.,要考虑不同的煤层顶板条件和煤层倾角,当基本顶来压比较强烈，直接顶很完整，煤层倾角又比较小时，主要考虑“支得起”问题。,对于来压不明显，直接顶比较破碎，煤层倾角又大时，主要考虑“护得好”问题。,当基本顶来压强烈，直接顶比较破碎，煤层倾角又不大时，此时，要考虑“支得起、护得好”问题。,当煤层倾角较大时，顶板又属覆合顶板类型，或分层开采铺有金属网时，主要考虑“稳得住”问题。,当基本顶来压强烈，直接顶又比较破碎，煤层倾角又较大时，支架的“支、护、稳”都要一并考虑。,四、采煤工作面顶板的控制,（一）支护对支架的要求,2.,要考虑不同地点对支护的不同要求,靠近煤壁附近的无支护空间要特别注意“护顶”问题。,放顶线附近要特别注意“支和稳”问题。,对上下出口处要尤其注意“支、护、稳”问题。,四、采煤工作面顶板的控制,（一）支护对支架的要求,3.,要考虑支架性能,综采支架,单体微增阻式支柱和单体液压支柱,单体刚性支柱和急增阻式金属摩擦支柱,在选择支架类型和布置时，应充分考虑煤层顶板和倾角等条件要求，性能要和条件要求相匹配，才能把顶板事故减少到最低限度。,四、采煤工作面顶板的控制,（二）支架与围岩的关系,1.,围岩是一种天然的承载结构,图,2-11 “,支架,围岩”相互作用原理示意图,四、采煤工作面顶板的控制,（二）支架与围岩的关系,2.,支架与围岩共同承载原理的支护方式,二次支护,节式结构的巷道支架,符合上述原理的支护方式及支架结构与性能有：,第二部分：矿山压力基本知识,思考题,煤层被采后，煤层上方和工作面推进方向的岩体移动有何,特点和规律？,2.,试分析顶板事故的自然原因与事故的形成条件。,3.,试分析采煤工作面矿压显现的基本规律，如何预防顶板,事故的发生？,4.,采掘工作面周围的矿压显现特点对安全生产有何意义？,5,.,采掘支护工作对支架有何要求，如何实现？,第三部分：,顶板事故的致因与防治,一、采煤工作面顶板事故的防治,二、巷道顶板事故的致因及防治,一、采煤工作面顶板事故的防治,（一）顶板事故的分类,采场顶板事故按力源可分为,压垮型,漏冒型,推垮型冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（一）顶板事故的分类,由垂直层面方向的顶板力压坏采场支架而导致的冒顶，又分为：,老顶来压时压垮型冒顶,厚层难冒顶板大面积冒顶,直接顶导致的压垮型冒顶,1.,压垮型冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（一）顶板事故的分类,因破碎顶板没有得到有效的防护而冒落导致的冒顶，又分为：,2.,垮漏型冒顶,大面积漏垮型冒顶,局部漏冒型冒顶,工作面上下出口的局部冒顶,放顶线及其附近的局部冒顶,地质破坏带附近的局部冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（一）顶板事故的分类,由于平行于层面方向的顶板力推倒支架而导致的冒顶，又分为：,3.,推垮型冒顶,复合顶板推垮型冒顶,金属网下推垮型冒顶,大块游离顶板旋转推垮型冒顶,采空区冒矸冲入采场的推垮型冒顶,此外，还可能出现综合类型冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（一）顶板事故的分类,煤矿中习惯把采场冒顶分为两大类,：,局部冒顶,大型冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（一）顶板事故的分类,范围不大，伤亡人数不多（每次,1,2,人）的冒顶，可分为：,1.,局部冒顶,靠近煤壁附近的局部冒顶,放顶线附近的局部冒顶,上下出口的局部冒顶,地质破坏带附近的局部冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（一）顶板事故的分类,范围较大，伤亡人数较多（每次,3,人以上）的冒顶，可分为：,2.,大型冒顶,两端来压时的压垮型冒顶,厚层难冒落大面积冒顶,直接导致的压垮型冒顶,大面积漏垮型冒顶,复合顶板推垮型冒顶,金属网下推垮型冒顶,大块游离顶板旋转推垮型冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,原因分析,1.,靠近煤壁附近的局部冒顶,节理、裂隙发育，岩石强度低,支护质量差，支撑力不足造成离层,炮采时，装药量过多，放顶崩倒支架，顶板失控,老顶来压时，煤壁附近直接顶破碎,新暴露的顶板没有及时支护,综采时，端面距过大,案例分析,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,防治措施,1.,靠近煤壁附近的局部冒顶,对新暴露的顶板及时支护，如图,3-1,、,3-2,、,3-3,所示,炮采时，炮眼布署及装药量要合理,煤层的节理方向与工作的推进方向垂直或斜交,来压期间，若煤壁片帮，要进行超前支护，减小端面距,综采时，对破碎顶板要注入粘结剂进行固化,加快工作面推进速度,采高大，煤体松软时，加设护帮装置,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,1.,靠近煤壁附近的局部冒顶,图,3-1,正悬臂交错顶梁支护,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,1.,靠近煤壁附近的局部冒顶,图,3-2,错梁直线柱支架布置,1-,临时柱；,2-,正式柱,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,1.,靠近煤壁附近的局部冒顶,图,3-3,短顶梁与基本顶梁配合情况,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,原因分析,2.,上下出口局部冒顶,此处为应力叠加区域，顶板完整性可能遭到破坏,换棚时，破碎顶板冒落,移机头机尾，交换抬棚，破碎顶板冒落,老顶来压时，支柱侧向力不足，推倒支架造成,局部冒落,老顶来压时，压坏部分支柱，导致的局部冒顶,案例分析,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,防治措施,2.,上下出口局部冒顶,及时架设有足够支撑力和可缩性的支柱,支护糸统必须具有一定的侧向力,换棚时，要模清顶板情况，采取必要的措施,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,原因分析,3.,放顶线附近的局部冒顶,回柱方式不合理，先回“吃劲”柱子，引起周围破碎,顶板的冒落,顶板存在由断层、裂隙、层理等切割而成的大块游离,岩块时，回柱后游,离岩块推倒支架，导致冒顶。如图,3,4,所示,在金属网假顶下回柱放顶时，如果网上有大块游离岩，,也会发生因游岩块旋转而推倒支架的局部冒顶,案例分析,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,3.,放顶线附近的局部冒顶,图,3-4,顶板中游离岩块旋转推倒支架,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,防治措施,3.,放顶线附近的局部冒顶,采用正确的回柱方法，防止顶板压力向局部支柱,集中而造成回柱的困难,若工作面使用木支柱，可直接用铰车远距离回柱,加强地质工作，记载大岩块的位置与尺寸,在大岩块下用木垛等加强支护,当大岩块尺寸超过一次放顶步距时，在大岩块下,延长控顶距,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,原因分析,4.,地质破坏带附近的局部冒顶,工作面与断层垂直或斜交,在顶板活动过程中，断层附近的破断岩块顺断面,下滑，推倒工作面支架局部冒顶,案例分析,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,防治措施,4.,地质破坏带附近的局部冒顶,断层破坏带在工作面出现后，加强支护，背好背板,在放顶线处，断层两侧架好木垛，加强支护,迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或戗柱,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,冒顶特点,5.,复合顶板推垮型冒顶,顶板压力不大，支架无变形，无折损,多数情况下，直接顶已沿煤壁断裂,冒顶后，支柱多数沿煤层向下倾倒,多数情况下，发生在回柱放顶过程,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,冒顶机理,5.,复合顶板推垮型冒顶,离层,图,3-5,下位软岩层离层断裂,断裂,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,冒顶地点,5.,复合顶板推垮型冒顶,开切眼附近,地质破坏带附近,旧巷附近,掘进破坏复合顶板的地点,倾角大的地段,顶板岩层含水的地段,局部冒顶区附近,尖灭构造地段,案例分析,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,防治措施,5.,复合顶板推垮型冒顶,掘进上下顺槽时，不破坏复合顶板,应用伪倾斜工作面，以增加阻力,控制采高，使软岩冒落后超过采高，增加六面体,下推的阻力,采用整体支架，用拉钩联接器把每排支柱连起来，,与铰接顶梁十字交叉，形成整体结构，如图,3-6,所示。,利用戗棚、戗柱加强支护,系统布置树脂锚杆，将开切眼附近和控顶区内的,软硬岩层锚在一起，防止冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,5.,复合顶板推垮型冒顶,图,3-6,拉钩式连接器,1-,金属支柱；,2-,拉钩式连接器,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,冒顶特点,6.,金属网下推垮型冒顶,发生在初次放顶前后及回柱时,推垮前支柱受力一般不大,推垮时，支柱无折损,推垮速度快，人力无法抵抗,煤层倾角一般在,20,以上发生,支护方式一般为单体金属磨擦支柱,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,冒顶机理,6.,金属网下推垮型冒顶,由于支护失效，首先形成网兜,由于支柱初撑力小，刚度小，在碎块压力下，,支架失稳。如图,3-7,所示。,案例分析,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,6.,金属网下推垮型冒顶,图,3-7,金属网假顶下推垮型冒顶过程,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,防治措施,6.,金属网下推垮型冒顶,提高初撑力及刚度，增加稳定性,在二分层及以下分层开采时，用内错式布置开切眼，,避免网下碎矸之上存在空隙,用“整体支架”增加支架的稳定性,初次放顶，要把金属网下放到底板,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,冒顶特点,7.,大块游离顶板旋转推垮型冒顶,发生在回柱时或放顶后,游离岩块的重力与支反力不在同一条作用线上，,重力大于支反力，且重力靠老塘侧,一般将支柱推向煤壁,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,冒顶机理,7.,大块游离顶板旋转推垮型冒顶,顶板由断层、裂隙、层理或薄弱岩层切割成,游离大岩块,大岩块形成旋转力矩，将支柱推倒,案例分析,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,防治措施,正确判断游离岩块的范围,对游离岩块加强支护,待游离岩块全部处于采空区时，再用回柱绞车,7.,大块游离顶板旋转推垮型冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,顶板条件,直接顶较薄，厚度小于采高,2,3,倍,直接之上的老顶分层厚度小于,5,6,米,8.,压垮型冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,冒顶前兆,煤壁片帮,顶板下沉速度急剧增加,支柱载荷急剧增大,靠煤帮顶板掉渣,靠煤帮顶板断裂,摩擦柱放炮,8.,压垮型冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,冒顶类型,8.,压垮型冒顶,图,3-8,压垮型冒顶类型之一、之二,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,案例分析,防治措施,加强地质工作，摸清直接顶与老顶的结构和力学特性,进行常规矿压观测，准确掌握来压步距，加强来压预报,合理选择支护方式，合理设计工作面支护强度，特别对,末排支柱要加大支护强度,遇到平行于工作面的断层，要加强维护，不得正常回柱，,待断层进入采空区后再回柱,8.,压垮型冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,冒顶原因,煤层之上是厚而坚硬的砂岩，常常大面积悬而不冒，,老顶来压步距达,50,70,。,当自身强度承受不了自重和上位岩层重量时，,即弯曲应力超过了极限强度时，出现断裂及垮落。,回采过程中遇到较发育的原生裂隙或断层，也会导致,冒落,9.,大面积冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,冒顶前兆,顶板断裂声响的频率和音响增大,有明显片帮现象,底板有可能出现底鼓,巷道超前压力明显,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和淋水加大,9.,大面积冒顶,案例分析,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,防治措施,顶板高压注水，周期来压步距减少,60,70,，,如图,3-9,所示,强制放顶,循环式浅孔放顶（每,1-2,个循环，打一排钻孔）,步距式深孔放顶（周期来压前，沿工作面向顶板,打钻孔），如图,3-10,所示,超前深孔松动爆破（在上下顺槽，向顶板打深孔），,如图,3-11,所示,地面深孔放顶（地面打钻到放顶位置而后爆破）,9.,大面积冒顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,9.,大面积冒顶,图,3-9,顶板注水钻孔布置方式及其参数,a-,四老沟矿,8205,工作面顶板注水钻孔的布置方式,b-,云岗矿,8205,工作面顶板注水孔的布置方式,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,9.,大面积冒顶,图,3-10,“步距式”深孔放顶,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,9.,大面积冒顶,图,3-11,超前深孔松动爆破,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,案例分析,防治措施,预测回采工作面围岩动态（主要预测顶底板的稳定性）,确定合理的支护强度（垂直分力小、倾斜向下分力大、,沿层面下滑是控制的主要问题）。,加强工作面支架不稳定性，防止底板滑移。,10.,急倾斜煤层顶板事故,一、采煤工作面顶板事故的防治,（二）各种顶板事故的原因分析及勘察,防治措施,当煤层倾角超过,60,，底板开始向下滑动，防止底板滑移的措施有：,推广急倾斜煤层工作面液压支架（支撑力大，,具有防倒防滑性能及煤矸滚落保护装置）。,打紧支柱，软底要下底梁，顺山棚梁要对接。,适当控制采高。,10.,急倾斜煤层顶板事故,二、巷道顶板事故的致因及防治,（一）巷道顶板事故的分类,1.,掘进工作面冒顶事故,2.,巷道交岔处的冒顶事故,二、巷道顶板事故的致因及防治,（二）掘进工作面的冒顶事故的原因及防治,1.,冒顶原因,2.,案例分析,掘进破岩后，顶部岩石与岩体失去联系，若支护,不及时，随时可能冒落；,已支护的顶部岩石，若支护失败，可能造成冒落。,二、巷道顶板事故的致因及防治,（二）掘进工作面的冒顶事故的原因及防治,3.,防治措施,根椐岩性，控制空顶距，当遇到破碎带或层理、裂隙发育时，,应紧跟掘进支护；,严格敲帮问顶制度，危石必须挑下，无法挑下时应采取临时,支撑措施，严禁空顶作业；,在破碎带掘进巷道，要缩小支护棚距，用拉条将棚子连成一体，,防止推跨；,对破碎带有时可超前注速凝剂，固化岩体；,掘进头有空顶区和破碎带必须背严结实，必要时要挂网防止漏空；,炮眼布置及装药量必须与岩石性质、支架和掘进头距离相适应，,防止放炮崩倒棚子；,锚杆支护注意眼深和锚杆密度，必要时锚喷网联合支护,二、巷道顶板事故的致因及防治,（三）巷道交岔处顶板事故的原因与防治,1.,冒顶原因,2.,案例分析,交岔处断面大，岩层松动范围大，巷道压力大，,可发生冒顶；,交岔处支护复杂，有两巷支架，有抬棚，支架稳定性,要求高，强度大，支护质量不好可发生冒顶。,二、巷道顶板事故的致因及防治,3.,防治措施,开岔口应选择岩性较好的位置,严格操作规程，先支抬棚，后拆除原棚,注意选用抬棚材料的质量与规格，保证抬棚有足够的强度,当开口处围岩夹角被压坏，应及时采取加强和稳定措施,（三）巷道交岔处顶板事故的原因与防治,第三部分：,顶板事故的致因防治,思考题,1.,煤矿顶板事故是如何分类的？,2.,采煤工作面的顶板事故可归纳有几种类型？,3.,如何分析采煤工作面事故频发的地点及原因？,4.,巷道顶板事故的主要原因及防治措施是什么？,第四部分：,煤矿事故隐患分析,1.,直接顶初次垮落对安全生产的影响,图,4-1,直接顶初次垮落形成过程,(a) (b) (c),第四部分：,煤矿事故隐患分析,2.,老顶的初次来压与周期来压对工作面顶板管理的影响,图,4-2,老顶断裂成岩块后的转动,第四部分：,煤矿事故隐患分析,2.,老顶的初次来压与周期来压对工作面顶板管理的影响,图,4-3,老顶周期来压的力学模型,第四部分：,煤矿事故隐患分析,3.,直接顶的完整性对安全生产的影响,节理裂隙按生成原因又分为三类：,原生裂隙,压裂裂隙,构造裂隙,第四部分：,煤矿事故隐患分析,3.,直接顶的完整性对安全生产的影响,图,4-4,各类裂隙图,R1:,平行于层面,R2:,垂直于层面,R3:,向煤壁方向倾斜,R4:,向老塘方向倾斜,R5:,楔形裂隙,第四部分：,煤矿事故隐患分析,4.,回采工作面作业规程的编制是工作面安全生产,的重要依据,图,4-5,工作面实际测定的“,S,t”,曲线,1,采煤机距测点,15,米；,2,采煤机距离测点,10,米；,3,放顶过测点,S,点；,4,放顶过测点,15,米；,5,放震动炮后；,6,采煤机距测点,6,米,5.,回采工作面推进速度对顶板管理的影响,第四部分：,煤矿事故隐患分析,6.,回采工序在时间上、空间上的相对位置关系对,安全生产的影响,图,4-6,回采工作面支架调压试验所得“,P,L”,曲线,周期来压情况,O,表示最大值；,- O,表示平均值；,A,支架工作稳定区；,B,支架工作不稳定区,7.,回采工作面支架支撑力的选定应遵循的原则,第四部分：,煤矿事故隐患分析,8.,回采工作面回柱顺序对安全生产的影响,9.,顶底板条件对支护效果的影响,第四部分：,煤矿事故隐患分析,10.,采煤工作面丢失顶煤和底煤的危害及伞檐煤,的有关规定,采煤工作面任意丢失顶煤或底煤，会带来以下三方面的问题：,浪费资源，使工作面回采率达不到规定要求。,对于有自然发火倾向的煤层，丢失在采空区内的,煤炭可导致自然发火，引起内因火灾。,会导致“顶板,+,支架,+,底板”组成的支护系统的刚度,降低，引起单体支柱钻底或液压支架底座下陷，,顶板状况进一步恶化，从而导致顶板事故。,第四部分：,煤矿事故隐患分析,11.,新暴露顶板的离层危害及防治,图,4-7,短顶梁与基本顶梁配合情况,第四部分：,煤矿事故隐患分析,12.,来压期间与回采期间煤壁片帮的危害及防治,13.,回柱放顶时的隐患及防治,14.,回采工作面控顶距离对工作面顶板管理,造成的影响,15.,放炮崩倒工作面支柱的危害及防治,第四部分：,煤矿事故隐患分析,16.,回采工作面初次放顶及收作应注意以下问题,17.,工作面端头支护对安全生产的影响及防治,18.,工作面前方两道超前移动支承压力对顶板,管理的影响,19.,处理工作面冒顶事故应注意的问题,20.,开采顺序对安全生产的影响,第四部分：,煤矿事故隐患分析,21.,底板岩石巷道位置的选择对巷道稳定性的影响,图,4-8,巷道围岩不同时掘进期间的移动量,1,、,2,围岩比较稳定和中等稳定的岩巷；,3,、,4,围岩中等稳定和不稳定的半稳定岩巷,第四部分：,煤矿事故隐患分析,21.,底板岩石巷道位置的选择对巷道稳定性的影响,图,4-9,巷道周围煤、岩的非均质性,造成的支架变形和折损,第四部分：,煤矿事故隐患分析,21.,底板岩石巷道位置的选择对巷道稳定性的影响,图,4-10,地质构造造成的巷道破坏,第四部分：,煤矿事故隐患分析,22.,采掘过程中应严禁两个问题,其一，严禁任意扩大和缩小设计规定的煤柱。,采空区不得遗留未经设计规定的煤柱。,其二，严禁破坏工业广场、矿界、防水和,井巷等的安全煤柱。,第四部分：,煤矿事故隐患分析,23.,严禁在控顶区域内提前回柱,主要原因：,有利于形成再生顶板：作下分层开采时的顶板用之，,一般压实时间为,4,6,个月。,可灭火除尘；,可防自然发火：水有很大的吸热能力，,1,升水汽化成,蒸汽时能吸收,2256,焦耳的热量，使物体冷却后停止自燃。,24.,采用分层跨落法开采时，必须向采空区,注水或注浆,第四部分：,煤矿事故隐患分析,25.,来压期间与回采期间煤壁片帮的危害及防治,26.,深井矿压参数对安全开采的影响,27.,巷道过断层或破坏带的隐患排除,28.,支护材料的选择及支护质量对巷道稳定性,的影响,第四部分：,煤矿事故隐患分析,29.,锚杆支护对巷道稳定性的影响,图,4-11,（,1,）,锚杆悬吊作用,第四部分：,煤矿事故隐患分析,29.,锚杆支护对巷道稳定性的影响,图,4-11,（,2,）,锚杆组合作用,第四部分：,煤矿事故隐患分析,29.,锚杆支护对巷道稳定性的影响,图,4-11,（,3,）,锚杆挤压作用,第四部分：,煤矿事故隐患分析,30.,巷道岔口位置的选择及支护对巷道稳定性,的影响,31.,采用锚杆锚喷支护形式应该注意下列问题,32.,巷道维护对巷道稳定性的影响,思考题,如何认识煤矿顶板事故隐患的危害？,2.,试分析与外力量及消除煤矿顶板事故隐患的重要性。,3.,试分析事故隐患与事故的关系。,第四部分：煤矿事故隐患分析,第五部分：,冲击地压的基本知识,一、概述,二、冲击矿压的形成和机理,三、影响冲击矿压发生的因素,四、具有冲击地压煤层的开采技术,一、概述,（一）国内外冲击地压的发生情况,1.,根据冲击地压的物理特征，按发生原因分为三类。,压力型冲击地压,突发型冲击地压,爆炸型冲击地压,（二）冲击地压的分类,一、概述,（二）冲击地压的分类,2.,根据冲击地压的能量特征，按冲击时释放的,地震能大小分为五个等级。,微冲击,弱冲击,中等冲击,强烈冲击,灾害性冲击,一、概述,（二）冲击地压的分类,3.,根据参与冲击的岩体类别分为两类。,煤层冲击（煤爆）,岩层冲击（岩爆）,一、概述,（二）冲击地压的分类,4.,根据冲击力源分为,3,级,重力型,构造型,中间型,一、概述,（二）冲击地压的分类,5.,我国对冲击地压的分类,一般冲击地压,破坏型冲击地压,冲击地压事故,一、概述,（三）冲击地压的危害及研究现状,主要成果：,冲击地压机理研究,煤层冲击倾向试验研究,钻屑法的研究,地音,煤层注水（已推广使用 ）,煤层卸压爆破（已部分推广使用）,坚硬顶板处理（注水软化等措施，有效控制了大冒顶等冲击地压现象）,（四）冲击地压在我国矿区的分布,二、冲击矿压的成因和机理,冲击矿压的成因和机理可用以下准则的原理模型加以说明,：,强度准则：,式中,:,-,分别为自重和构造应力；,-,分别由开采引起的附加应力和其他条件（水、温度等）引起的应力；,-,煤体与围岩交界处的应力；,-,煤体和围岩系统强度；,二、冲击矿压的成因和机理,能量准则：,式中,:,-,围岩与煤中贮存的弹性能；,-,消耗于克服煤体与围岩边界处和煤体破坏等阻力的能量；,-,围岩系统和煤体内的能量释放速度；,-,克服围岩边界阻力和煤体破坏时吸收能量的速度；,-,分别为围岩系统和煤体内能量释放的有效系数；,二、冲击矿压的成因和机理,冲击倾向准则：,式中,:,-,煤体（围岩）的冲击倾向度指数，是用来描述冲击地压危险性的指标；,-,试验确定的冲击倾向界限值。,三、影响冲击地压发生的因素,1.,开采深度,假设煤层中的形变弹性能被塑性变形所吸收，则体变弹性能全消耗于破坏煤体和使其产生运动。若不计应力集中的影响作用时，则有,（一）矿山地质因素,三、影响冲击地压发生的因素,1.,开采深度,（一）矿山地质因素,令,则,三、影响冲击地压发生的因素,1.,开采深度,设煤在单向载荷时的抗压强度为，则用于破碎煤块的单位体积所需要的能量为：,（一）矿山地质因素,故,三、影响冲击地压发生的因素,1.,开采深度,若考虑巷道周边的岩块处于双向受力状态，则所需能量要比,U,1,大，现用一般性系数,K,0,（,K,0,1,）来表示，则破坏单位体积的能量,U,2,为：,（一）矿山地质因素,三、影响冲击地压发生的因素,1.,开采深度,按能量准则：,（一）矿山地质因素,所以：,化简得：,此处的,H,即是发生冲击地压的临界深度，国内外资料表明为,200,米。,三、影响冲击地压发生的因素,1.,开采深度,释放出来的动能应为：,（一）矿山地质因素,由于矿井条件的复杂性，上式只能说明达到一定开采深度是形成冲击矿压的一个基本条件，并非达到这一深度必有冲击发生，而是发生冲击地压的基本条件必须为,H,深度以上，实际资料表明，多数矿井的开采深度达到,200,米以上时才发生冲击地压。,三、影响冲击地压发生的因素,1.,开采深度,表,5-1,我国部分矿井发生冲击地压的临界深度,（一）矿山地质因素,三、影响冲击地压发生的因素,1.,开采深度,表,5-2,发生冲击地压的强度和频次与开采深度的关系,（一）矿山地质因素,三、影响冲击地压发生的因素,1.,开采深度,表,5-3,波兰发生冲击地压的频次与开采深度的关系,（一）矿山地质因素,三、影响冲击地压发生的因素,.,煤层和顶板岩石性质及特征,（一）矿山地质因素,.,地质构造,三、影响冲击地压发生的因素,.,煤柱,（二）开采技术因素,.,放炮,.,采煤方法,图,5-1,易形成冲击条件的特例,四、具有冲击地压煤层的开采技术,预防原则：,二是改变煤岩体的物理力学性能，以减弱弹性能的能力。,一方面降低应力（能量）的集中程度；,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（一）超前开采解放层,图,5,2,超前开采解放层,1,危险层；,2,保护层；,3,保护区；,4,缷载区,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（二）无煤柱开采,完全沿空掘巷,留小煤柱的沿空掘巷,保留老巷部分断面的沿空掘巷,.,应用沿空巷道,（）沿空掘巷,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（二）无煤柱开采,图,5,3,完全沿空掘巷,.,应用沿空巷道,（,1,）沿空掘巷,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（二）无煤柱开采,图,5,留小煤柱的沿空掘巷,.,应用沿空巷道,（,1,）沿空掘巷,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（二）无煤柱开采,图,5,5,沿空留巷,.,应用沿空巷道,（,2,）沿空留巷,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（二）无煤柱开采,图,5,6,沿空掘开切眼的方式,.,应用沿空巷道,（,2,）沿空留巷,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（二）无煤柱开采,图,5,7,倾斜长壁沿空留巷,.,应用沿空巷道,（,2,）沿空留巷,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（二）无煤柱开采,图,5,8,底板岩石平巷上部留有煤柱时应力集中情况,2.,进行跨巷回采,（,1,）跨越平巷回采,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（二）无煤柱开采,图,5,9,跨越平巷回采方式及平巷内压力变化情况,2.,进行跨巷回采,（,1,）跨越平巷回采,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（二）无煤柱开采,图,5,10,跨上山回采时区段煤柱对冲击的影响,2.,进行跨巷回采,（,2,）跨上山回采，不留区段煤柱,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（三）,合理安排开采顺序，禁止工作面对采和追采,图,5,11,上下层采煤工作面的超前关系,由图可知上下层工作面的安全错距,可采用下式计算：,式中：,安全错距（米）；,M,层间距离（米）,;,层间距离（米）,;,L,两工作面间的备用距离，,一般为,35,50,米（即一个月的推进度）。,b,最大控顶距,避免跳区段回采,避免对采,追采的安全距离,背离采空区回采,四、具有冲击地压煤层的开采技术,（四）避免在高应力区掘进巷道,前已述,（五）采用长壁式工作面开采具有冲击危险,的煤层,（六）改变煤岩体的物理力学性质,四、具有冲击地压,煤层的开采技术,（七）设置冲击地压监测系统,图,5,12,所示的冲击地压综合,防治方案，可供相关人员参考。,思考题,试分析冲击地压的机理及冲击条件。,试分析采深与冲击地压的关系,从开采技术上应如何预防冲击地压的发生。,第五部分：冲击地压的基本知识,第六部分：,深井矿压知识分析,一、研究深井矿山压力的重要性及其意义,二、深井开采极限深度的确定,三、深井巷道的矿压显现特点分析,四、深井采场的矿压显现特点分析,五、深井与冲击地压的关系,六、深井巷道、采场的支护措施与研究方向,一、研究深井矿山压力的重要性及其意义,随着采深的增加，工作面前方支承压力带中巷道顶底板,移近量也相应增加，其梯度为：,围岩强度为,30MPa,移近量,212mm/100m(,采深,),围岩强度为,50MPa,移近量,115mm/100m(,采深,),围岩强度为,90MPa,移近量,35,mm/100m(,采深,),煤体内支承压力带总宽度增加,37%,，,(,平均增量为,6 m /100m),支承压力带内最大压力增加一倍，,(,平均增量为,2.4 MPa /100 m),沿煤层法线方向，顶板强烈破坏带的高度增加,77%,，（平均增量为,4.6 m /100 m,）。,（一）国外煤矿巷道极限深度的确定,.,原苏联,表达式为：,二、深井开采极限深度的确定,即：,式中：,覆岩重量，,t/ m3,；,H ,极限深度，,m,；,Rc ,单向抗压强度，,kg/cm2,；,极限深度确定为：,H=800m,（注：不同的岩性有不同的容重及单向抗压强度）,为不稳定状态时的极限深度,（一）国外煤矿巷道极限深度的确定,2.,德国,结合实测数据及实验室实验，计算所得的极限压力值与极限深度值为：,二、深井开采极限深度的确定,式中：,极限压力,MN/ m2,；,底板岩层强度,MN/ m2,，,岩性不同， 值也不相同；,H ,极限深度，,m,为此得出德国煤矿的极限深度为,8001200m,，,1200m,为超深度或大深度开采。,（一）国外煤矿巷道极限深度的确定,3.,英国,极限深度为,750 m,。,二、深井开采极限深度的确定,根据国外有关资料介绍，,波兰煤矿的极限深度为,750 m,日本煤矿的极限深度为,600 m,（二）我国煤矿极限深度的确定,当岩层处于塑性变形阶段时，,1.,确定侧压系数“”值,侧压系数“,”值是水平压力与垂直压力之比。,二、深井开采极限深度的确定,即认为,=0.5,（二）我国煤矿极限深度的确定,2.,确定巷道周边围岩压力集中系数,k,表,6-1,不同巷道断面压力集中系数一览表,二、深井开采极限深度的确定,（二）我国煤矿极限深度的确定,3.,时间效应,岩石强度常随时间而变化，一般认为长时强度为,瞬时强度的,0.70.75,倍，即长时载荷影响系数，,=0.70.75,。,二、深井开采极限深度的确定,表,6-2,长时载荷影响系数,（二）我国煤矿极限深度的确定,4.,岩体强度,Rc,二、深井开采极限深度的确定,Rc,为岩体单向抗压强度，由实验室得出。,5.,回采影响系数,不受相邻矿区回采影响时，取,K,H,=0.77,受相邻矿区回采影响时，,K,H,=0.50.4,（二）我国煤矿极限深度的确定,二、深井开采极限深度的确定,所以，当巷道周边围岩压力超过巷道周边岩体单向抗压强度时，巷道变形剧烈，可认为此时的巷道即为极限深度，表达式为：,即,如果考虑构造因素的影响，应乘以构造系数,Kg,，,Kg,的取值范围一般按经验取,0.67,。,即,（二）我国煤矿极限深度的确定,二、深井开采极限深度的确定,围岩性质不同，极限深度也是不同的，根据我国矿情，在非软岩类围岩中，不稳定的围岩极限深度为,300400m,；,中等稳定的围岩极限深度为,650750m,；,稳定的围岩极限深度为,1000m,以上。,超过各类围岩的极限深度后，埋深每增加,100m,，其围岩移近量的增量如表,6-3,所示,。,（二）我国煤矿极限深度的确定,二、深井开采极限深度的确定,表,6-3,不同围岩不同深度移近量增量一览表,（二）我国煤矿极限深度的确定,二、深井开采极限深度的确定,在各类围岩条件下，埋深与巷道围岩移近量的关系如图,6-1,所示：,图,6-1,埋深与巷道围岩变形量的关系,200,400,600,800,1000,1200,1400,1600,H (m),200,0,400,600,800,1000,1200,1400,(mm),软岩,不稳定岩石,中等稳定岩石,比较稳定岩石,三、深井巷道的矿压显现特点分析,表,6-4,中硬岩石两帮压力、煤岩平均抗压强度与采深的关系,煤岩体抗压强度与采深的关系如表,6-4,所示,三、深井巷道的矿压显现特点分析,对表中数据进行回归分析后，求得砂岩、泥岩、硬煤随着深度增加而增加的平均抗压强度梯度为：,砂岩：,R,cs,=380+6.6H,泥岩：,R,cn,=2000+3.5H,硬煤：,R,cm,=1940-0.6H,三、深井巷道的矿压显现特点分析,1000,2000,3000,4000,5000,6000,7000,8000,9000,10000,12000,13000,200,400,600,800,1000,1200,1400,1600,深度,（,m,）,应力（,N/cm2,）,巷帮最大压力,硬煤平均抗压强度,泥岩平均抗压强度,砂岩平均抗压强度,图,6-2,巷帮最大压力与煤岩平均抗压强度关系图,四、深井采场的矿压显现特点分析,（一）回采工作面前方压力峰值距煤壁距离与采深的关系,表,6-5,回采工作面前方压力峰值随采深采厚变化表,四、深井采场的矿压显现特点分析,（二）被采煤层上方垮落高度随采深的变化,表,6-6,被采煤层上方垮落高度的变化,四、深井采场的矿压显现特点分析,（三）支承压力带内支架载荷与巷宽、单向抗压强度与采深的关系,表,6-7,支承压力带内，支架载荷与巷宽、单向抗压强度与采深的关系,四、深井采场的矿压显现特点分析,（四）不同深度能保持巷道稳定状态的最小,煤柱宽度,表,6-8,不同深度能保持巷道稳定状态的最小煤柱宽度,四、深井采场的矿压显现特点分析,（五）采深与支护形式、工作面日产量的关系,图,6-3,采深与支护形式、工作面日产量的关系,白色柱,支撑式支架的日产量；黑色柱,掩护式支架的日产量,五、深井与冲击地压的关系,煤岩体强度与采深的关系，如表,6-9,、图,6-4,所示,表,6-9,煤岩体强度与采深关系表,五、深井与冲击地压的关系,图,6-4,煤岩体强度与采深关系表,五、深井与冲击地压的关系,从煤的强度看：,当,15MPa,时，,H450m,，煤体强度将遭到破坏。,当,20MPa,时，,H610m,，煤体强度将遭到破坏。,当,25MPa,时，,H750m,，煤体强度将遭到破坏。,当,30MPa,时，,H880m,，煤体强度将遭到破坏。,六、深井巷道、采场的支护措施与研究方向,1,、深井巷道的支护,2,、工作面的支护,3,、深井矿压的研究方向,五、深井与冲击地压的关系,由此可见：,煤矿中出现的冲击地压多为煤体突出，归纳起来：,当,，,会形成强冲击地压,当,会形成冲击地压,当,，,有冲击倾向,当,，,无冲击倾向,式中：,某一深度的原岩应力；,围岩应力；,煤的抗压强度。,思考题,研究深井矿山压力有何现实意义？,我国深井极限是如何确定的，考虑了哪些因素。,深井矿山压力有何特点？,深井回采工作面对支护工作面有何要求，为什么？,深井巷道支护应研究哪些内容？,第六部分：深井矿压知识分析,