煤矿顶板管理技术课件

a、岩石的变形性质
岩石受力后同时出现弹性变形和塑性变形。
（有“记忆材料”之说）
脆性岩石、塑性岩石。
b.岩石的强度
试验研究结果表明： 三向等压抗压强度＞三向不等压抗压强度＞双 向抗压强度＞单向抗压强度＞抗剪强度＞抗弯强度 ＞单向抗拉强度。 RC=5-- 38倍Rt ； RC=2--15倍τ
所以，岩石的抗破坏能力与受力状态有关。
打破正常生产秩 序 35% 正常生产条件下 重大隐患 51%
正常生产条件下 重大隐患 26% 打破正常生产秩 序 51%
2000-2007年重大瓦斯爆炸事故原因
瓦斯异常涌出 14%
瓦斯异常涌出 23%
重大瓦斯爆炸事故
特别重大瓦斯爆炸事故
节理和裂隙对煤矿安全生产的 影响
• 1.裂隙破碎带是水和瓦斯的良好通道。 • 2.工作面与裂隙垂直时，炮掘时，炮眼与裂隙面平行， 爆破效率低；影响准备巷道的瓦斯排除；但采面瓦斯
煤与瓦斯突出灾害日趋严重，国有重点煤矿突出 灾害加剧，乡镇煤矿突出事故增多。
2007年四川煤矿产量、百万吨死亡率
5921.74 6360.3 7000 6000 5000 4000 2345.06 3000 2000 3.113 5.471 5.519673.64 1232.86 3.117 2.028 1000 0
9409 8020 8804
2481 465 452 顶板 瓦斯 机电
20532204
1856 344385 526 70 435 火灾
1251
1581
运输
放炮
水害
其他
事故起数 死亡人数
2007年四川煤矿事故类型分布统计图
500 397 400 315 234 300 205 200 64 46 100 28 22 9 9 43 8 8 4 8 0 0 24 0
5) 煤矿生产中断层揭露前的征兆
•1.裂隙增加 •2.产状变化 •3.煤厚变化 •4.煤层结构发生变化，粉末鳞片状现象增多 •5.大断层附近常见有小断层伴生出现
•6.瓦斯涌出量增大
•7.出现滴水、淋水、涌水现象
6) 煤矿生产中的断层观测
•1.确定断层位置，并绘在平面图、剖面图上 •2.观察断层面特征：产状、擦痕、破碎带、充填 物等 •3.观察伴生构造：牵引现象、羽生节理等 •4.确定断层性质 •5.测量断层面产状 •6.确定断层断距、落差，可实测或推断 •7.素描
3.岩体的概念
地下工程空间周围地层围岩的总体称为岩体。
工程上将岩体视为由结构体和结构面组成。
岩体的强度取决于其内部结构面（或弱面）的 分布和强度。岩体的强度总体上低于岩石 (岩块)的 强度。
二、 开采后引起的采场矿山压力
1、原岩应力
a.自重应力
式中:σ = γ H
b.构造应力
水平力为主;力的方向变化大.
•5.增加巷道掘进量
•6.影响煤矿综合经济效益
•一般情况下，压性断层为封闭性构造，瓦斯 含量较高、压力大、突出危险性也大；张性 断层属开放性构造，突出危险性小或者不突 出。 •在封闭的边界条件下,小断层密集发育的地 带特别是低级别压扭性断裂发育地段、压性 或压扭性结构面间所夹的块段、地堑式构造 的中间块断等，均易发生突出。
1 2007年煤矿事故简要分析
2007年全国煤矿事故共死亡3786人
瓦斯, 1084, 28.6% 水害, 255, 火灾, 72, 顶板, 1518, 6.7% 1.9% 40.1%
其他, 241, 6.4%
运输, 453, 12.0%
机电, 86, 放炮, 77, 2.0% 2.3%
重大以上事故中，瓦斯事故起数和 死亡人数占78.6%和80.3%
百万吨死亡率 6 5 4 3 2 1 0 5.1 5.02 5.3 5.71
5.03
4.67
5.03 5.13 3.88 3.08 2.84 2.163 1.485
19 95 年 19 96 年 19 97 年 19 98 年 19 99 年 20 00 年 20 01 年 20 02 年 20 03 年 20 04 年 20 05 年 20 06 年 20 07 年
1 2007年煤矿事故简要分析
国有地方, 411, 11%
乡镇, 2900, 76%
国有重点, 475, 13%
2007年煤矿死亡人数分类统计
1 2007年煤矿事故简要分析
400
事故起数/起/死亡人数/人
350 300 250 200 150 100 50 0 69,15.0% 5,22.7% 国有重点煤矿
1、我国煤矿目前的整体现状及存在的问题
全国煤产量
30 25 19.92 17.22 14.55 15 12.812.99 13.81 20 10 5 0 1999年 2001年 2003年 2005年 2007年 21.9 23.8 25.23
系列1
事故死亡总人数 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
300
350
事故起数/起/死亡人数/人
2007年煤矿重大瓦斯事故原因统计
1 2007年煤矿事故简要分析
事故起数/起/死亡人数/人
250 200 150 100 50 0
局部通风管理混乱 通风系统不合理 密闭内积聚
225,65.6%
事故起数 死亡人数
90,26.2% 9,60.0% 28,8.2% 1,6.7%
乡镇、集体 煤矿 国有地方煤 矿 9万吨/年及 以上矿井 9万吨/年以 下矿井 国有重点煤 矿
产量/万吨 百万吨死亡率
2007年中国、四川与美国、澳大利亚煤矿百万吨死亡率
6
4. 7 9
5.03
4
2 1.02 0.11 0
兖矿集团 国有重点 四川省 全国
0.06
美国
0.12
澳大利亚
2001~2005年我国煤矿事故类型分布统计图
沿工作面推进方向分为煤璧支撑影响区、离层区及重 新压实区。
3、针对不同类型的顶板条件进行有效的支护设计 4、科学的支护设计 支护材料、支护方式、支护强度 5、提高支护设计的有效性
加强现场管理、严格执行作业规程； 确保每根支柱的支设质量，提高支柱工作的初撑力，减小 顶板大量下沉，确保支护效果； 按照标准化建设，加强班组在支护工序质量的监督管理。
高突矿井 11% 低瓦斯矿井 41%
高突矿井 17%
低瓦斯矿井 38%
高瓦斯矿井 48%
高瓦斯矿井 45%
重大瓦斯爆炸事故
低瓦斯区域占到了66.7％
特别重大瓦斯爆炸事故
低瓦斯区域占到了92.3％
2000-2007重大和特别重大瓦斯爆炸事故 (按事故原因) 2000-2007年特别重大瓦斯爆炸事故原因
（2）已知等高线图和20m平巷在A点遇断层，A点 断层面产状已知，但断煤交线未知。
9）煤层平巷过正断层的方法
煤层平巷过逆断层时的设计
设计过-60m的沿煤层平巷过断层，从下盘方向接 近断层。 确定-60m平巷位置AB、CD
某掘进岩石巷道顶板为灰岩，不易 垮落，采用梯形棚子支护，棚距一米， 巷道掘至地质破坏带附近，未及时改 变支护，爆破后崩倒支架五部，工人 忙于装岩交班，放炮后立即进入工作 面装岩，在装岩的过程中，发生顶板 冒落，一名推车工正坐在崩倒支架处 打盹，因撤离不及时，被冒落岩石击 中身亡。试分析事故原因以及主要防 治措施？
1 2007年煤矿事故简要分析
1.3 煤矿瓦斯治理存在的不足
煤矿重特大事故中，瓦斯事故仍然为主要事故， 瓦斯仍是煤矿第一杀手，乡镇煤矿是瓦斯事故的重 灾区； 通风系统不合理，通风系统管理混乱是造成瓦斯 积聚的主要原因，特别是乡镇煤矿；
电气火花和违章放炮是煤矿瓦斯爆炸事故的主要 引火源，暴露出在煤矿安全管理方面还存在漏洞；
三、回答问题: 如何防止回采工作面顶板事故?
结合本矿实际,简述如何防止煤矿顶板事故?
结合本矿实际,如何防止回采工作面顶板事故?
1、本矿实际：矿井巷道和回采工作面顶板顶板 情况、支护材料、支护方式、来压情况等； 2、采面3个大面积顶板事故发生时期的规律。 提前采取加强支护的有效措施；
三、采场矿山压力的一般规律
c、地下水压力
d、气体压力 e、地温引起的压力
2、矿山压力 矿山压力：由开采工作所引起的，在巷道和回采 工作面周围岩体内和支架上的力。
围岩压力：由围岩变形引起的作用于巷道及回采工 作空间内支护物上的力，有时称为围岩压力。
矿山压力显现：由于矿山压力的作用，引起了 一系列的支架变形损坏、顶板变形离层等自然现象。
2）断层分类及表述
断
层
类 别 辨 认
倾向正断层及其效应
倾向平移断层及其效应
顺岩层在断层面上滑移效应
断层所引起的牵引弯曲现象
3)（Βιβλιοθήκη 层）Lie4) 断层对煤矿安全生产的影响
•1.影响井田划分和开拓方式 •2.影响采区和工作面布置 •3.影响安全生产（破碎带、瓦斯聚集、地下水
通道）
•4.增加煤炭损失量（断层煤柱）
5,33.3%
2007年重大瓦斯爆炸事故瓦斯积聚原因分析
1 2007年煤矿事故简要分析
200
事故起数/起/死亡人 数/人
191,55.7% 139,40.5%
160 120 80 40 0 5,33.3%
违章放炮
事故起数 死亡人数
9,60.0%
机电设备失爆
13,3.8% 1,6.7%
吸烟
2007年重大瓦斯爆炸事故火源原因分析
含量显著增加，造成威胁。
• 3.工作面与裂隙平行时，可提高爆破效率；有利于准 备巷道的瓦斯排除。缺点：工作面容易垮落，也可发 生冒顶事故。 方法：1、一般采煤工作面与主要裂隙的走向20～40°；
综采时可大一些。2、调整支护方向。
2
1）
(真断距)
(地层断距)
真断距（滑距）
断距（地层断距）
（右下） X、Y-上下盘同一岩层界线与断层线的交点 落差
原因：(1)早班因遇到地质破坏带，巷 道围岩较为破碎； (2)爆破后崩倒支架后，未及时支护；
(3)忙于交班，空顶作业，未采取加强 支护措施； (4)一名推车工在空顶区打盹，因撤离 不及时，被冒落岩石击中身亡。此外 未执行“一炮三检”制，放炮后立即 进入工作面装岩。
一、矿山压力与顶板管理基本理论
1、 岩石的物理性质 岩石的空隙性、碎胀性、软化性。 2、岩石的力学性质
7)煤矿生产中寻找断失煤层
•1.层位对比法 （注意：避免不同煤层被错接在一起）
•2.伴生派生构造判断法，推测断失煤层位置
•3.规律类推法（正断层，还是逆断层）
•4.作图分析法，利用各种矿图进行分析对比
•5.生产勘探法（钻探、巷探、物探）
8)采掘过程中预计断层位置
1．同一煤层的不同标高掘巷，当一巷已遇断层， 预计另一巷遇断层的位置。 分两种情况： （1）已知等高线图和断层的位置（图示）
1、直接顶初次垮落
直接顶初次垮落时的跨距叫初次垮落步距。
2、老顶初次来压
老顶(基本顶)岩层第一次失稳垮落引起的采面 压力的变化------老顶初次来压
3、 周期来压
开采引起的由于老顶岩层周期性失稳而引起 的矿山压力现象称为工作面顶板的周期来压。
5、 上覆岩层的运动破坏 初次来压后，采空区上方的岩层一般都产生移动， 形成冒落带、裂隙带及弯曲下沉带。
6、结合不同类型的顶板事故发生的原因，有目的和有 针对性的采取加强支护的措施。
四、采面顶板分类 4.1、直接顶分类 按稳定性不同，将直接顶分为四类：
不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板、坚硬顶板
分类指标：
(1)强度指标D=10*Rc *C1* C2
顶 板 事 故 瓦 斯 事 故 机 电 事 故 运 输 事 故 爆 破 事 故 水 灾 事 故 火 灾 事 故 其 他 事 故 合 计
事故起数 死亡人数
2000-2007重大和特别重大瓦斯爆炸事故 2000-2007年重大瓦斯爆炸事故矿井瓦斯等级 (按矿井瓦斯等级) 2000-2007年特别重大瓦斯爆炸事故矿井瓦斯等级
1995~2007年全国煤矿事故死亡人数和百万吨死亡率图
19 95 年 19 96 年 19 97 年 19 98 年 19 99 年 20 00 年 20 01 年 20 02 年 20 03 年 20 04 年 20 05 年 20 06 年 20 07 年
1995~2007年全国煤矿事故百万吨死亡率
391,85% 事故起数 死亡人数
0
0
17,77.3%
国有地方煤矿
乡镇煤矿
2007年煤矿重大瓦斯事故分类统计
1 2007年煤矿事故简要分析
1.2 2007年事故分类统计
突出
7,31.8% 117,25.4% 15,68.2%
事故起数 死亡人数 343,74.6%
瓦斯爆炸
0
50
100
150
200
250