煤矿顶板灾害及防讲座.ppt

压垮型冒顶：
老顶来压时的压垮型、难冒落的大面积直接 顶离层重力导致的压垮型冒顶（图 2）
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推垮型冒顶
推垮型冒顶包括： 复合顶板推垮型冒顶（图 3） 大块游离顶板离层旋转推垮型冒顶（图 4） 采空区冒矸冲入采场的推垮型冒顶（图 5）
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图3复合顶板冲入采场推倒支柱
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二) 防治措施
1、首先要求支护完整，不致出现顶板局部漏洞；若出现局部漏洞，立即加以堵塞 ，以防其进一步扩大；
2、顶板必须背严背实； 3、严禁202放0/1炮1/2、移溜等工序弄倒支架，防止出现局部冒顶。
二、冒顶预兆
1、顶板破裂严重时，出现顶板掉渣。掉渣越多，说明顶板压力越大。 2、煤体压酥，片帮煤增多。 3、发出响声，岩层下沉断裂。顶板压力急剧增大时，木支柱会发出劈裂声，出
2、主观原因
(1)采掘工作规格质量低劣。作业时不坚持敲帮问顶，发现隐患不及时排除；控顶 距离掌握不当；空顶作业；违章放炮；冒险回柱作业。
(2)管理不善。煤矿生产管理不同于其他行业，井下生产条件随时有所变化，生产 管理者不深入现场，不带班作业，不严格按三大规程办事，盲目开采、违 章指挥、纪律松弛等，常常会造成事故
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（二）、上下出口的局部冒顶
一）上下出口冒顶的原因 • 1、上下出口位于采煤工作面与顺槽的交结处，控顶
范围比较大，加之应力迭加，掘进顺槽时由于巷道支 护初撑力一般都很小，很难控制直接顶不下沉、不松 动、不破碎。 • 2、在上下出口处经常要进行工作面输送机头，机尾 的拆卸工作，这时难免要替换原来的支护，有时还要 碰到替换棚子，就在老柱拆下或碰倒而新支柱未支上 时，已破碎的直接顶可能局部冒落而造成事故。 • 3、工作面不断前移，往往要用工作面支护替换原来 巷道的支护，出口处始终处于反复支撑状态，在一拆 一支间隙中，已破碎的直接顶也可能局部冒落。 • 4、上下出口处的支护还受到老顶来压的影响，直接 顶施给支柱的不仅是垂直压力，还有侧压力，可能推 倒部分支柱而造成局部冒顶。 • 5、顺槽和工作面连接处有时会在顶板和底板出现台 阶2下020/1沉1/2 ，使得此处难以支护，造成局部冒顶事故。
• (3)加强支护。在工作面加打木垛、抬棚、戗柱等特殊支护 ，加密支柱等，或选择工作阻力大的液压自移支架。
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• 四、复合顶板推垮型冒顶防治 • 所谓复合顶板就是由下软上硬多层岩石组成的
顶板。在工作面开采过程中，由于下部软岩下 沉，与上部硬岩离层，支架处于失稳状态。一 旦遇有外力作用，工作面支架因水平方向的推 力而发生倾倒，造成推垮型冒顶事故。
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巷道围岩的应力分布
Ⅰ原始应力区；Ⅱ支承压力区；Ⅲ卸压区 1—自然平衡拱；2、岩壁刚露出时的支承压力；3支承压力向深部 转移； K—20应20/1力1/2 集中系数；
四、斜巷地压
在平巷里，顶压的方向是重力线方向，是垂 直于巷道的顶板的。
在倾斜巷道顶压分解为两个方向的压力，一 个是垂直于顶板的垂地压力(N)，另一个是 平行于顶板的倾斜压力，即下推力(H)
煤矿顶板灾害及防治
云南煤矿安全技术中心－高家礼
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第一节 概述
• 矿井开采过程的采、掘、维修工作面或者是在已掘成 的巷道、采空区等所发生的冒顶、片帮、掉矸等人身 伤亡和非生产事故，统称顶板事故。
• 与矿井瓦斯、矿尘、火灾、水灾一起构成了煤矿通常 所说的“五大自然灾害”；顶板事故是煤矿中最容易 发生的事故，根据资料统计显示，我国煤矿顶板事故 起数和死亡人数，分别占煤矿事故总起数和死亡人数 的50%、40%，80%的顶板事故发生在回采工作面。 因此，认真分析、研究顶板事故的原因及防治措施具 有重要意义。
斜巷底板岩石重力分布： Q-重力； H-下滑力； N-对底板压力
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斜巷架设支架要求
• 斜巷的支架既要承受垂直压力，又要承受下推力 。因此，斜巷的支架就不能按垂直于巷道顶、底 板方向去架设，而必须向上迎一个角度，我们把 棚腿中心线与顶底板垂线之间的夹角，叫做迎山 角。支架迎山角是为了克服下推力，防止支架向 下倾倒的措施之一。
坚硬顶板压垮型冒顶事故的预防措施是：改 变顶板岩层的物理力学性质及减小顶板悬 露面积，加强工作面支护。
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• (1)顶板高压注水。从工作面平巷向顶板打深孔，进行高压 注水。通过顶板注水可以弱化顶板和扩大岩体中的裂隙及 弱面，使顶板岩石强度显著降低。
• (2)强制放顶。采用爆破方法人为地将顶板切断，控制顶板 悬露和冒落面积，减弱顶板冒落时对工作面产生的冲击力 ，爆破时主要在工作面内向放顶线处进行钻孔。
• 3、为防止直接顶中大块游离岩块时在回柱时旋转推倒采场支架 的冒顶事故，应采取下列措施：
• 第一，加强地质及观察工作，搞清楚大石块的位置及尺寸； • 第二，在大石块范围内用木垛等办法加强支护； • 第三，当大岩块沿走向的尺寸超过一次放顶距时，在大石块的局
部范围要延长控顶距； • 第四，如果工作面使用的是单体金属支柱，采用木支柱替换金属
当采用爆破法采煤时，如果炮眼布置不恬当或装药 量过多，也可能在放炮时崩倒支架导致局部顶板事故 。
此外，当老顶来压时，煤壁附近的直接顶可能破碎 ，如果煤层本身强度较底，则容易片帮，从而扩大了 无支2护020/1空1/2 间。也会造成局部冒顶。
二) 防治措施 • 1、采取正确的支护办法。对采煤后露出的
顶板
伪顶
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直接顶
老顶
定板分类
第二节 顶板事故的分类 顶板事故按力源分为漏 垮型、压垮型、推垮型
。
• 漏垮型冒顶：（图 1） 主要由破碎、游离岩石漏冒造成：常发生在靠煤壁附近的局部
冒顶、工作面上下出口的局部冒顶、 地质破坏带附近的局部 冒顶、放顶线及其附近的局部冒顶
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工作面顶板支护控顶距
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工作面几种特殊支护
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3、采空区顶板
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一、局部冒顶事故的成因及防治措施
• 局部冒顶实质上是控制区内已破碎的直接 顶失去有效的支护而造成的。常发生地点：
• （一）靠近煤壁的局部冒顶； • （二）上下出口的局部冒顶； • （三）放顶线附近的局部冒顶； • （四）地质破坏带附近的局部冒顶。
三、巷道围岩的应力分布
• 巷道开掘后，顶板岩石就暴露出来，如不 进行支护，巷道顶板岩层便失去支撑，产 生拉应力 。导致原来的整体顶板岩石破坏 、冒落。与此同时，上部又产生裂缝，这 些裂缝又逐渐扩大，最后冒落。
• 直到巷道形成类似拱的形状以后，顶板岩 石才处于稳定状态。这样形成的拱叫做自 然平衡拱 。
图4 冲击推垮型冒顶之一
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图5 冲击推垮型冒顶之二
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第三节回采工作面顶板灾害防治
一、对采场支架的基本要求 • 回采工作面支架应具备的基本性能应该有
支、护、稳三个方面。即采场支架对顶板 应支得起、护得好、稳得住。
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二、回采工作面顶板管理
顶板管理概括工作面、端头、支护材料的选 型、支护排距、柱距、采空区的顶板管理
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二、矿山压力显现
• 在矿山压力作用下，围岩及支护物会产生一 系列现象，如顶板下沉、冒顶、片帮、底臌 、煤与瓦斯突出、冲击地压，支架压缩、变 形、折断，地表发生移动、塌陷等。这种在 矿山压力作用下围岩和支护物上产生的一系 列力学现象叫矿山压力显现，简称矿压显现
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矿山压力
• 4、支架系统必须具有一定的侧抗力，以防老顶来压 时推倒支架。推广使用“十字”铰接顶梁端头支架来 提高支架的稳定性是防止上下出口局部冒顶比较理想 的措施。
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（三）、放顶线附近的局部冒顶
一）冒顶原因 • 这类事故的原因： 1、是回柱操作不合理，由于先回“吃劲”的柱
子时，引起周围破碎顶板的冒落。回柱作业人 员来不及退到安全地点，就可能被砸着而造成 事故； 2、是当顶板中存在由断层、裂隙、层理等切割 而成的大块游离岩块时，回柱后游离岩块就会 旋转，从而推倒支架导致冒顶； 。
7、在含瓦斯煤层中，瓦斯涌出量会突然增大。
8、破碎的伪顶或直接顶有时会因背顶不严或不牢出现漏顶现象。漏顶后，
会造成支架托空而出现松动，引发冒顶
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冒顶顶板预兆
三、坚硬顶板压垮型冒顶防治
• 坚硬顶板压垮型冒顶是指采空区内大面积 悬露的坚硬顶板在短时间内突然塌落，将 工作面压垮而造成的大型顶板事故。
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（一） 、靠近煤壁的局部冒顶
这类事故的发生是由于采煤过程中，裸露的破碎顶 板得不到及时支护，或支护不当，支护质量不好造成 的。
一）直接顶破碎的原因
由于原生构造及采动等原因，在一些煤层的直接顶 中，存在着许多原生裂隙，在采煤或爆破落煤后，如 果得不到及时支护或支柱打得不紧。这类游离岩块受 采动影响后，就会逐渐脱离岩体，无约束的自由下移 、冒落，以致造成局部冒顶事故。
二）防治措施
• 1、合理布置顺槽，尽可能将顺槽布置在受地质影响 比较小的地段；
• 2、合理设计顺槽断面，顺槽断面尽量不破坏顶板， 不留顶煤，保持巷道顶板的完整性；
• 3、适当加大工作面上下出口的支护密度，增加特殊 支架，可在机头机尾处使用抬棚支护，每对台棚随机 头机尾的推移逐步前移支护；在工作面与巷道相连处 ，宜用一对抬棚逐步前移，托住原巷道直接的棚架。
现折梁断柱现象；金属支柱的活柱急速下缩，也发出很大响声；铰接预梁的 楔子被挤；底板松软时，支柱钻底严重；有时能听到采空区顶板断裂垮落时 发出的闷雷声
4、裂缝变大，顶板裂隙增多。
5、有淋水的采面，顶板淋水有明显增加。
6、顶板出现离层，用“问顶”方式试探顶板。例如，顶板发出“咚咚”声 ，说明顶板岩层之间已经离层。
• 支架的迎山角(β)是按照巷道倾角(α)来计算的，一 般迎 山角等于倾角的1／6～1／8，即β=(1／6 ～1／8)口，例如巷道倾角为30°，则迎山角为 5°～4°。迎山角过大、过小都会降低支架的支 撑能力，迎山角过大叫过山，迎山角给反了叫退 山，都是不允许的。
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煤层的顶顶板板按分其类与煤层的相对位置不同 以及垮落的难易程度不同，分为伪顶、 直接顶、老顶，
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一、矿山压力
• 地下岩体在采动前，由于自重的作用在其内部引 起的应力，通常称为原岩应力。开采前的岩体处 于相对静止状态，所以原岩体处于应力平衡状态 。
• 井下采掘活动破坏了原岩应力的平衡状态，引起 岩体内部的应力重新分布，在重新分布过程中促 使围岩产生运动，从而导致围岩发生变形、断裂 、位移、直至垮落。这种由于进行采掘活动而在 采掘空间周围岩体中及支护物上产生的压力叫矿 山压力，简称矿压
支柱； • 第五，待大岩块全部都处在放顶线以外的采空区时再用铰车回木
支柱。 2020/11/2
（四）、地质破坏带附近的局部冒顶
一）冒顶原因
1、客观原因
(1)采煤过程中因围岩应力重新分布、采煤方法选择不当和巷道布置位置不合理， 所需支承压力大于支护的支撑力，从而造成顶板垮落冒顶事故。
(2) 作业规程不能适用于突然出现的地质构造，如采煤工作面出现小断层，工作中 没注意分析与观察，采取通常的支护方法往往发生冒顶事故。
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复合顶板推垮型冒顶事故的预防措施是： • (1)在工作面上下平巷掘进时不要破坏其复合顶板，应托
伪顶施工。 • (2)工作面初次推采时不要向采空区侧前进。 • (3)避免上下平巷与工作面斜交形成三角形。 • (4)严禁仰斜开采。 • (5)提高支柱的初撑力。 • (6)用拉钩器将工作面支架上下连成一体。 • (7)灵活地应用戗柱或抬棚，使它们迎着顶板岩层可能推
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二）防治措施
• 1、正确的回柱方法，防止顶板压力向局部支柱集中，造成局部 顶板破碎及回柱工作的困难。
• 2、为保证人工回拆吃劲的柱子及分段回拆最后一棵柱子时的安 全，如果工作面用的摩擦支柱，可以在这些柱子的上下多支一棵 木支柱作替柱，然后回拆金属支柱，最后用铰车回木替柱。如果 工作面用的是木支柱，直接用铰车回柱就可以了。
顶板要采用及时支护、超前支护。在加设 支架前，必须敲帮问顶，以防岩块掉落伤 人。同时支柱要有足够的初撑力，支得稳 ，抗得住，力求控制裂隙的发展，岩块的 移动、滑落。 • 2、防止放炮崩倒棚子。放炮时，炮眼布 置及装药量要适度、合理，采用小范围放 炮方式，尽量避免崩倒支架；支柱的质量 牢固有劲，不准打在浮煤浮矸上。 • 3、对易片帮的煤层，支柱应尽量贴近煤 帮。