浅谈急倾斜煤层单体支护工作面顶板事故与预防

1、论急倾斜煤层摩擦式金属支拄支护工作面顶板事故预防文李春印(双矿集团技工学校 摘要:本文从介绍急倾斜采煤工作面的顶板事故类型开始,叙述了急倾斜煤层矿压显现特征,其目的是为了减少急倾斜工作面的顶板事故的发生,通过对顶板事故原因的详细解析,得出了预防措施,进而提出了加强采场工程质量的管理,严把质量关的重要性。关键词:顶板事故;矿压显现;支护管理;急倾斜。急倾斜煤层倾角为大于45度的煤层,由于倾角较大,因此采煤工作面顶板管理活动,开采工艺、工作面矿压显现等方面都具独有的特征。1 急倾斜采煤工作面的顶板事故类型有四种:1.1漏垮型冒顶事故:发生事故的工作面的顶板岩层比较松散,破碎或由胶结性较差的再生顶板

2、,伪顶等组成。由于煤层倾角较大,若不能及时有效的控制顶板,如采场中某处发生局部漏顶或掉渣,则在顶板上部抽空后,就会因支护失稳而发生冒顶事故。1.2压垮型冒顶:这类顶板事故大多发生在采煤工作面老顶初次来压或周期来压期间,约占冒顶事故的7%左右,次数虽然不多,但造成的损失是非常严重的,其特征是来压前顶板稳定,来压时采煤工作面煤壁片帮加剧,顶板沿煤壁断裂,呈台阶状急剧下降,采空区悬顶掉渣,支护活柱急剧下缩,支护折断或失稳,最终酿成事故。1.3推垮型冒顶事故:推垮型工作面顶板事故通常发生在复合型趋势直接顶条件下的采煤工作面,在顶板事故中占较大的比率,事故的发生多由采煤工序诱导所致,如放炮、放顶、造成煤

3、壁附近的顶板下沉、破碎,煤壁处煤体压酥片帮,造成顶板沿倾斜方向滑动,发生推垮型事故。1.4冲垮型冒顶事故:大多数发生在顶板较坚硬的急倾斜煤层采煤工作面。由于采空区悬顶较大或四柱放顶时,放下或冒下的大块顶板岩石倾斜方向向下运动,冲倒采面支护面酿成事故。2 急倾斜煤层采面矿压显现特征急倾斜采煤工作面回柱放顶后,垮落下来的矸石会沿煤层顶板滚动下滑至工作面下部采空区。煤层倾角较大,矸石滚动下滑越明显,采煤工作面下部采空区充填得越充分,该处对直接顶的支撑力作用力就会超高。而采区上部、因垮落矸石滚动下滑,形成大面积自由空间,该区域煤壁片帮、顶板下沉的现象将会变得更加明显.因此要求采区支护具有更高的稳定性和

4、承载能力。矸石对采面顶板的支撑力由下而上逐渐变小,中部偏大,从而导致急倾斜煤层采煤工作面沿倾斜方向:工作面支护的承载状况的不均性。3 分析顶板事故的原因从发生事故的采煤工作面顶板管理状况来看,支柱的初撑力与工作阻力偏低,控顶距过大的是顶板事故的直接原因3.1支柱初撑力过低通过对采煤工作面的矿压观测统计结果表明,单体液压支柱采煤工作面的实测初撑力在4580KN之间的占75%以上,远远达不到单体液压支柱设计初撑力(90KN的标准究其原因,主要是支护系统的刚度不够,注液时间短,工人操作不规范,支柱支在活煤或矸石上,煤层底板比较松软,支柱钻底严重等原因对于采用金属摩擦支柱支护的采煤工作面,其初撑力更低

5、,据统计,大多数采用金属摩擦支柱支护的采煤工作面支护的初撑力达不到15KN。初撑力过低,极易导致直接顶离层、酿成冒顶事故。3.2支柱工作阻力达不到设计要求根据开采急倾斜煤层的单体液压支柱采煤工作面的矿压观测结果,支柱工作阻力在150KN 以下的占70%左右,大于200KN的不足30%,可以看出,开采大倾斜煤层的单体支柱采煤工作面支护,大多处于较低工作阻力状态。对于急倾斜煤层采煤工作面的部分单体,液压支柱实际工作特性及工作状态,做了系统的分析,看得出一个单体液压支柱的实际工作特性,它不仅与支柱的设计工作特性曲线存在着较大的差异,同时不同的支柱之间也存在很大的差别,导致整个采场各单体支柱之间所呈现

6、的工作阻力的不均匀性,液压支柱的初撑力对其工作阻力有着直接的影响,初撑力大干90KN,其工作阻力均能达到额定的工作阻力,而初撑力小于50KN 的基本上都处于微增阻的工作状态。3.3控顶距过大或顶板未得到及时支护采煤工作面控顶距离过大或顶板未得到及时支护,可导致顶板挠曲、下沉和直接顶过早离层,从而造成顶板破碎,直至冒顶。4、预防措施安全开采急倾斜煤层的工作面要解决两个关键:要加强采场工程质量管理,严格按照采场支护设计与工艺要求进行生产;是要解决顶板管理方面的各种重大的技术难题;如解决因矿山压力显现特征的变化,使采场顶板管理适应的问题支柱防倒、防滑等问题。4.1开采技术措施正确认识所采煤层的顶底板

7、物理力学性质和顶板来压规律,是预防急倾斜煤层采煤工作面顶板事故的关键,开采急倾斜煤层的单体支柱工作面,要保证所采用的支护在支架一围岩系统中充分发挥其作用,必须针对所采煤层开采地质条件,来合理设计采场支护体系,是预防顶板事故的可靠手段。矿压观测结果表明,随煤层倾角的增大,支柱载荷变小,因此直接顶的稳定性主要靠自承能力来维持。对破碎松软的直接顶,由于其自承能力较差,下滑趋势明显,所以在急倾斜煤层采煤工作面中,除要求采场支柱应有足够的支护体系安全可靠,又要急时地加强局部地段的支护工作,以便有效地防止漏垮型顶板事故的发生,最终实现保证采面整体稳定性和安全状况。对复合型顶板,要坚持“支护”并重的作法,尽

8、可能避免直接顶过是上的离层、抽顶。为有效的防止推垮型事故的发生,提高支柱的初撑力和增强采场支架的稳定性尤为重要,应视底板硬度情况,作出不小于1OOmm的柱窝;支设金属摩擦支柱必须使用5T 的液压升柱器,保证支柱的初撑力达到3T 以上;采用单体液压支柱的工作面,不仅要确保足够的注液时间,而且还必须进行二次注液。同时要使支柱有35度的迎山角;支柱支设好后,应沿底板自下而上在支柱根部打上撑子使支柱之间形成相互联系的支撑结构,增强采场支架的整体稳定性,实现有效地防止支柱下滑。对于顶板较坚硬,稳定性较好,来压强度大的采煤工作面则要以“支”为着眼点,保证支柱具有足够的初撑力与工作阻力,使采场支护具有足够的

9、稳定性,整体性和良好的增阻性能,使支柱工作阻力得以正常发挥,以提高采场的支护强度,防止压垮、冲垮型顶板事故的发生。对底板松软,单体比压小于14wpa采煤工作面,必须穿柱鞋,以有效的提高采场支柱的支撑能力。对复合型顶板,要坚持“支护”并重的作法,尽可能避免直接顶过是上的离层、抽顶。为有效的防止推垮型事故的发生,提高支柱的初撑力和增强采场支架的稳定性尤为重要,应视底板硬度情况,作出不小于1OOmm的柱窝;支设金属摩擦支柱必须使用5T 的液压升柱器,保证支柱的初撑力达到3T 以上;采用单体液压支柱的工作面,不仅要确保足够的注液时间,而且还必须进行二次注液。同时要使支柱有35度的迎山角;支柱支设好后,

10、应沿底板自下而上在支柱根部打上撑子使支柱之间形成相互联系的支撑结构,增强采场支架的整体稳定性,实现有效地防止支柱下滑。4.2加强采场工程质量的管理,严把质量关。要认真搞好采面支护质量监测与采场顶板安全状况评估工作,按采场支护设计与工艺要求进行施工,不使用不合格的支柱和支护材料,以确保采场工程质量符合设计要求。要保证合理的控顶距,实际生产经验表明,控顶距过大和过小都不利于采场顶板管理,一般情况下,控顶距以4-5排为宜,顶底板破碎时,控顶距相应小些。4.3加强特殊支护与做好回柱放顶工作初次放顶,初次来压,周期来压及采煤工作面过断层破碎带期间,要加强特殊支护,打好丛柱、钱柱、钱棚与密集支柱,增加木垛个数,并认真抓好急倾斜或大倾角煤层采煤工:作面的初次放顶与采场收尾时的