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文档简介
1、一、回采工作面顶板事故预防 回采工作面的支护质量与顶板动态监测 主要是为了保证工作面正常生产及防止发生顶板事故。煤矿顶板事故对矿井安全生产 危害极大,从我国煤矿事故统计来看,顶板 事故一直居各类事故之首。据历年统计,国 有煤矿顶板事故约占死亡事故的40-45%,顶板事故中大多数又发生在回采工作面,约占70%。为预防回采工作面顶板事故,首先 应对其基本特征进行分析。(一)工作面冒顶事故的基本特征据我国各矿区历年的事故统计分析,工作 面顶板事故发生的地点、条件和方式均有一 定的规律性,认识和掌握这些规律对监测和 控制冒顶的发生是很有必要的。1、顶板类型 发生冒顶的工作面顶板往 往是较软的、较硬的、
2、复合顶板或镶嵌型顶 板。较软的顶板中有再生顶板、伪顶、松散 型及破碎型顶板,如近距离煤层上层回采后 的下煤层顶板呈现为膨胀后的破碎顶板。较硬的顶板易造成大面积来压及镶嵌型局部 冒顶等。复合顶板或称离层型顶板的岩性结 构为下软上硬,其下位软岩层的厚度一般小 于采高,软硬岩层间常夹有煤线或薄层软弱 岩层。据统计,这三类顶板发生事故约占全 部工作面顶板事故的 70-80%,其中以复合 顶板下发生事故最多。地质构造带如断层、 褶曲附近,顶板容易破碎,也易引起冒顶。2、冒顶地点按工作面发生冒顶的位置, 主要在两端两线,即上下端头、煤壁线(梁 端到煤壁无支护空间)、放顶线。上下端头 冒顶约占25%、煤壁线
3、冒顶约占30%、放顶 线冒顶约占20%、工作面冒顶约占25%。按 工作面沿走向推进的位置,有将近70-80%的顶板事故发生在初放期间,其中多数事故发生于工作面离开切眼小于 10m范围内,常 处于工作面初次来压前。3、支护形式顶板事故与支护机械化程 度关系极大。据统计,摩擦支柱工作面比木 支柱工作面顶板事故减少 60%,而又比综采 工作面顶板事故高6-9倍,比单体液压支柱 工作面高2-4倍。1990年在国有煤矿工作面 中,单体液压支柱普采面占 21.8%,炮采面 占58.5%。包括采用单体液压支柱的炮采工 作面在内,单体液压支柱工作面约占工作面 总数一半以上,是支护质量监测的主要对 象。4、冒顶
4、类型 局部冒顶事故约占 70%, 大范围的冒顶事故约占 30%。冒顶类型可分 为下列五类:第一种类型为推垮型冒顶。约占冒顶事故 之半。推垮型冒顶事故经常与复合顶板以及 初采期相联系,其垮落特征为:(1)冒顶前采 场顶板压力不大,支柱没有明显变形及损 坏,支柱活柱极少下缩;(2)冒顶后上部硬岩 层悬露不冒,也有只冒数个大块,冒顶高度 有限;(3)冒顶岩块在垮落前一般四周已有裂 缝,且沿倾斜下方有冒落空穴或台阶状自由 面作为岩块移动的去路;(4)冒顶后支柱一般 没有折损,只是向煤层倾斜的斜下方倾倒。第二种类型为压垮型冒顶。往往由老顶大 面积初次或周期来压造成, 约占冒顶事故总 数的7%,次数虽然不
5、多,但造成损失较严 重,通常表现为来压前顶板平整,来压时采 场煤壁片帮加剧,顶板沿煤壁切开呈台阶下沉,顶板急剧下沉,采空区悬顶掉硝,活柱 急剧下缩或折损,随着单体液压支柱的推广 使用,这类事故逐渐减少。第三类冒顶事故为漏垮型。 顶板主要由松 散的岩层或再生顶板组成,当端面空顶较大 或假顶破损或封顶不严时才发生漏顶,或在地质变动带掉硝抽空,加上大块冒砰下砸使 支架失稳而冒顶,这类冒顶范围较小,一般 为2-3m,但处理不当也可能扩大冒顶范围。第四类为冲垮型。顶板主要为坚硬岩层, 在采空区悬顶较大,冒下的巨块岩石沿倾斜 滑向煤壁,冲倒特种支架,形成冒顶。分层 开采时假顶上方的巨块岩石下滑活动而引 起
6、倒柱冒顶。第五类为局部岩块冒落型。这种顶板结构 常为镶嵌型结构,顶板受人字劈、草帽劈等 影响,或有锅底状包裹体,加上支护不及时, 空顶面积较大或棚档较大,使岩块沿滑面脱 落而造成冒顶,这类冒顶虽范围小,但事先 少有预兆,容易被人忽视。从以上分析可知,不论哪种冒顶均是由于在 一定条件下矿山压力作用于采场围岩,通过 老顶、直接顶或复合顶以及煤壁、采空区砰 石等形成的各种矿山压力显现。 这种矿压显 现需通过支护的支撑力、 正确的阻力分布及 侧向稳定性来控制,当支架与围岩间出现力 的不平衡时,就可能产生各种类型的冒顶。防止冒顶是回采工作面顶板管理的中心 任务,其内容主要有以下几方面:1、合理选择开采方
7、法、开采顺序及巷道 布置等以减小采场的顶板压力;2、合理设计采场支护,正确确定其型式、 阻力、布置等参数,并进一步促进支护改革, 强化支护手段;3、认真进行顶板动态监测,掌握顶板活 动规律,尤其对于老顶来压剧烈而支护能力 较弱的单体支柱工作面,进行来压预测预 报,提前采取措施,避免产生压垮型或引起 其他形式的冒顶事故;4、经常全面地进行支护质量监测,保证 支架处于有效、良好的工作状态,对重点地 区事故多发地段及时着重监测,边测边改, 为生产技术管理及时提供信息及依据,实行科学管理。(二)采面支护质量与顶板动态监测的发展 回采工作面的支护质量与顶板动态监测的 发展大致经历了三个时期。1、顶板压力
8、预报及三量观测1964年西山矿务局提出了顶板压力预报 的方法,其内容偏重于地质变化及来压预 报,先进行煤层赋存的地质条件以及生产技 术因素的调查,并适当观测一些必要的特征 量,在分析研究的基础上,提出预报及制订 措施。预报分为长期、中期及短期三种。长期指工 作面的整个开采期间;中期指未来一旬或半 月内预报一次;短期指每 5天内预报一次。 预报内容指压力变化的地点、时间和危险程 度以及技术措施。预报要简明易懂,图表化。 同时,在矿压三量观测的基础上,开始对顶 底板相对移近量、移近速度、支柱载荷及活 柱下缩量进行定量观测。2、利用超前巷道内矿压显现变化作顶板动 态预报并对工作面工程质量标准,进行检
9、查 评级1982年原山东矿院同志首先在枣庄局发现,当上覆坚硬岩层超前断裂时,在工作面 上下两巷内测得顶板反弹信息,可以作为工作面来压预报的基础,由此发展一种利用动 态仪布置在工作面前方的巷道内捕捉信息 进行顶板动态预报的方法,以后在铜川、徐 州等局还发展了利用超前巷道内压力变化 作为预报顶板动态的方法。原煤炭部制定的几次加强顶板管理的若 干规定,如简称19条、30、20条等,规定 要加强矿压观测工作及保证支护质量标准, 如达不到性能标准的支柱不准入井,摩擦式 金属支柱初撑力不得小于 2t,推广5t升柱器 等。3、工作面支护质量与顶板动态日常监测顶板动态预报,在预防老顶剧烈来压威胁 采场安全中发
10、挥了较好的作用。如在北京矿 务局由刀柱法管理顶板转变为垮落法管理 顶板时,在徐州局、枣庄局等事故多发条件 下,能较准确地预报来压。原煤炭部生产司 制定的顶板管理条件,为今后科学管理顶 板,大幅度减少顶板事故打下基础。在此以前的矿压观测与来压预报有以下不足之处:(1)矿压观测一般需占用较多人员,观测 数据的整理较费时,观测线常设在中部,代 表面较窄,尤其与事故发生地点及时间可能 不符,指导生产还不够及时。(2)矿压观测与支护质量联系不够密切, 而控制围岩避免发生冒顶的主要手段是靠 支护,因此在作业规程既定的情况下,保证 支护质量是最首要的。(3)检查支护质量侧重直、匀、及时,但 更重要的应该是支架的内在质量,即支柱应具有足够的初撑力及工作阻力,而且应能及 时发现问题,及时整改。1988年新汶矿务局与中国矿大首创的支 护质量与顶板动态监测在克服上述不足之 处方面有很大改善,使矿压观测与生产管理 的结合发展到新阶段,并随着全国推广出现 不少新做法、新指标、新仪器,使监测方法 更为完善,从而可将工作面的控顶工作纳入 科学管理的轨道。二、单体支柱工作面支护质量与顶板动态的 监测(一)以比值为主要监测指标的监测方法 所谓比值就是顶板下沉量与活柱下缩量之 比.现首先以新汶局与中国矿大开始推出的 方法为例。其具体做法如下:1、设置观测线与量测数据沿工作面每10m左右设一条
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