煤矿顶板灾害防治0514课件

煤矿顶板灾害防治主讲：冯维

煤矿顶板灾害致因与预防

一、顶板事故的危害顶板事故在煤矿事故中占40%。〔一〕我省煤矿近年顶板事故情况1.1995－2001年〔7年〕全省煤矿伤亡事故2802起，死亡5232人。其中：顶板事故1245起，死亡1474人，平均每年178起，死亡210人，死亡事故次数和死亡人数分别占总量的44％和28％(较2001年全国顶板死亡人数高出3个百分点〕。

瓦斯事故826起，死亡2660人，分别占30％和51％。一、顶板事故的危害2.2002－2004年〔3年〕全省煤矿伤亡事故1179起，死亡1921人。其中：顶板事故653起，死亡751人,平均每年218起，死亡250人，死亡事故次数和死亡人数分别占总量的55％和39％。瓦斯事故237起，死亡733人，分别占20％和38％。一、顶板事故的危害3.2004年

全省伤亡事故344起，死亡554人。其中顶板189起，死亡218人，分别占总数的55％和39.4％。

瓦斯事故68起，死亡202人，分别占20％和36.5％。一、顶板事故的危害4.2001－2004年顶板重大事故19起，死亡67人，平均每年4.75起，死亡16.75人，死亡人数占重大事故死亡人数的10％。

5.2005全省煤矿发生死亡事故339起,死亡561人，其中顶板事故189起，占死亡事故总次数的55.75%；死亡226人，占死亡事故总人数的43%；较2004年有所上升。瓦斯事故63起，死亡149人，分别占事故总次数和事故死亡总人数的19%和29%。

一、顶板事故的危害6.2006全省煤矿发生死亡事故304起,死亡484人，其中顶板事故146起，占死亡事故总次数的48.0%，较2005年略有下降；死亡217人，占死亡事故总人数的44.8%，较2005年上升1.5%。瓦斯事故52起，死亡171人，分别占事故总次数和事故死亡总人数的17.1%和35.3%。

一、顶板事故的危害

2007年全省煤矿累计发生伤亡事故248起，死亡390人。发生顶板事故139起，死亡165人。顶板事故起数占所有煤矿事故起数的56.0％，死亡人数占所有煤矿事故死亡人数的42.3％；发生瓦斯事故37起，死亡110人。瓦斯事故起数占所有煤矿事故起数的14.9％，死亡人数占所有煤矿事故死亡人数的28.2％。2007年我省煤矿发生的2起重大事故均为瓦斯事故，共导致28人死亡。一是3月6日邵阳市邵东县牛马司镇宏发煤矿发生的瓦斯爆炸事故，导致15人死亡；二是5月24日郴州市临武县金江镇凤凰岭煤矿发生的瓦斯突出事故,导致13人死亡。

半个世纪以来中国煤炭工业产量增长情况时间（年）产量（亿t）19490.32419796.3554199010.79199512.92199613.74时间（年）产量（亿t）199910.4420009.99200111.06200213.93200316.4200419.605/06/07/0821.5/23.25/25/27.2199713.25199812.33

全省顶板和瓦斯事故统计表年度事故总次数(次)死亡总人数(人)顶板事故瓦斯事故死亡事故次数死亡人数死亡事故次数死亡人数(次)占总数(%)(人)占总数(%)(次)占总数(%)(人)占总数(%)49~954884537.1195~012802/4005232/7471245/179441474/21128826/118302660/3805102~041179/3931921/640652/21755751/25139237/7920733/244380331950519962.3823045.54802522744.9043445541895521839.4682020936.50533956118955.7522043631914929063044841464821744.85217.117135.3072483901395616542.33714.911028.2081822731025611441.731179735.5一、顶板事故的危害结论：1.长期以来，在湖南煤矿伤亡事故中，顶板事故次数总是位居第一。2.近年来，随着“一通三防〞管理的加强和瓦斯治理力度的加大，瓦斯事故次数及其死亡人数均有所减少。顶板事故次数约占煤矿事故总次数的一半，死亡人数到达40％以上，均居第一位。3.顶板事故一般表现为零打碎敲，事故严重度1.15人；但也时有较大和重大事故发生。4.顶板事故对于所有的煤矿都有可能发生，但也都有可能防止，关键在于加强顶板管理。铁箕山矿顶板事故案例二、顶板与矿压规律

1.煤层顶底板概述煤层顶、底板分别指位于煤层之上和煤层之下一定范围内(受开采影响的层段)的岩层。2.顶板分类按岩性和与煤层的相对位置将顶板划分为：伪顶—厚度小于0.5m，极易垮落，随采随冒，直接位于煤层之上。直接顶—岩层较稳定，位于煤层或伪顶之上，一般随放顶可垮落。根本顶—在直接顶之上，岩层厚度在1.5m以上，坚硬难冒落，有时呈规律性折断。典型柱状如以下图所示。

二、煤矿顶板与矿压规律二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律煤层顶、底板岩性，即煤层顶底板的坚硬和松软破碎程度直接影响到开采时采场支护的平安性，是开采的重要平安条件。人们据此对煤层顶板进行分级，作为工作面顶板管理的依据。3.直接顶的分类⑴影响直接顶完整性的三个因素(分类依据)①岩层本身的力学性质；②直接顶岩层内层理和节理裂隙的发育程度；③上覆根本顶来压的影响。

二、煤矿顶板与矿压规律⑵直接顶的分类综合上述①、②两个因素，我国将直接顶按稳定性分为三种类型：①破碎顶板如页岩、再生顶板和煤顶等，回采时这种顶板如不及时支护，很容易造成局部冒顶。②中等稳定顶板此类直接顶的岩层力学强度较大有些岩层〔如砂页岩和粉砂岩〕虽受到一系列裂隙所切割，但局部较完整，仍属中等稳定型。③完整顶板这种顶板允许悬露面积大，稳定性好不易发生局部冒顶，如砂岩、坚硬的砂页岩等。以上是定性划分定量划分:直接顶初次垮落步距大于16～20m的顶板称为稳定顶板；直接顶初次垮落步距小于8m的顶板称为不稳定(或破碎)顶板；直接顶初次垮落步距介于9～15m之间的顶板称为中等稳定顶板。

二、煤矿顶板与矿压规律科学的分类可为顶板控制、支架选型、合理确定支护参数以及为采空区处理方法提供依据。3.直接顶分类〔见下表〕D＝10RcC1C2式中D—强度指数；Rc－岩石单向抗压强度，MPa；C1－节理裂隙影响系数，裂隙间距0.1～1.2m，C1为0.3～0.55；C2－分层厚度影响系数，分层厚度0.1～1.2m，C2为0.24～0.42；

直接顶稳定性分类表类别

指标ⅠⅡⅢⅣ不稳定顶板中等稳定顶板稳定顶板坚硬顶板主要指标强度指数D3031～7071～120>120无直接顶。岩层厚度在2～5m以上，Rc>60～80MPa，I(节理裂隙间距)和h(分层厚度)大于1m的整体岩层，即基本顶。参考指标直接顶初次垮落步距L/m89～1819～25>25

二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律4.根本顶分级根本顶来压强度主要决定于直接顶厚度Σh与采高m的比值N及根本顶初次来压步距L初。根据N和L初两个指标，将根本顶分为四级。分级ⅠⅡⅢⅣ基本顶来压显现不明显明显强烈非常强烈指标N>3～50.3<N≥3～5，L＝25～500.3<N≤3～5，L>50N≤0.3，L＝25～50N≤0.3L>50

塑性弯曲的顶板

是指赋存在煤层之上随着工作面的推进能缓慢下沉，而后逐渐与煤层底板方向接触。这一般在薄煤层或厚度不大的中厚煤层的石灰岩顶板中才可能出现。

二、煤矿顶板与矿压规律4.根本顶分级根本顶距煤层越远，采高越小，那么根本顶来压越不明显。通常，把直接顶厚度h与采高M之比N〔N＝h/M，N又叫直接顶充填系数〕作为根本顶分类指标。据此将根本顶分类如下：①Ⅰ级根本顶N>5，称无周期来压或周期来压不明显的顶板，这时根本顶的垮落与错动对工作面的支架无多大影响。②Ⅱ级根本顶2<N<5，为有周期来压顶板，根本顶的失稳对工作面支架有较为严重的影响。③Ⅲ级根本顶N<2，甚至没有直接顶，为周期来压严重的顶板，这时根本顶悬露与垮落都将对工作面支架有严重的影响。④Ⅳ级根本顶即特别坚硬，且无直接顶，这时常出现采空区内顶板上万平方米不冒落，当其垮落时，常形成暴风，顶板沿工作面煤壁切落，造成重大事故。顶板大面积来压和冒落的预兆和坚硬顶板强制放顶处理措施(参见教材P148～150)。坚硬难冒顶板的防治⑤塑性弯曲的顶板是指赋存在煤层之上随着工作面的推进能缓慢下沉，而后逐渐与煤层底板方向接触。这一般在薄煤层或厚度不大的中厚煤层的石灰岩顶板中才可能出现。

二、煤矿顶板与矿压规律4.根本顶分级根本顶来压强度主要决定于直接顶厚度Σh与采高m的比值N及根本顶初次来压步距L初。根据N和L初两个指标，将根本顶分为四级。分级ⅠⅡⅢⅣ基本顶来压显现不明显明显强烈非常强烈指标N>3～50.3<N≥3～5，L＝25～500.3<N≤3～5，L>50N≤0.3，L＝25～50N≤0.3L>50

塑性弯曲的顶板

是指赋存在煤层之上随着工作面的推进能缓慢下沉，而后逐渐与煤层底板方向接触。这一般在薄煤层或厚度不大的中厚煤层的石灰岩顶板中才可能出现。二、煤矿顶板与矿压规律5.矿山压力根本知识原岩应力—在地下某一深处岩层未被开挖前岩体内所具有的力。包括上覆岩层的自重应力、构造应力和膨胀应力等。其特点:三向平衡。

二、煤矿顶板与矿压规律矿山压力—由开采引起的井巷和工作面周围岩体内的力。支承压力—围岩应力升高区的压力。矿山压力显现—在矿山压力作用下生产的一系列力学现象。如：顶板下沉、垮落，底板隆起，煤壁片帮，支架变形和损坏、支架钻底等。

二、煤矿顶板与矿压规律

6.回采工作面矿压的显现与规律

二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律

〔3〕根本顶初次来压—当根本顶悬露达到极限时，根本顶第一次断裂，同时发生破断岩块的回转失稳。从而导致工作面顶板急剧下沉，此时工作面支架显现压力普遍增大现象，即称为根本顶初次来压。直接顶垮落后，垮落的岩石与根本顶之间有一个小的空间，这是造成根本顶的弯曲、断裂、回转，冒落的原因。如以下图所示。

二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律

〔4〕根本顶初次垮落步距—根本顶初次垮落时，工作面煤壁至开切眼的距离叫做根本顶初次垮落步距。根本顶初次垮落步距的相关因素有：●根本顶的岩石力学性质

●根本顶的厚度

●岩块之间的咬合条件等

根本顶初次来压步距：一般为20～35m，有的可达50～70m不等，持续时间2～3天。二、煤矿顶板与矿压规律

〔5〕根本顶周期来压根本顶初次来压后随工作面的推进，根本顶呈规律性折断，工作面显现周期性的来压，称为周期来压。每一次周期来压，根本顶经历了稳定—失稳—再稳定的变化。如以下图所示。二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律二、煤矿顶板与矿压规律

周期来压时矿压显现：●顶板下沉速度增大●下沉量增大●支柱载荷增加、钻底●煤壁片帮●支柱折损●台阶下沉周期来压步距——工作面推进过程中连续两次周期来压间的距离。周期来压步距：L周=〔1/2-1/4〕L初或L初=(2～4〕L周L初—根本顶初次来压步距。

二、煤矿顶板与矿压规律实例：资兴唐洞煤矿八一井1222工作面矿压观测资料：1.工作面初次垮落步距为8～13m〔属中等稳定顶板〕，垮落前支柱最大工作阻力为84.7KN，活柱最大压缩量为9mm。2.根本顶初次来压步距为19～22m〔前述：一般为20～35m〕，顶板下沉量为100～202mm，下沉速度为147mm/h，支柱工作阻力为120KN。3.根本顶周期来压步距为6～10m，顶板下沉量为60～100mm，下沉速度为55mm/h，支柱工作阻力为80～100KN。4.工作面超前支承压力影响范围12～20m，最强烈的为8～12m。二、煤矿顶板与矿压规律

〔6〕三带回采工作面初次来压后，随着工作面的继推进，工作面上复岩层的活动将逐渐形成所谓的“三带〞，即：●冒落带〔垮落带〕—岩块不规那么垮落和堆积Kp〔岩石松散系数〕=1.3～１.5，压实后1.03左右。●裂隙带—在冒落带之上，岩块断裂但整齐排裂。●弯曲下沉带—裂隙带之上直到地表，岩层裂隙较少，但有下沉。如以下图所示。

二、煤矿顶板与矿压规律二、煤矿顶板与矿压规律

〔7〕采场围岩应力分布由于开采，引起工作面附近围岩应力重新分布，在工作面前方形成了支承压力带，它的影响范围达30～40m或更远,其最大峰值在煤壁前方7～10m处(前述唐洞矿为8～12m)。应力集中系数K可达2～3，且随工作面推进向前移动。工作面前方冒落矸石被压实，一般只恢复到γh或比γh稍高一点。如以下图所示。此外，在工作面风、机巷两侧将形成一个固定支承压力带。二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律

节理、裂隙的影响

●直接顶被切割，易冒顶●影响根本顶的稳定性如以下图所示二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律

二、煤矿顶板与矿压规律

开采深度〔增大〕●原岩应力增大，工作面压力增大●支承压力影响范围增大●支柱载荷增大，顶板难维护●矿压显现加剧、片帮、压出●易诱发冲击地压和煤与瓦斯突出三、煤矿顶板事故的统计分析常见顶板事故统计分析

〔一〕顶板控制顶板的控制目标：“支〞、“护〞、“稳〞、“让〞。支—支柱的工作阻力应能支撑住冒落带岩层的重量。一般来说，冒落带岩层的厚度约为采高的3倍。支护系统要支住这局部岩层的重量，防止冒落带与裂隙带之间发生离层。初撑力(初撑力—支架支设时，将活柱升起，托住顶梁，利用升柱工具使支柱对顶板产生一个主动力。这个主动力称支柱的初撑力。对于液压支柱，即是泵压形成的支柱对顶板的撑力)必须足够。护—是指防止工作面漏冒型冒顶和防止支柱钻底。解决钻底的方法是给支柱穿木鞋或辅设地梁。稳—为防止发生复合顶板推垮型冒顶和冲击推垮型冒顶，应保证冒落带与裂隙带之间不离层，保证整个直接顶板的整体性和稳固性。让—就是对工作面根本顶的下沉要采取“让〞的管理原那么，支柱的可缩量应能适应裂隙带及冒落带根本顶岩层的下沉。要到达上述目的，要求支架既要有一定的支撑力，同时还要有一定的可缩量。(二)支护材料与支护形式1.支护材料回采工作面支护材料和形式有：木支柱、金属摩擦支架、铰接顶梁、单体液压支柱、π型梁等、液压支架等。2.支护形式戴帽点柱〔木支柱或单体支柱〕、走向棚子支护、倾斜棚子支护、特种支架、液压支架等。戴帽点柱矩形布置三角形布置帽厚50～100mm，长0.3m

走向棚子支护特种支护

加强放顶处对顶板的支撑，回柱前在放顶排处另外架设的支架

〔a〕丛柱；〔b〕密集；〔c〕木垛；〔d〕斜撑端头四对八梁普采工作面支护高档普采工作面支护综采工作面

综采工作面综采工作面(三)顶板事故的致因分析

1.采煤工作面顶板事故分类

按冒顶范围可将顶板事故分为局部冒顶和大面积冒顶；按发生冒顶事故的力学原因可将顶板事故分为压垮型冒顶、漏垮型冒顶和推垮型冒顶。

⑴工作面局部冒顶事故局部冒顶事故发生的次数约占采煤工作面冒顶事故的70%。局部冒顶造成的人员伤亡占冒顶事故总人数的60～70%。回采工作面顶板事故分类小范围局部冒顶大面积切顶直接顶破碎直接顶运动老顶运动推垮型压垮型采煤过程中事故放顶过程中事故沿倾斜方向向煤壁方向向老塘方向向煤壁方向向老塘方向冲击推垮型（砸垮型）压垮型2.不同采煤方法和工艺条件下的采面冒顶事故√(1)普采一次采全高工作面1〕经常发生冒顶的地点●煤壁附近的冒落●工作面两端的冒落●放顶线附近的冒落●地质破坏带附近的冒落●开切眼附近地带〔初次放顶〕冒落3〕防治措施①加强工作面支护，逐渐采用单体压支柱②增加支柱初撑力(50KN/摩擦、60KN/80mm、90KN/100mm〕③缩小控顶距④正确平安回柱放顶，加设必要的特种支护⑤严禁不同工种同时同地平行作业⑥加快工作面推进速度⑦加强矿压观测，摸清顶板活动规律⑧加强对初次放顶的监控与管理⑨增加支架的稳定性〔支架联锁〕⑩加强平安教育，提高自身平安意识〔2〕普采分层开采工作面1〕冒顶事故的特点①开切眼附近，初次放顶前后②有明显前兆，多数推垮突然③推垮前支柱受力不大④上位岩层大面积悬露，有大块冒下⑤支柱多数向下向采空区方向倾倒⑥推垮型速度快，人力无法抗拒⑦易发生在回柱时⑧事故多发生在摩擦支柱工作面如以下图所示2〕原因分析：①由于支护不到位、不及时或失效而出现网兜②碎矸石与上位断裂硬岩大块岩石产生离层③网兜漏冒造成顶板整体运动，推倒工作面支架④假顶铺设不严，灌浆注水不充分⑤工作面支护质量不好，密度不当，稳定性差⑥对网兜现象处理不及时⑦其他工序导致冒顶〔放炮等〕3)防治措施①控制控顶距，提高支柱初撑力，防止网兜出现，防止碰倒支架②增加支架的稳定性，十字顶梁③工作面开切眼，内错布置，初次放顶，将网剪断④加强工作面质量管理，机采及时挂梁，缩小截深⑤灌浆灌水充分⑥回柱放顶采取严密平安防范措施√〔3〕炮采一次采全高工作面1〕复合顶板的概念—复合顶板就是离层型顶板复合顶板的三个特征：①煤层顶板由下软上硬不同岩性的岩层组成。②软、硬岩层间夹有煤线或软弱岩层。③下部软岩层的厚度通常不小于0.5m，且不大于3m。此外当伪顶厚度超过0.5m时，该顶板就是复合顶板。2〕炮采工作面冒顶发生地点①开切眼附近②地质破坏带③旧巷附近④上下出口附近⑤放顶线附近⑥煤壁炮道附近3〕炮采工作面冒顶致因分析

①支架支设质量不高，支在浮煤软底上

②初撑力不够，稳定性不好

③支护密度和支护强度不够

④放炮药量大，顶眼距顶板近，震动顶板，使顶板断裂⑤放炮后不能及时支护，使顶板下沉量加大，离层严重⑥推进度慢，造成顶板情况恶化⑦控顶距过大⑧放顶特殊支护不到位，操作工序错误4〕炮采工作面防冒顶措施①支柱支在硬底上，勾顶严密②增加初撑力，增加支柱稳定性③合理支护密度和支护强度，排距柱距④放炮严格按设计要求，小炮多茬，分段，最小抵抗线在两柱之间，而且高于运输机。⑤及时拉梁，打临时柱⑥保持正常推进度⑦严格按设计作业，控顶距不能过大。〔4〕炮采分层开采工作面根本情况同普采分层开采，但有其特殊性1〕特点及预防措施

①减少放炮对上分层的破坏及震动，放小炮，小进度，药量小。②及时支护裸露假顶③选好炮眼方向，防止崩倒支柱，崩翻设备④注意平安躲炮，平安放炮√(5)残采工作面A.残采的特点①残采即矿井将要报废，为延长效劳年限而开采原来丧失的或留下的边角煤、煤柱或工作面丢掉的煤皮，有的地方叫复采等。②残采时条件远不如初始的条件，工作条件复杂。矿山压力依残留煤炭条件而异，变得复杂，难以控制。顶板大局部由于采动已断裂。③残采很难形成正规面开采，大局部属非正规开采，给平安开采带来更大的困难。B.残采顶板事故特点①多发生在地质变化带②孤岛采煤，压力大，难控制③残采工艺落后，支护设备陈旧④规程往往审查把关不严，易出漏洞

C.残采顶板事故防治①严格作业规程的审批和贯彻，摸清情况，不准冒险和违章作业。②严格支护质量和支护密度，支护强度，加强特种支护。③建立顶板监测、监控制度。④加强对残采工作面职工的平安教育，完善各种规章制度。湘潭县谭家山镇棠霞煤矿顶板事故.doc3.巷道顶板事故致因与防治巷道冒顶事故在整个冒顶事故中所占比重为20%。巷道冒顶事故常发生在掘进工作面迎头、巷道维修和巷道交叉处。〔1〕掘进工作面冒顶事故的分类按事故原因一般分为两大类：1〕巷道支护不及时。掘进巷道岩石破碎后，顶部岩石与岩体失去联系，如果支护不及时，该岩石就可能随时发生冒落。地质变化带的顶板岩石冒落，裂隙发育的巷道抽条都属于此类。2〕巷道支护质量差。已支护的巷道顶部岩石，在支护失效或背顶不