(五)煤矿顶板事故及预防知识

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1、第五节 煤矿顶板事故及预防知识 顶板事故是指在地下采掘过程中，由于围岩破坏、支护失效而引起顶帮垮塌等造成的人员伤亡、设备损坏或中止生产的事故。 一、矿井顶板概述 1矿井顶板类型 矿井煤层顶底板岩层一般由砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、黏土岩或石灰岩等组成。按顶板与煤层相对位置及垮落难易程度，可将煤层顶板分为伪顶、直接顶和老顶。 2顶板支护方式 采煤工作面顶板的支护形式按结构分，有单体支柱和由柱及梁组成的支架(棚子)；按材料分，有金属支架和木支架；按工作原理分，有摩擦式金属支柱、单体液压支柱及液压支架。 3采空区顶板控制方法 采煤工作面向前推进，顶板悬露面积不断增加，工作面压力也逐渐加大。为了使采煤工

2、作面正常生产，必须对采空区悬露的顶板及时处理。采空区的顶板处理方法，主要根据顶板岩层性质、岩层厚度和开采煤层的厚度等因素选择。我国大部分矿区采用全部垮落法，少数采用缓慢下沉法及煤柱支撑法。 (1)全部垮落法。主要适用于松软、容易垮落的顶板，近来又应用到坚硬顶板中。 (2)缓慢下沉法。这种方法利用塑性顶板弯曲下沉直至与底板接触来维护采空区顶板，适用于薄煤层，尤其是具有底鼓性质的底板更为适宜。 (3)煤柱支撑法。这种方法是每当工作面推进一定距离后，留下适当宽度的煤柱来支撑顶板或切断顶板，在煤柱的另一侧重新开切眼进行回采。煤柱的宽度和间距根据顶板岩性和煤质的软硬程度来确定。 二、顶板事故的分类及常见

3、发生地点 煤矿顶板事故按常见发生地点分类如下：顶板事故分为掘进工作面顶板事故和采煤工作面顶板事故。掘进工作面顶板事故分为掘进头、巷道交岔点和换支架处。采煤工作面顶板事故分为局部冒顶和大冒顶。局部冒顶分为煤壁附近、上下出口、放顶线附近和地质构造带附近。大冒顶分为采空区和采煤工作面附近。 1大冒顶事故 所谓大冒顶事故，就是指相对局部冒顶而言，灾害面积较大的冒顶事故。在采煤工作面开始推进后，随着采空区的不断扩大，工作面和采空区上方的老顶矿山压力也不断增大，并开始显现，即常见的初次来压和周期来压。如果这时不采取相应的措施(如采空区顶板悬露面积过大，没有强制放顶等)或采取的措施不当(如工作面支架支撑力过

4、小)，都会引发大面积冒顶事故。 大冒顶有以下易发地点： (1)顶板坚硬且采空区顶板悬露面积过大，没垮落的采煤工作面。 (2)地质构造带附近。当采煤工作面遇到地质构造带，顶板失去了原有的塑性和完整性造成大块岩体下滑、垮落。 (3)局部冒顶附近。 (4)顶板淋水附近。由于顶板含水，硬度下降，裂隙张开，顶板完整性被破坏。 2局部冒顶事故 局部冒顶事故通常是由于顶板破碎断裂(垮塌)而导致支护失效或没有支护(空顶)所引起的。在采煤过程中发生冒顶的主要原因是顶板破碎没有及时支护，或及时支护但质量不合格；在回柱过程中发生冒顶的主要原因是回柱操作方式及顺序不合理。 局部冒顶主要发生在以下地点： (1)地质构造

5、带附近。地质构造带如向斜、背斜轴部，褶曲轴部，顶板岩石破碎带及断层附近容易发生局部冒顶。 (2)上下出口附近。工作面上下出口的控顶范围比较大，随工作面移动需拆除巷道支架，并重新架设，由于支架的初撑力较小，在采动的影响下，使直接顶下沉、松动、破坏，容易发生冒落造成局部冒顶。 (3)煤壁附近。工作面煤壁附近的局部冒顶一是由于采动、爆破后，顶板容易形成各种劈裂，造成游离岩块或遇破碎顶板，支护不及时而发生局部冒顶；二是在炮采工作面，因炮眼角度、装药量不当，崩倒支架发生局部冒顶；三是老顶来压，因煤壁片帮形成局部无支护而发生局部冒顶。(4)放顶线附近。当回撤压力大的支柱时，往往柱子一倒顶板就冒落，再由于断

6、层、层理等切割形成的较大游离岩块，会因回柱而回转冒落，推倒工作面支架，造成局部冒顶，如图51所示。同样，在金属网下回柱放顶时，若网上有大块游离岩块，也会因回柱而推垮支架，造成局部冒顶。图51 顶板中游离岩块回转推倒支架三、发生顶板事故的预兆1大冒顶的主要预兆1)顶板的预兆(1)顶板连续发出断裂声，有时发出闷雷声，这是由于顶板断裂造成的。在顶板突然来压和工作面总支撑力较低时，工作面顶板下沉量会突然增加，顶板沿煤帮方向会出现裂隙，原有裂隙张大，甚至产生台阶下沉，如图52所示。图52 工作面台阶下沉 (2)顶板大面积来压时，在破碎顶板处连续掉碴，岩粉末下落，岩尘飞扬。如完整顶板有抓顶煤时，煤和顶板离

7、层脱落。 (3)在伪顶和假顶下，有大量的煤屑和碎矸石下落卷起尘雾。(4)当顶板比较坚硬时或初次放顶后，采空区内的顶板有时较大面积不垮落。为了预报采空区顶板活动情况，在采空区沿倾斜方向每隔20至30米留一根木顶柱，砍去23缺口，作为信号柱，如图53所示。当顶板来压时，信号柱被压弯折断，发出响声。图53 信号柱 2)煤帮的预兆 (1)由于冒顶前顶板压力增大，工作面及周围巷道煤帮受压增高，造成煤质变酥，片帮增多。 (2)在工作中使用电钻打眼比平时省力。 (3)采煤机工作用电负荷减少等。 3)支架的预兆 (1)使用木支架时，支架大量被压坏或折断，并发出响声；使用金属支柱时，耳朵贴在柱体上，可听见支柱受

8、压后发出的声音。 (2)当顶板压力继续增加时，活柱迅速下缩，连续发出“咯咯”的声音；若工作面留有底煤或顶板较软、破碎时，支架有插底及钻顶现象。 (3)工作面使用铰接顶梁时，在顶板冲击压力的作用下，有“飞楔”现象，即楔子被挤出或弹出。 4)瓦斯及淋水的预兆 在含瓦斯煤层，瓦斯涌出量突然增加；有淋水的顶板淋水量增加。 2局部冒顶的预兆 (1)响声。木支柱发生劈裂声，紧接着出现折梁断柱现象；金属支柱的活柱急速下降(或下缩)，也发出很大的声响；有时还能听到采空区内顶板发生断裂时的闷雷声。 (2)掉碴。顶板严重破裂时，折梁断柱现象增加，继而出现顶板掉碴现象，掉碴越多，说明顶板压力越大。 (3)煤壁片帮。

9、冒顶前片帮煤比平时增多。 (4)裂缝。当顶板裂缝加宽加深时，就有可能发生冒顶。 (5)漏顶。因背顶不严或支架不牢出现的漏顶现象，如不能及时处理，当顶板岩石继续冒落时，就会出现没有声响信号的大冒顶。 (6)顶板出现离层。顶板快要冒落时，常出现顶板离层现象，要用敲帮问顶的办法判断，即操作人员站在安全地点，用长钢杆先捅掉破碎的煤和岩石后，再用斧、镐或钢杆敲打顶板，如果声音清脆，则表明顶板完好；如果顶板发出“空空”的响声，说明上下岩层之间已经离层。当离层很厚时，则不好辨认，这时要用震动问顶法，用左手按住顶板，右手用工具敲击，如果左手感到轻微震动，则顶板发生离层，要立即加强支护。 (7)在含瓦斯煤层中，

10、瓦斯涌出量突然增大。 (8)有淋水的工作面，淋水量有明显的增加。 四、防治顶板事故的主要措施 (一)掘进工作面冒顶事故的防治措施 (1)巷道尽可能布置在稳定的煤岩中。 (2)根据掘进巷道(煤)岩石性质，选择合理的支护形式。 (3)掘进头有空顶区和破碎带，严禁空顶作业，紧跟掘进采取临时支护措施，并且必须背严接顶。需要时，一是应挂网，防止漏空；二是用拉条等将支架连成一体，防止推垮。 (4)严格执行敲帮问顶制度、作业规程及操作规程的要求，支架质量及支护形式要合理。 (5)炮眼布置和装药量要合理，以防爆破崩倒支架。 (6)采用锚杆支护时，要合理确定锚杆的深度及密度，必要时采用锚喷网联合支护。 (二)采

11、煤工作面冒顶事故的防治措施 1局部冒顶事故的防治措施 1)地质构造带附近局部冒顶的防治措施(1)断层，向斜、背斜轴部，如果工作面与构造带轴线部平行应斜交通过。 (2)断层两侧加木垛，并尽可能迎着岩块可能下滑方向支架戗棚或戗柱。 (3)加强破碎带的支护。 2)上下出口附近局部冒顶的防治措施 (1)工作面上下出口处要架设特种支架。 (2)支架必须稳定性高、支撑力足够，以防老顶来压时摧垮支架。 3)煤壁附近局部冒顶的防治措施 (1)根据实际情况，工作面落煤后采用前探支架式贴帮点柱及时支护。 (2)工作面的支护形式要和顶板岩性相适应，如松软、破碎顶板应采用支架并用背板背实，采用或自移式支架。 (3)对

12、于炮采工作面，作业规程中必须明确炮眼距顶板的最小距离及同支架错开的间距，以及最大的装药量和一次爆破量，防止崩倒支架，造成过太空顶及空距。 (4)严禁空顶作业。 4)放顶线附近局部冒顶的防治措施 (1)严格执行作业规程，采用正确的回柱方法，尽量避免顶板压力集中在个别支柱上。 (2)在单体金属支柱工作面，应在大块岩石范围采用木支柱替换单体金属支柱，待大块岩石全部处于放顶线以外，再开始回柱。 2大冒顶事故的防治措施 工作面大冒顶可分为推垮型、压垮型、漏垮型3种。 1)推垮型冒顶事故的防治措施 推垮型冒顶按顶板性质又分为冲击推垮型冒顶和复合顶板推垮型冒顶。 (1)冲击推垮型冒顶指当煤层顶板离层后，老顶

13、岩层断裂砸在已离层了的煤层顶板岩石上，导致的推垮型冒顶，如图54所示。 防治措施主要有： 进行顶扳动态监测，发现顶板离层，应采取相应的措施。 提高支护质量，增强稳定性及水平抵抗力。工作面支护要及时，提高支架的刚度初撑力，防止煤层顶板离层。图54 冲击推垮型冒顶(2)复合顶板推垮型冒顶。复合顶板是指煤层顶板由下软上硬不同岩性的岩层间夹有煤线或薄层软岩层，且下部软岩的厚度一般大于05米，小于采高。复合顶板由于夹有薄层软岩或煤线，当工作面支护质量不合格时，容易发生离层，此时如遇地质构造或人为破坏顶板的完整性，就可能出现独立的岩块，造成复合顶板推垮型冒顶事故，如图55所示。图55 复合顶板推垮型冒顶

14、由于复合顶板推垮型冒顶前没有大冒顶所具有的明显预兆及特征，且在任何工序中都可能发生。因此，要严格支架质量验收，有条件的煤矿应使用液压支架进行支护，并对复合顶板进行动态监测。 一般的预防措施有： 尽可能控制采高，使软岩层冒落后接近硬顶。 采掘工作不要破坏复合顶板。根据实际工作经验，应用伪俯斜工作面。 架设戗柱、戗栅应迎着岩体的可能移动方向支设。 2)压垮型冒顶事故的防治措施当煤层上面的老顶为坚硬岩石时，老顶来压后工作面矿山压力显现突出，特别是工作面初次来压和周期来压期间或老顶断裂台阶下沉过程中，如果工作面支架质量不合格，强度不够，就会发生压垮型冒顶事故，如图56所示。图56 压垮型冒顶 压垮型冒

15、顶事故的防治措施有： (1)当工作面发现有大冒顶明显预兆时，必须采取措施如加强支护，停产观察等。 (2)有条件的矿井，应建立矿压观测和顶板动态监测系统，为工作面支护提供依据。 (3)当煤层上部为坚硬岩层，且不易垮落时，要采用强制放顶，或向顶板高压注水，使其强度降低而自然垮落。 (4)在老顶初次来压期间，加大工作面控顶距。 (5)工作面来压明显，出现下沉台阶时，要采用特种支护形式(如木垛、密集支架)加强支护。用木柱替代该范围的金属支柱，等下沉范围岩石全部处于采空区后，再回柱放顶。 3)漏垮型冒顶事故的防治措施漏垮型冒顶没有大冒顶发生时的明显预兆。工作面直接顶非常破碎，煤层倾角较大，工作面支护系统

16、中发生局部漏顶，局部直接顶全部漏空，造成支架失稳而发生漏垮型事故，如图57所示。图57 漏垮型冒顶 漏垮型冒顶事故的防治措施有： (1)严禁爆破、移刮板输送机等工序弄倒支架，影响直接顶，防止直接顶出现局部冒顶。 (2)爆破后，支护工作要及时，顶板必须背严背实。 (3)支护质量必须合格，且支架有足够的支撑力。五、冲击地压灾害及其防治措施 冲击地压是井巷或工作面周围的煤岩体由于变形能的释放而产生的一种以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象，常伴有巨大的声响和强烈的震动，会造成惨重的人员伤亡和巨大的经济损失。 1冲击地压发生机理 冲击地压发生机理十分复杂。目前国内外已有的冲击地压发生机理的重要理论

17、包括强度理论、刚度理论、能量理论、冲击倾向理论、“三准则”和变形系统失稳理论、弹塑脆性流变理论等。虽然各种理论侧重点不同，但有两个基本条件取得了共识：一是冲击地压是“矿体一围岩”系统平衡状态失稳破坏的结果；二是冲击地压多发生在采掘活动形成的应力集中区，当压力增加超过极限应力，并引起变形速度超过一定极限时即发生冲击地压。 2冲击地压易发生位置 (1)发生冲击地压的煤层，一般为脆性、硬度较高且干燥的煤层，顶板都十分坚硬、完整，大面积不冒落，伪顶与直接顶较薄甚至没有。(2)在地质构造的向斜轴部、断层附近、煤厚或倾角发生突变地点，是冲击地压发生频繁的位置。 (3)两侧或三侧临空的半岛或孤岛形煤柱或岩柱

18、附近易发生冲击地压。 (4)上层煤回采边界影响带内易发生冲击地压，在承压区内掘进巷道易引起冲击地压。 3冲击地压的特点 (1)一般没有明显的预兆，难以事先确定发生的时间、地点和冲击强度。 (2)发生过程短暂，发生前顶板岩层活动加剧，支撑物产生变形，顶板或煤壁伴随巨大声响和强烈震动。 (3)发生形式复杂多样，有煤层冲击，也有顶底板冲击和岩爆，多种条件下都可能发生冲击地压。 (4)破坏性很大，往往造成煤壁片帮、顶板下沉或底鼓，支架折损、巷道堵塞，有时出现人员伤亡。 4冲击地压的防治措施 冲击地压的防治措施分为预测预报、防范措施和解危措施。 1)预测预报 预测预报措施除了经验类比法外，大致分为以下两

19、类： (1)以钻屑法为主的局部探测法，包括煤岩体变形观测法、流动地音法、煤岩体应力测量法及岩心“饼化”法等。 (2)系统监测法，包括地音系统监测法、微震系统监测法及其他地球物理方法等。 2)防范措施 (1)开采保护层。多煤层开采时，可以通过首先开采无冲击危险或冲击危险小的煤层作为保护层的方法，来降低潜在危险层的应力。 (2)尽量少留煤柱和避免孤岛开采。优化井田和采区设计，尽量避免形成应力集中的煤柱和孤岛。 (3)合理的巷道布置。巷道布置尽量将主要巷道和硐室布置在底板岩层中，回采巷道采用大断面掘进，尽可能避免巷道多处交岔。 (4)合理的顶板控制方法。煤层有冲击倾向时，尽量采用长壁式开采或全部陷落

20、法控制顶板。 (5)优化开采程序。当遇有断层和采空区时，尽量采用由断层或采空区开始回采的顺序。避免相向开采。回采线尽量呈直线，且有规律地按正确的开采速度推进，一般推进速度不宜过大。 (6)煤层预注水，以降低煤体的弹性和强度。 (7)顶板预注水，降低顶板的强度和弹性，消除或降低冲击危害。 3)解危措施 (1)卸载钻孔。通过在煤层钻大直径的钻孔，使煤体应力状态发生变化，峰值向煤体深部转移。 (2)卸载爆破。在高应力区进行钻孔爆破，改变支撑压力带的形状和减小峰值。 (3)诱发爆破。通过爆破人为地诱发冲击地压的发生，以避免人员伤害和设备损失。 (4)煤层高压注水。在工作面前方用高压水注入煤体，使煤体结

21、构破坏，从而降低承载能力和压力。 六、顶板事故的紧急处理及安全注意事项 矿值班及相关科队人员对顶板冒落危险的处理有绝对处置权，必要时可停止生产，调集必要的人力、物力进行处理，可以先处理后汇报，相关人员须五条件配合。 1防止顶板事故扩大的应急处理措施 (1)必须采取有效手段全力控制冒顶区域两侧巷道，使其冒顶波及长度不再扩大。 (2)在冒顶外围支护稳定的情况下，分不同情况采取如下办法： 当冒落顶部稳定的情况下，采取打木垛接顶的方式。当冒落区域围岩破碎、冒落较高的情况下直接向冒落区打排杆，实施撞楔法，隔断顶部冒落体。 当冒落区域破碎，在比较技术、经济、安全因素后，可考虑改道。 (3)尽快组织恢复通风

22、网路，尽最大可能保持冒顶区通风和对风流的调整。在积极组织处理冒顶的同时，要充分预见冒顶区给通风工作造成的影响，采取相应的应急方案。 2发生顶板事故的紧急避灾和安全注意事项 1)迅速撤退到安全地点 当发现冒顶征兆，而当时又难以采取措施防止顶板冒落时，要迅速离开危险区，撤退到安全地点。 2)遇险时要靠煤帮贴身站立或到木垛处避灾 当发生冒顶来不及撤退到安全地点时，应靠煤帮贴身站立避灾，但要注意煤壁片帮伤人；如靠近木垛时，也可撤至木垛处避灾。 3)遇险后立即发出呼救信号 冒顶对人员的伤害是砸伤、掩埋或隔堵。冒落基本稳定后，如被困地点有电话，遭险人员应立即电话汇报情况。否则，遇险人员应立即采用呼叫、敲打

23、(不要敲打对自己有威胁的支架、物料和岩块)等方法，发出有规律、不间断的呼救信号，以便营救人员了解灾情，组织力量进行抢救。 4)遇险人员要积极开展自救和互救 事故发生后，遇险人员要听从班组长和有经验的老工人的指挥，在保证安全的前提下，积极开展自救和互救。被煤矸、物料等埋压的人员，不要惊慌失措，在条件不允许时切忌采用猛烈挣扎的办法脱险，以免造成事故的扩大。未受伤和受轻伤人员，要采取切实可行的措施设法营救被掩埋人员，并尽可能脱离险区或转移到较安全地点等待救援。 矿工互救时，应暂停向冒落区附近的机电设备供电，以防止抢救时人员触电。 营救被埋压矿工时，营救矿工要首先检查和维护好冒落点及其附近的安全，以保

24、障营救人员在救灾时的安全，并有畅通、安全的退路。 冒落范围不大时，如果遇险人员被大矸石压住，可用液压千斤顶等工具把大块岩石支起，再将遇险人员救出，切忌生拉硬拽。 如果顶板沿煤壁冒落，矸石块度比较破碎，遇险人员又靠近煤壁位置时，可沿煤壁由冒落区从外向里掏小洞，架设梯形棚子(靠冒落区的一帮必须用木板背好，防止漏矸石)，边支护边掏洞，直到把遇险人员救出。 如遇险人员位置靠近放顶区，可沿放顶区由外向里掏小洞，架设梯形棚子，木板背帮背顶；或用撞楔法，在撞楔保护下边支护边掏洞，把遇险人员救出。 分层开采的工作面发生冒顶，底板是煤层，遇险人员的位置在金属网或荆条假顶下面时，可沿底板煤层掏小洞，边支护边掏洞，

25、接近遇险者后将其救出。 如果底板是岩石，遇险者位置在金属网或荆条假顶下面时，可沿煤壁掏小洞接近遇险人员，然后再视现场情况采取措施(如用风镐在底板中掏小洞等)到达遇险人员处将其救出。 如果工作面上下出口同时冒落，或工作面中部冒落范围很大，把人堵在中间，采用掏小洞和撞楔法处理时间长、不安全时，可采用沿煤层重开开切眼的方法处理和救人。 5)被隔堵人员要积极配合外部的营救工作 (1)遇险人员要正视已发生的灾害，切忌惊慌失措，坚信领导和同志们一定会积极进行抢救。应迅速组织起来，听从灾区中班组长和有经验的老工人指挥，团结协作，尽量减少体力和隔堵区的氧气消耗，有计划地使用饮水、食物和矿灯等，做好较长时间避灾的准备。 (2)如人员被困地点有电话，应立即用电话汇报灾情、遇险人员数和计划采取的避灾自救措施。否则，应采用敲击钢轨、管道和岩石等方法，发出有规律的呼救信号，并每隔一定时间敲击一次，不间断地发出信号，以便营救人员了解灾情、组织力量进行抢救。 (3)维护加固冒落地点和人员躲避处的支架，并经常派人检查，以防止冒顶进一步扩大，保障被堵人员避灾时的安全。 (4)如人员被困地点有压风管，应打开压风管输送新鲜空气，并稀释被隔堵空间的瓦斯含量，并要注意保暖。11