03煤矿顶板事故预防

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1、1 引言：煤矿的顶板事故是指：在煤矿井下采煤过程中，煤层顶板意外冒落造成的 人员伤亡、设备损坏、生产中止等灾害事故。在实行综采以前，煤层顶板事故在煤矿事 故中占有极高的比例，随着支护设备的改进及对煤层顶板事故的研究、预防技术的深入 和逐步完善，煤层顶板事故所占的比例有所下降，但仍是煤矿生产的主要灾害之一。2采煤工作面煤层顶板事故致因及防治2.1 煤层顶板事故分类按冒顶范围的不同可将煤层顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两类。按发生冒顶事 故的力学原因进行分类，可将煤层顶板事故分为：压垮型冒顶、漏垮型冒顶和推垮型冒 顶三类。2.1.1局部冒顶局部冒顶是指范围不大，有时仅在35架范围内，伤亡人数不多（

2、12人）的冒 顶，常发生在靠近煤壁附近、采煤工作面两端以及放顶线附近。在实际煤矿生产过程中， 局部冒顶事故的次数远多于大型冒顶事故，约占采煤工作面冒顶事故的70%，总的危害 比较大。从开采工序与煤层顶板事故发生的地点来看，局部冒顶分为：靠近煤壁附近的 局部冒顶、采煤工作面两端的局部冒顶、放顶线附近的局部冒顶。2.1.2大型冒顶大型冒顶是指范围较大，伤亡人数较多（每次死亡3人以上）的冒顶。它主要包括 老顶来压时的压垮型冒顶、厚层难冒顶板大面积冒顶、直接顶导致的压垮型冒顶、大面 积漏垮型冒顶、复合顶板推垮型冒顶。2.2 局部冒顶事故的致因及防治2.2.1靠煤壁附近的局部冒顶（1）局部冒顶的原因在煤

3、层的直接顶中，存在多组相交裂隙。这些相交裂隙容易将直接顶分割成游离岩 块，极易发生脱落，在采煤机采煤或爆破落煤后，如果支护不及时，这类游离岩块可能 突然冒落砸人，造成局部冒顶事故。局部冒顶的原因一般有三种：a. 直接顶被密集裂隙切割，形成了游离岩块；b. 采高过大，在老顶来压期间，煤壁片帮，扩大了无支护空间；c. 放顶煤开采，顶板破碎。（2）单体支柱采煤工作面预防靠近煤壁局部冒顶的措施a. 采用能及时支护顶板悬露煤层顶板的支架，如正悬臂交错顶梁支架，正倒悬臂 错梁直线柱支架等，并使端面距不大于200mm，还应提高支柱的初撑力，以使端面冒高 不超过200mm。此外，在金属网下，还可以采用长钢梁对

4、棚迈步支架。在架设支架前还 必须敲帮问顶，以防掉岩块伤人。b. 爆破采煤时，炮眼布置及装药量应合理，尽量避免崩倒支架。c. 尽量使采煤工作面与煤层的主要节理方向垂直或斜交，避免煤层片帮。煤层一 旦有片帮，应掏梁窝超前支护，防止冒顶。（3）综采工作面的局部冒顶，主要是发生在靠近煤壁附近的漏垮型冒顶。其预 防措施如下：a. 在支架设计上，采用长侧护板，整体顶梁，内伸缩式前梁，增大支架向煤壁方 向的水平推力，提高支架的初撑力。b. 在操作工艺上，采煤机过后，及时伸出伸缩梁，及时擦顶带压移架。c. 当破碎范围较大时，应对破碎直接顶注入树脂类粘结剂使其固化，以防止冒顶。2.2.2采煤工作面两端的局部冒顶

5、（1）采煤工作面两端局部冒顶的原因对于单体支柱支护的采煤工作面，采煤工作面两端包括采煤工作面两端的机头机尾 附近以及与采煤工作面相连的一段巷道。采煤工作面两端机头机尾处，暴露的空间大， 支承压力集中，巷道提前掘进，引发了巷道周边的变形与破坏。经常要进行机头机尾的 移置工作，在拆除旧支柱支设新支柱时，破碎的煤层顶板可能进一步松动冒落。随着采 煤工作面的推进，要拆掉原巷道支架的一个棚腿，换用抬棚支承棚梁，在这一拆一支之 间，破碎的煤层顶板也可能冒落。采煤工作面两端的煤层顶板管理已经成为许多采煤工 作面及放顶煤工作面生产的主要工作之一。由于冒顶或煤层顶板下沉量大，为端头支护 和移设带来了许多困难，甚

6、至影响到采煤工作面的正常推进和产量。（2）采煤工作面两端局部冒顶的预防措施为预防采煤工作面两端发生的漏冒，可在机头和机尾处各用四对一梁三柱的钢梁抬 棚支护（即“四对八梁”支护），每对抬棚随机头机尾的推进迈步前移。在采煤工作面 巷道连接处，用一对抬棚，迈步前移，托住原巷道支架的棚梁。此外，在采煤工作面两 端还可以采用十字铰接顶梁支护顶板以防漏顶。在超前采煤工作面十米范围内，巷道支架应加双中心柱，超前工作面十米到二十米， 巷道支架应加单中心柱以预防冒顶。综合机械化采煤时，应采用端头支架支护，如果采煤工作面两端没有采用端头支架， 则应在采煤工作面与巷道连接处，用一对迈步抬棚。此外，超前采煤工作面二十

7、米内的 巷道支架也应以中心柱加强。2.2.3放顶线附近的局部冒顶（1） 放顶线附近局部冒顶的原因放顶线附近的局部冒顶主要发生在使用单体支柱的采煤工作面。放顶线上的支柱受 力是不均匀的，当回拆“吃劲”的支柱时，往往柱子一倒下煤层顶板就冒落，如果回柱 工人来不及撤退到安全地点，就可能被砸着而造成煤层顶板事故。当煤层顶板中存在被断层、裂隙、层理等切割而形成的大块游离岩块时，回柱后游 离岩块就会旋转，可能推到采煤工作面的支架，导致局部冒顶。此外，在金属网假顶下回柱放顶时，由于网上有大块游离岩块，也可能会发生因上 面的游离岩块旋转而推到支架造成的局部冒顶。（2） 放顶线附近局部冒顶的预防措施a. 加强地

8、质及观察工作，记载大岩块的位置及尺寸；b. 在大岩块范围内采用木垛等加强支护；c. 当大岩块沿采煤工作面推进方向的长度超过一次放顶步距时，在大岩块的范围 内要延长控顶距；d. 如果采煤工作面采用的是单体金属支柱，在大岩块范围内要用木垛替换金属支 架；e. 待大岩块全部都处在放顶线以外的采空区时，再用绞车回木柱。2.3大型冒顶事故的致因及预防2.3.1老顶来压时的压垮型冒顶（1） 老顶来压时压垮型冒顶发生的条件a. 直接顶比较薄，其厚度小于煤层采高的23倍，直接顶冒落后不能充填满采空 区；b. 直接顶上面老顶分层厚度小于五米至六米，初次来压步距为二十米到三十米，或 更大一些。在采煤工作面中，当支

9、柱的初撑力较小时，老顶往往断裂在煤壁内。随老顶 及其支撑条件不同，老顶在煤壁内的断裂位置距煤壁由一米到二米至十余米不等。当采 煤工作面推进到老顶断裂线附近时，煤层顶板可能出现台阶下沉，这时老顶岩块的重量 全部由采煤工作面支架承担。如果是垮落带的岩层，在初次来压后会在采空区以悬臂梁 状态出现，如果是裂隙带的岩层，则会在采煤过程中以砌体梁结构出现。（2）老顶来压时导致的压垮型冒顶事故的原因a. 垮落带老顶岩块压坏采煤工作面支架导致冒顶。b. 垮落带老顶岩块冲击压坏采煤工作面支架导致冒顶。由于采煤工作面支架初撑 力不足，在老顶岩块未明显运动以前，直接顶与老顶发生离层，当老顶岩块向下运动时， 采煤工作

10、面支架要承受冲击载荷，支架容易被损坏，从而导致冒顶。c. 综合机械化采煤工作面如遇老顶冲击来压时，可能将支架压死、压坏或压入煤 层底板从而导致煤层顶板事故。（3）预防老顶来压时压垮型冒顶的措施a. 采煤工作面支架的支撑力应能平衡垮落带直接顶及老顶岩层的重量；b. 采煤工作面支架的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层；c. 采煤工作面支架的可缩量应能满足裂隙带老顶的下沉要求；d. 遇到平行采煤工作面的断层时，如果采煤工作面支护是单体支柱，当断层刚露 出煤壁时，在断层范围内要及时加强采煤工作面的支护，不得采用正常回柱法；e. 要扩大控顶距，并用木垛替换金属支柱，待断层进到采空区后再回柱；f. 如果

11、采煤工作面支护是液压自移式支架，若支架的工作阻力有较大的富余时， 则采煤工作面可以正常推进，若支架的工作阻力没有太大的富余时，则应考虑使采煤工 作面与断层斜交或在采空区挑顶的措施过断层。2.3.2厚层难冒顶板大面积冒顶当煤层顶板是整体厚层硬岩层时，它们要悬露几千平方米、几万平方米，甚至十几 万平方米才能冒落。这样大面积的煤层顶板在极短时间内冒落下来，不仅由于重量的作 用会产生严重的破坏冲击力，而且更严重的是会把已采空间的空气瞬时挤出，形成巨大 的风暴，破坏力极强。（1） 厚层难冒顶板大面积冒顶的预兆a. 煤层顶板断裂的频率和音响增大；b. 煤帮有明显受压与片帮现象；c. 煤层底板出现底鼓或沿煤

12、柱附近的煤层底板发生裂缝；d. 巷道超前压力较明显；e. 采煤工作面中支柱载荷和煤层顶板下沉速度明显增大；f. 有时采空区煤层顶板发生裂缝或淋水加大，向煤层顶板中打的钻孔原先流清水 后变为流白糊状的液体，这是断裂岩块互相摩擦形成的岩粉与水的混合物。(2) 厚层难冒顶板大面积冒顶的预防措施对大面积冒顶可以用微震仪、地音仪和超声波地层应力仪等进行预测，因为厚度坚 硬岩层的破坏过程，长的在冒顶前十几天就出现声响和其他异常现象，短的在冒顶前几 天，甚至几小时也会出现预兆，因此，根据仪器测量的结果，再结合历次冒顶预兆的特 征，可以对大面积冒顶进行较准确的预报，以免造成灾害。防止和减弱大面积冒顶危害 的措

13、施是：改变岩体的物理力学性质，以减小煤层顶板悬露及冒落面积，减小煤层顶板 冒落高度，降低空气排放速度。具体的措施如下：a. 煤层顶板高压注水就是从采煤工作面顺槽向煤层顶板打深孔，进行高压注水， 注水水泵最大压力为15MPa。煤层顶板注水可以弱化煤层顶板和扩大岩层中的裂隙及弱 面得作用。其主要机理是，注水后能溶解煤层顶板岩石中的胶结物和部分矿物，削弱层 间粘结力；高压水可以形成水楔，扩大和增加岩石中的裂隙与弱面。因此注水后岩石的 硬度将显著降低。b. 强制放顶 所谓强制放顶，就是用爆破的方法人为地将煤层顶板切断，使煤层 顶板冒落一定厚度形成砰石垫层。切断煤层顶板可以控制煤层顶板冒落面积，减弱煤层

14、 顶板冒落时产生的冲击力；形成砰石垫层则可以缓和煤层顶板冒落时产生的冲击波及风 暴。为了形成垫层，挑顶的高度可以按照需要形成垫层的厚度进行计算。强制放顶主要是在采煤工作面内向煤层顶板放顶线处进行钻孔爆破，放顶；对于综 采工作面，由于在采煤工作面内无法设置打眼的设备，可分别在上下顺槽内向煤层顶板 打探孔。在采煤工作面未采到以前进行爆破，预先破坏煤层顶板的完整性。对于厚层难冒顶板来说，不论是采取高压注水还是挑顶，不论是在采空区处理还是 超前采煤工作面处理，所应处理的煤层顶板厚度均应为采高的23倍，其目的就是使 处理下来的岩块基本能填满采空区，从而保证安全生产。2.3.3大面积漏垮型冒顶(1) 大面

15、积漏垮型冒顶的原因由于煤层倾角较大，直接顶又异常破碎，采煤工作面支护系统中如果某个地点失效 就会发生局部漏冒，这时破碎的煤层顶板就有可能从这个地点开始沿采煤工作面往上全 部漏空，造成支架失去稳定性，导致漏垮型采煤工作面的冒顶。（2） 预防漏垮型冒顶的措施a. 选用合适的支柱，使采煤工作面支护系统有足够的支撑力与可缩量；b. 煤层顶板必须背严实；c. 严禁爆破、移溜等工序弄倒支架，防止出现局部冒顶。2.3.4复合煤层顶板推垮型冒顶推垮型冒顶是指因水平推力作用使采煤工作面支架大量倾斜而造成的冒顶事故。（1）典型复合顶板的特征a. 煤层顶板由下“软”上“硬”不同岩性的岩层组成；b. “软”、“硬”岩

16、层间有煤线或薄层软弱岩层；c. 下部“软”岩层的厚度通常情况下不小于0.5m，而且不大于3m.复合煤层顶板推垮型冒顶的机理是由于支柱的初撑力小，在煤层底板下位软岩层的 自重作用下，软岩层与蜘蛛同时萎缩或下沉，而煤层顶板上位硬岩层未下沉或下沉较慢， 也就是软硬岩层下沉不同步，导致软岩层与其上部硬岩层离层。（2）下位软岩断裂出现六面体有三方面的原因a. 地质构造原因，即下位软岩层中存在原生的断层、裂隙构造；b. 巷道布置原因，即在采煤工作面开采的范围内存在沿走向或沿倾斜的旧巷，下 沉或断裂；c. 支柱初撑力低的原因，由于支柱初撑力低，导致下位软岩层沿煤帮断裂。（3）复合煤层顶板推垮型冒顶的预防措施

17、a. 应用伪俯斜采煤工作面并使垂直工作面方向的向下倾角达46度；b. 掘进上下顺槽时不破坏复合煤层顶板；c. 采煤工作面初采时不要反推；d. 控制采高，使软岩层冒落后能超过采高；e. 尽量避免上下顺槽与采煤工作面斜交；f. 灵活地应用戗柱、戗棚，使它们迎着六面体可能推移的方向支设；g. 在开切眼附近于控顶区内，系统的布置树脂锚杆。3巷道冒顶事故致因及防治巷道底板事故多发生在掘进工作面及巷道交岔口，巷道顶板死亡事故80%以上是发 生在这些地点。由此可见，预防巷道顶板事故，集中在事故多发地点是十分必要的。3.1掘进工作面冒顶事故的原因及预防措施3.1.1掘进工作面冒顶事故的原因a. 掘进破岩后，顶

18、部存在将与岩体失去联系的岩块，如果支护不及时，该岩块可 能与岩体失去联系而冒落；b. 掘进工作面附近已支护部分的顶部存在与岩体完全失去联系的岩块，一旦支护 失效，就会冒落造成事故。在断层、褶曲地带或层理裂隙发育的岩层中掘进巷道时煤层顶板冒落属于第一类型 的冒顶；因爆破崩倒支架或其他支护失效导致的冒顶属于第二类型的冒顶。此外，第一 类型的冒顶也可能引发第二类型的冒顶，例如掘进工作面空顶部分片帮冒顶推到附近支 架而导致更大范围的冒顶等。3.1.2预防掘进工作面冒顶事故的措施a. 根据掘进工作面岩石性质，严格控制空顶距。当掘进工作面遇到断层褶曲等地 质构造破坏带或层理裂隙发育的岩层时，棚子支护应紧靠

19、掘进工作面，并缩小棚子间距， 在掘进工作面附近应采用连杆等把棚子连成一体防止棚子被推垮，必要时还可以打中柱， 锚杆支护时应有特殊措施。b. 严格执行敲帮问顶制度，危石必须挑下，无法挑下时应采取临时支撑措施，严 禁空顶作业。c. 掘进工作面冒顶区及破碎带必须背严接实，必要时挂金属网防止漏空。d. 掘进工作面炮眼布置及装药量必须与岩石性质、支架与掘进工作面距离相适应， 以防止因爆破而崩倒棚子。e. 采用“前探掩护式支架”，使工人在煤层顶板有防护的条件下出渣，支棚腿，以 防止冒顶伤人。3.2巷道交岔处冒顶事故的原因及预防措施3.2.1巷道交岔处冒顶事故的原因巷道交岔处冒顶事故往往发生在巷道开岔的时候

20、，因为开岔口需要架设抬棚替换原 来巷道的棚子的棚腿，如果开岔处巷道顶部存在与岩体失去联系的岩块，并且围岩正在 向巷道挤压，而新支设抬棚的强度不够，或稳定性不好，就有可能造成冒顶事故。当巷道围岩强度不是很大时，顶部存在与岩体失去联系的岩块以及围岩向巷道挤压 在所难免，如果开岔处正好是掘进时的冒顶处，则情况更严重。新支设抬棚的稳定性与 两方面的因素有关：a. 抬棚架设一段时间后才能稳定，过早拆除原巷道棚腿容易造成抬棚不稳；b. 开口处围岩尖如果被压碎，抬棚腿会失去依靠会失稳。至与抬棚的强度，与选 用的支护材料及其强度有关。3.2.2预防巷道交岔处冒顶事故的措施a. 开岔口应避开原来巷道冒顶的范围；

21、b. 必须在开口抬棚支设稳定后再拆除原巷道棚腿，不得过早拆除，切忌先拆棚腿 后支设抬棚；c. 注意选用抬棚材料的质量与规格，保证抬棚有足够的强度；d. 当开口处围岩尖角被挤压坏时，应及时采取加强抬棚稳定性的措施。3.3支架支护巷道冒顶事故的原因及预防措施3.3.1支架支护巷道冒顶事故的原因a. 压垮型冒顶是因巷道顶板或围岩施加给支架的压力过大，损坏了支架，从而导 致巷道顶部已破碎的岩块冒落；b. 漏垮型冒顶是因无支护巷道或支护失效巷道顶部存在游离岩块，这些岩块在重 力作用下冒落，造成事故的发生；c. 推垮型冒顶是因巷道顶帮破碎岩石，在其运动过程中存在平行巷道轴线的分力， 如果这部分巷道支架的稳

22、定性不够，可能被推倒而发生冒顶。3.3.2、支架支护巷道冒顶事故的预防措施a. 在可能的情况下，巷道应布置在稳定的岩体中，并尽量避免采动的不利影响；b. 巷道支架应有足够的支护强度以抗衡围岩压力；c. 巷道支架所能承受的变形量，应与巷道使用期间围岩可能的变形量相适应；d. 尽可能做到支架与围岩共同承载。支架选型时，尽可能采用有初撑力的支架， 支架施工要严格按照工序质量要求进行，并特别注意顶与帮得背严背实问题，杜绝支架 与围岩间的空顶与空帮现象；e. 凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护顶，再施工；f. 巷道替换支架时，必须先支新支架，再拆除旧支架；g. 在易发生推垮型冒顶的巷道中要提高巷

23、道支架的稳定性，在棚架间用拉撑件连 接固定，增加稳定性，以防推倒。4结论综上所述，预防煤层顶板事故的发生，就要先了解清楚发生冒顶事故的原因，积极 采取预防措施，选择好的支护方式，将事故消灭在萌芽状态，才能确保安全生产，减少 煤矿事故的发生，给煤矿企业创造一个良好发展的前景。参考文献浅谈普采工作面顶板事故的防治作者：尹殿平，矿山安全论文2008年8月煤矿顶板事故防治作者：曾庆垠，宜昌康泰安全技术2008年3月煤矿顶板事故分析作者：王金岭、屈井云，中州煤炭1988年3月加强顶板管理防治顶板事故作者：安供，煤矿安全1981年04期采煤工作面顶板安全管理的应用研究作者：孙远平，山东科技大学学报2006

24、年煤矿顶板事故防治新技术作者：段绪华、凌标灿，中国矿大出版社，2008年3月致谢本论文是在我的指导教师石老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态 度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到 项目的最终完成，石老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。三年来，石老师不仅 在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向石 老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有 多少可敬的师长、同事、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！最后我 还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！本论文的所有工作从论文的选题、实现条件到论文的写作等阶段都是在石老师的悉 心指导下完成的。石老师在我学习期间在学习和生活等方面的给予了无微不至的关怀和 指导。石老师严谨的治学态度、渊博的学术知识、诲人不倦的敬业精神以及宽容的待人 风范使我获益颇多。谨向石老师致以最衷心的感谢。在这三年中，我的收获颇多，再一次真诚的感谢学校的老师，谢谢您！