煤礦生產(chǎn)與頂板災(zāi)害防治-

1、煤礦生產(chǎn)與頂板災(zāi)害防治教案二OO七年四月一、煤礦生產(chǎn)(一煤的形成煤是由古代植物遺體變化而成的。在礦區(qū)煤層和頂?shù)装鍘r層中經(jīng)常見到植物枝葉等化石。煤的形成過(guò)程大致分為三個(gè)階段。1、泥炭化階段該階段是由植物遺體變成泥炭的階段。在古代泥炭沼澤中,植物生長(zhǎng)十分茂盛。植物不斷地繁殖、生長(zhǎng)和死亡,其遺體倒在水中,被水淹沒(méi)而隔絕了空氣,不斷聚積加厚;同時(shí)又不斷分解、化合,形成了泥炭。2、煤化階段該階段是由泥炭變成褐煤的階段。泥炭層形成以后,由于地殼下降,被泥沙等沉積物復(fù)蓋掩埋,在壓力和地?zé)岬淖饔孟?泥炭層開始脫水、壓緊,體積縮小,密度和硬度增加,碳含量逐漸增加,氧含量進(jìn)一步減小,從而形成褐煤。3、變質(zhì)階段該階

2、段是由褐煤變成無(wú)煙煤的階段。褐煤形成以后,如果地殼繼續(xù)下沉,則在溫度和壓力更大的條件下,褐煤內(nèi)部成份將進(jìn)一步變化,最終變成了煙煤,煙煤繼續(xù)變質(zhì)就形成了無(wú)煙煤。(二煤的埋藏特征1、煤層結(jié)構(gòu)根據(jù)煤層中有無(wú)夾石層,可把煤層分為簡(jiǎn)單和復(fù)雜結(jié)構(gòu)兩種。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層不含夾石層;復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層含夾石層。夾石層有的為一層,有的有多層,而且夾石層厚度也不一樣。2、煤層厚度煤層厚度是指煤層頂?shù)装逯g的垂直距離。煤層厚度差別很大,從幾厘米,到幾十厘米,有的厚達(dá)幾十米,甚至百余米。根據(jù)采煤方法的需要,將煤層厚度分為三類:(1薄煤層:煤層厚度小于1.30米。(2中厚煤層:煤層厚度在1.303.50米(3厚煤層:煤層厚度大于

3、3.50米。在生產(chǎn)工作中,習(xí)慣將厚度在6米以上煤層稱為特厚煤層。3、煤層傾角煤層傾角是指煤層傾斜面相對(duì)水平面的夾角。根據(jù)煤層傾角大小將煤層分為四類:(1近水平煤層:煤層傾角小于8度。(2緩傾斜煤層:煤層傾角在825度。(3傾斜煤層:煤層傾角在2545度。(4急傾斜煤層:煤層傾角在于45度。(三煤層頂?shù)装逦挥诿簩由厦娴膸r層稱為頂板,煤層下面的巖層稱為底板。煤層頂板自下而上分為偽頂、直接頂和基本頂;煤層底板自上而下分為直接底和基本底。煤層頂?shù)装鍘r性及賦存條件與頂板安全管理關(guān)系十分密切。頂板破碎容易冒頂;頂板過(guò)于堅(jiān)硬,放頂時(shí)不冒落,采煤工作面形成很大的壓力,常常將工作面摧垮,使附近巷道塌冒,甚至造成

4、礦毀人亡。對(duì)這些特殊的頂板必須采取有效的技術(shù)措施,確保頂板安全。(四地質(zhì)構(gòu)造煤層形成以后,由于受到地殼運(yùn)動(dòng)作用力的結(jié)果,使其形態(tài)發(fā)生變化,形成多種多樣的地質(zhì)構(gòu)造。煤田地質(zhì)構(gòu)造主要有以下三大類。1、單斜構(gòu)造單斜構(gòu)造就是在一定范圍內(nèi),煤層大致向同一方向傾斜。煤層傾斜的方向稱為傾向;煤層傾斜面與水平面的交線方向稱為走向。2、褶皺構(gòu)造褶皺構(gòu)造指的是煤層因受地殼運(yùn)動(dòng)的作用力,被擠成彎彎曲曲的狀態(tài),但仍保持完整性。其中每一個(gè)彎曲部分稱為“褶皺構(gòu)造”,褶曲又分為背斜和向斜。背斜指的是煤層向上凸起的褶曲;向斜指的是煤層向下的褶曲。3、斷裂構(gòu)造斷裂構(gòu)造就是煤層因受地殼運(yùn)動(dòng)的作用力而遭到斷裂,失去了原來(lái)的連續(xù)完整

5、性。斷裂構(gòu)造又可分為裂隙和斷層。裂隙指的是斷裂面兩側(cè)的煤層沒(méi)有發(fā)生顯著的錯(cuò)動(dòng)。斷層指的是斷裂面兩側(cè)的煤層已經(jīng)發(fā)生了顯著的錯(cuò)動(dòng)。斷層對(duì)采掘安全影響極大。斷層根據(jù)斷裂面兩側(cè)煤層錯(cuò)動(dòng)的方向分為三種類型(1正斷層:上盤相對(duì)下降,下盤相對(duì)上升。(2逆斷層:上盤相對(duì)上升,下盤相對(duì)下降。(3平移斷層:兩側(cè)煤層沿?cái)鄬用孀鏊揭苿?dòng)。(五巷道掘進(jìn)為了開采地下煤炭,需要從地面向地下開掘一系列巷道通達(dá)煤層。巷道通達(dá)煤層以后,需要形成采煤工作面,才能對(duì)煤炭進(jìn)行開采。開采出來(lái)的煤炭需要運(yùn)到井底,然后由井底提升到地面。這些環(huán)節(jié)涉及到礦井一系列系統(tǒng),如開拓系統(tǒng)、采煤系統(tǒng)、運(yùn)輸提升系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、防排水系統(tǒng)等。(詳見

6、掘進(jìn)工藝(六工作面回采采煤的基本工序是:破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)和回柱放頂。由于使用的采煤工藝和支護(hù)設(shè)備不同,采煤工作面分為三種類型:1、炮采工作面。指的是使用煤電鉆打眼、放炮落煤、人工裝煤的工作面。2、普采工作面。指的是使用采煤機(jī)破煤和裝煤的工作面。3、綜采工作面。指的是使用液壓自移支架的工作面。其采煤工序?yàn)?割煤降柱移架升柱移溜,全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。綜采工作面安全好、產(chǎn)量高、效率高、消耗低,是實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)發(fā)展和安全生產(chǎn)的重要技術(shù)途徑之一。二、頂板災(zāi)害防治頂板事故是指:在井下建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中,因?yàn)轫敯逡馔饷奥湓斐傻娜藛T傷亡、設(shè)備損壞和生產(chǎn)中止等事故。任何一個(gè)井下作業(yè)人員每時(shí)每刻都在和頂板打交道

7、,疏忽了就要挨砸。頂板事故是煤礦五大自然災(zāi)害之一。它的特點(diǎn)是:占全國(guó)煤礦事故總起數(shù)的比例和總死亡人數(shù)的比例最高;在特大事故中所占比例較小和一次死亡人數(shù)較少。據(jù)統(tǒng)計(jì),2005年全國(guó)煤礦頂板事故起數(shù)占全國(guó)煤礦事故總起數(shù)的52.92%;頂板事故死亡人數(shù)占死亡總?cè)藬?shù)的33.33%;頂板事故一次死亡平均人數(shù)為1.13人。(一冒頂原因井下采掘工作面發(fā)生冒頂?shù)脑蚝芏?也很復(fù)雜。但總的來(lái)說(shuō)主要有以下兩個(gè)方面的原因。1、客觀原因(1采煤過(guò)程中因圍巖應(yīng)力重新分布、采煤方法選擇不當(dāng)和巷道布置位置不合理,所需支承壓力大于支護(hù)的支撐力,從而造成頂板垮落冒頂事故。(2工作面遇到突然出現(xiàn)的地質(zhì)構(gòu)造,在按章作業(yè)情況下,因設(shè)

8、計(jì)時(shí)資料不全,也會(huì)發(fā)生冒頂現(xiàn)象。如采煤工作面出現(xiàn)小斷層,工作中沒(méi)有注意分析與觀察,采取通常的支護(hù)方法往往發(fā)生冒頂事故。2、主觀原因(1采掘工作面規(guī)格質(zhì)量低劣。作業(yè)時(shí)不堅(jiān)持敲幫問(wèn)頂,發(fā)現(xiàn)隱患不及時(shí)排除;控頂距離掌握不當(dāng);空頂作業(yè);違章放炮;冒險(xiǎn)回柱作業(yè)。(2管理不善。煤礦生產(chǎn)管理不同于其他行業(yè),井下生產(chǎn)條件隨時(shí)有所變化,生產(chǎn)管理者不深入現(xiàn)場(chǎng),不帶班作業(yè),不嚴(yán)格按三大規(guī)程辦事,盲目開采、違章指揮、紀(jì)律松馳等,常常會(huì)造成事故。(二冒頂預(yù)兆(1響聲:頂板壓力急劇增大時(shí),支架或支柱下縮發(fā)生很大聲響,有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)頂板發(fā)生斷裂的悶雷聲(即煤炮、板炮。(2掉碴:頂板嚴(yán)重破裂時(shí),出現(xiàn)頂板掉碴現(xiàn)象,掉碴越多,說(shuō)明

9、頂板壓力越大。(3片幫:冒頂前,煤壁所承受的支承壓力增加,煤變松軟,片幫煤比平時(shí)增多,甚至還有煤的壓出和突出。(4裂隙:一旦出現(xiàn)新的裂隙或裂隙加寬加深時(shí),就有冒頂?shù)目赡堋?5漏頂:破碎的偽頂或直接頂,在大面積冒落以前,有時(shí)會(huì)因背頂不嚴(yán)或支架不牢出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象。漏頂后,支架棚梁托空,支架松動(dòng),當(dāng)巖石繼續(xù)冒落時(shí),就會(huì)出現(xiàn)大面積冒頂事故。(6脫層:頂板將要冒落時(shí),往往出現(xiàn)頂板脫層現(xiàn)象,采用敲幫問(wèn)頂法不容易發(fā)現(xiàn),當(dāng)基本頂冒落時(shí),則將發(fā)生沒(méi)有預(yù)兆的大面積冒頂或切頂。(三采煤工作面頂板災(zāi)害防治按照發(fā)生冒頂事故的力學(xué)原因分析,可將采煤工作面頂板災(zāi)害分為三大類。它們的防治措施也不相同。1、堅(jiān)硬頂板壓垮型冒頂堅(jiān)硬

10、頂板壓垮型冒頂是指采空區(qū)內(nèi)大面積懸露的堅(jiān)硬頂板在短時(shí)間內(nèi)突然塌落,將工作面壓垮而造成的大型頂板事故。堅(jiān)硬頂板壓垮型冒頂事故的預(yù)防措施是:改變頂板巖層的物理力學(xué)性質(zhì)及減小頂板懸露面積,加強(qiáng)工作面支護(hù)。(1頂板高壓注水。從工作面平巷向頂板打深孔,進(jìn)行高壓注水,通過(guò)頂板注水可以弱化頂板和擴(kuò)大巖體中的裂隙及弱面,使頂板巖石強(qiáng)度顯著降低。(2強(qiáng)制放頂。采用爆破方法人為地將頂板切斷,控制頂板懸露和冒落面積,減弱頂板冒落時(shí)對(duì)工作面產(chǎn)生的沖擊力。爆破時(shí)主要在工作面內(nèi)向放頂線處進(jìn)行鉆孔,也有的在工作面上下平巷內(nèi)向頂板鉆孔。(3加強(qiáng)支護(hù)。在工作面加打木垛、抬棚、戧柱等特殊支護(hù),加密支柱等。或選擇工作阻力大的液壓自

11、移支架。2、破碎頂板漏垮型冒頂在采煤工作面某個(gè)地點(diǎn)由于支護(hù)失效而發(fā)生局部漏冒,破碎頂板就有可能從該處開始沿工作面往上全部漏完,造成支架失穩(wěn),導(dǎo)致漏垮型冒頂事故。破碎頂板漏垮型冒頂事故的預(yù)防措施是:首先要求支護(hù)完整,不致出現(xiàn)頂板局部漏洞;若出現(xiàn)局部漏洞;立即加以堵塞,以防其進(jìn)一步擴(kuò)大。(1選用合適的支柱,使工作面支護(hù)系統(tǒng)有足夠的支撐力和可縮性。(2頂板必須插嚴(yán)背實(shí)。(3嚴(yán)禁因放炮、移輸送機(jī)、回柱放頂和移絞車等工序撞、刮倒工作面基本支護(hù),防止出現(xiàn)局部冒頂。(4一旦出現(xiàn)局部冒頂,即使是很小范圍內(nèi)的一個(gè)漏洞,也必須及時(shí)將其維護(hù)好,不再漏冒碎矸。3、復(fù)合頂板摧垮型冒落所謂復(fù)合頂板就是由下軟上硬多層巖石組

12、成的頂板。在工作面開采過(guò)程中,由于下部軟巖下沉,與上部硬巖離層,支架處于失穩(wěn)狀態(tài)。一旦遇有外力作用,工作面支架因水平方向的推力而發(fā)生傾倒,造成摧垮型冒頂事故。復(fù)合頂板摧垮型冒頂事故的預(yù)防措施是:(1在工作面上下平巷掘進(jìn)時(shí)不要破壞其復(fù)合頂板,應(yīng)托偽頂施工。(2工作面初次回采時(shí)不要向采空區(qū)側(cè)前進(jìn)。(3避免上下平巷與工作面斜交形成三角形。(4嚴(yán)禁仰斜開采。(5提高支柱的初撐力。(6用拉鉤器將工作面支架上下連成一體。(7靈活地應(yīng)用戧柱或戧棚,使它們迎著頂板巖層可能推移的方向支設(shè)。(四巷道頂板災(zāi)害防治井下巷道常發(fā)生冒頂?shù)牟课挥腥?冒頂原因和預(yù)防措施如下。1、掘進(jìn)工作面磧頭冒頂事故的預(yù)防措施掘進(jìn)工作面磧

13、頭支架架設(shè)時(shí)間短,未壓上勁,容易被爆破崩倒;人員作業(yè)經(jīng)常在空頂條件下進(jìn)行;同時(shí)受到地質(zhì)構(gòu)造變化影響,所以掘進(jìn)磧頭冒頂事故較多。(1根據(jù)掘進(jìn)工作面頂板巖石性質(zhì),嚴(yán)格控制空頂距,堅(jiān)持使用超前支護(hù)(前探梁。(2嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問(wèn)頂。(3在地質(zhì)破碎帶或?qū)永砹严栋l(fā)肓區(qū)等壓力較大處要縮小棚距。(4合理布置炮眼和裝藥量,以防崩倒支架或崩冒頂板。(5在掘進(jìn)磧頭10米范圍內(nèi)采用金屬拉桿或木拉條把棚子連成一體,必要時(shí)還須打中柱以抵抗頂板突然來(lái)壓和爆破沖擊。2、巷道交叉處冒頂事故的預(yù)防措施巷道交叉處控頂面積大，支護(hù)復(fù)雜，是預(yù)防巷道冒頂?shù)闹?點(diǎn)部位。 （1）開岔口應(yīng)盡量避開原來(lái)巷道冒頂范圍、廢棄巷道和硐 室。 （2）必須

14、在開口抬棚支設(shè)穩(wěn)定后，再拆除原巷道棚腿。 （3）注意選用抬棚材料的質(zhì)量與規(guī)格，保證其強(qiáng)度。 （4）當(dāng)開口處圍巖尖角被壓壞時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取加強(qiáng)抬棚穩(wěn) 定性措施。 （5）抬棚上頂空洞必須堵塞嚴(yán)實(shí)，空洞高度較大時(shí)必須碼 木垛接頂。在碼木垛時(shí)，作業(yè)人員應(yīng)站在安全地點(diǎn)，并設(shè)專人 看安全。 3、錨桿支護(hù)巷道冒頂事故的預(yù)防措施 錨桿支護(hù)巷道發(fā)生冒頂事故，除地質(zhì)因素外，主要是由于 錨桿支護(hù)的錨固力不足所造成的。提高錨桿的錨固力的措施有： （1）合理選擇錨桿間、排距。 （2）科學(xué)選擇錨桿支護(hù)材料。 （3）提高錨桿支護(hù)施工質(zhì)量。 （五）冒頂處理 1、冒頂處理的一般原則 在處理冒頂時(shí)，首先必須注意防止冒頂范圍繼續(xù)擴(kuò)大

15、，確 保搶救人員自身安全，做到“五先五后” （1）先外后里。先檢查冒落帶以外 5 米范圍內(nèi)支架的完整 11 性，有問(wèn)題先處理。如巷道一段范圍冒頂，堅(jiān)持先處理外面的， 再逐漸向里處理。 （2）先支后拆。更換巷道支護(hù)時(shí)，先加打臨時(shí)支護(hù)或架設(shè) 新支架，再拆除原有支架。 （3）先上后下。處理傾斜巷道冒頂事故時(shí)，應(yīng)該由上端向 下端進(jìn)行，以防矸石、物料滾落和支架歪倒砸人。 （4）先近后遠(yuǎn)。一條巷道內(nèi)多處冒頂時(shí)，必須先處理離安 全出口較近的一處，再向前處理離安全出口較遠(yuǎn)的一處。 （5）先頂后幫。在處理順序上，必須注意先維護(hù)、支撐好 頂板，再護(hù)好兩幫，確保搶救人員的安全。 2、冒頂處理的方案 （1）全斷面處理

16、，即整巷法或一次成巷法。當(dāng)冒頂范圍不 大，垮落矸石塊較小時(shí)可采取全斷面處理方案。這時(shí)，沿冒頂 范圍的兩端，由外向里，一次架設(shè)的新棚子與原棚子斷面基本 一致。它的優(yōu)點(diǎn)是可避免多次松動(dòng)原已破碎的頂板，缺點(diǎn)是進(jìn) 度較慢。 （2）小斷面處理。如果頂板冒落的矸石非常破碎，采取全 斷面處理方案不易通時(shí)，可沿煤壁在底部先刷出一條小巷，以 此作為臨時(shí)通風(fēng)、運(yùn)輸和行人之用，然后再擴(kuò)大為原斷面永久 支架。它的優(yōu)點(diǎn)是處理冒頂進(jìn)度快，缺點(diǎn)是需要二次支護(hù)。 （3）繞道處理。在冒頂范圍很大、冒落高度很大和頂板巖 石極不穩(wěn)定的條件下，采用（1）和（2）兩種處理方案相當(dāng)困 12 難、危險(xiǎn)時(shí)，可采用開補(bǔ)繞道，然后由繞道向冒落帶進(jìn)行處理 的方案。 3、冒頂處理的特殊施工方法 冒頂處理要根據(jù)冒頂?shù)姆秶?、冒頂高度、頂板巖性和當(dāng)時(shí) 當(dāng)?shù)氐牟删蛟O(shè)備等因素而確定最佳施工方法。 （1）撞楔法。當(dāng)冒落范圍內(nèi)仍在冒落頂板巖石，或者一動(dòng) 頂板碎矸就止不住地往下流，應(yīng)該采取撞楔法。撞楔法是交預(yù) 先制定的楔棍（鐵或木）用力撞進(jìn)冒落的碎矸中，搶救人員在 撞楔保護(hù)下清除煤矸等物，然后進(jìn)行支架。 （2）探板法。在冒頂范圍不大，頂板沒(méi)有冒落且矸石暫時(shí) 停止下落時(shí)可采用探板法。這時(shí)先觀察頂板，加固冒落帶附近 的支架