1、2018/5/5,1,顶板事故防治及勘察,顶板灾害防治及勘察,概 述第一节 矿山压力显现规律及影响因素第二节 采场顶板事故防治及预防勘察第三节 巷道顶板事故防治及勘察第四节 冲击地压事故防治及勘察,概 述,一、研究顶板事故及防治勘察的 重要性,二、顶板事故发生原因分析,一、研究顶板事故及防治勘察的重要性,在我国统配煤矿（国有重点煤矿）中，顶板事故伤亡人数占煤炭行业总伤亡人数的比重较大。而顶板事故又分为采场（工作面）顶板事故和巷道顶板事故。请看下面几组数据。 1、1954年-1985年期间顶板事故占总死亡人数的45%。 其中：采场（工作面）顶板事故占3/4 巷道顶板事故占1/4 而在采场顶板事故
2、中： 按支护类型分：磨擦支柱、木支柱占93%、其它支柱占7% 按顶板类型分：直接顶板事故占93%、老顶事故占7% 按冒顶类型分：局部冒顶占70% 、大型冒顶占30% 按 地 点 分：机道炮道占26%、放顶线占15% 、 上下出口占15% 、 其他地点占44%,2、1986年-1992年顶板事故死亡人数占总死亡人数的40%， 有所下降，但比例也发生变化。 其中：采场顶板事故占2/3 巷道顶板事故占1/3 变化原因分析： 整体事故比例下降是由于支护设备发展科学研究成果的 应用，管理的加强所致。 采场顶板事故3/42/3主要是支护形式发展单体液压支 柱，液压支架的应用，回采工艺发展。 巷道顶板事故上
3、升： A：巷道断面扩大 B：巷道总数加大、使用时间长 C：支护技术有待进一步完善 40%或许45%的大比例很值得去研究去监察，进一步降低。 且事故类型很多，随机性多样性，要求加大勘察力度。,二、顶板事故发生原因分析 1、自然因素 2、技术因素 3、人为因素 4、勘察的目的三、介绍几本参考书 1、中国采场围岩控制 陈炎光、钱鸣高主编 2、中国巷道围岩控制 陈炎光、陆士良主编 3、顶板灾害防治 岑传鸿编 以上皆为中国矿大出版社出版,第一节、矿山压力显现规律及影响因素,一、采场矿山压力显现规律,二、顶板分类,三、巷道矿压显现规律,四、影响矿山压力显现的因素分析,采煤作业时的顶板管理方式,矿山压力显现
4、示意图,顶板事故,矿山压力研究情况,煤矿的五大灾害,瓦斯、顶板、火、水、粉尘,1979年在中国矿大成立了煤炭工业矿山压力情报中心站下设8个分站,综采矿压分站 煤科总院开采所 史元伟单体支柱分站 山东矿院 宋振骐井巷地压分站 西安矿院 石平伍矿压仪表分站 西安煤矿仪器厂 朱安久冲击地压分站 煤科总院开采所 康立军矿山支护与设备分站 北京煤矿机械厂 赵宏珠 软岩工程分站 中矿大北京 何满潮 放顶煤矿压分站 中矿大北京 王家臣,一、采场矿山压力显现规律,1、初次放顶- 当工作面自开切眼推进一段距离后，工作面开始第一次大 面积的放顶，叫做初次放顶。 初次放顶工作面需要采取相应的安全防范措施，制定监测
5、制度等以策安全。煤矿顶板事故在初次放顶时发生者也 不在少数，应特别引起注意，也是勘察的主要内容之一， 后面见案例分析。2、直接顶初次垮落- 初次放顶后，直接顶首次大面积的垮落称为初次垮落，即直 接顶冒高超过11.5占全工作面的1/2以上为准。 如图1所示。,岩石强度 分层厚度 节理裂隙 直接顶初次垮落步距-直接顶初次垮落后，从切顶线到 开切眼煤壁的距离叫直接顶初 次垮落步距。它是一个很重要 的指标，对顶板分类和研究矿 压理论很重要。 直接顶初次垮落步距：525M不等，见表1。,影响因素分析：,3、老顶初次来压 当老顶悬露达到极限时，老顶第一次断裂，同时发生破断 岩块的回转失稳，从而导致工作面顶
6、板急剧下沉，此时工 作面支架显现压力普遍增大现象，即称为老顶初次来压。 直接顶垮落后，与老顶之间有一个空隙空间。 如图2、图3。,这一空间造成老顶的弯曲，断裂，回转，冒落。 若=0，即直接顶冒落后充满采空区 则h=m/（kp-1） 其中：m-煤厚 h-直接顶总厚度 kp-岩石碎胀系数（初始值1.251.5,） 一般(24）倍（通常用N表示）采高的直接顶冒落 后即可。填满采空区，周期来压则不明显。 老顶初次来压前的结构及周围应力分布情况 如图4所示。,图4 老顶断裂前的结构形式及其周围的应力再分布 A-应力增高区 B-应力降低区 C-应力不变区,老顶初次垮落时，工作面煤壁距开切眼煤壁的距离 叫做
7、老顶初次垮落步距。 老顶初次垮落步距的相关因素： 老顶的岩石力学性质 老顶的厚度 岩块之间的胶合条件等 老顶初次来压步距，一般为2035M 有的可达5070M不等 持续时间23天4、老顶周期来压 老顶初次来压后随工作面的推进，老顶呈规律性折断， 工作面显现周期性的来压，称为周期来压。 老顶顶板经历了稳定-失稳-再稳定的变化。 如图5、图6所示。,图5 老顶周期来压a-老顶断裂下沉 b-顶板台阶下沉,图6 回采工作面推进中岩体结构的变化过程,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-两次周期来压间工作面推进距离。 经验数据
8、并根据实测，周期来压步距： L周=（1/2-1/4）L初5、三带 回采工作面初次来压后，随着工作面的继续推进，工作面 上复岩层的活动情况将逐渐形成常说的上“三带”，即： 冒落带（垮落带）-岩块不规则垮落和堆积 Kp=1.3.5，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。如图7所示。,6、采场围岩应力分布 1）工作面前后方应力分布-移动支承压力分布 由于开采所致，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3040M或更远,最高峰在 煤壁前方710处。K可达23，随开采移动。 工作面后方冒落矸石被压实，
9、一般只恢复到rh或比 rh稍高一点。如图8所示。,2）工作面两侧支承压力分布-固定支承压力分布 随工作面开采，在工作面两侧煤柱或煤体上也形成支承 压力。作用时间长，位置比较固定，如图9、图10所 示，称为固定支承压力。,二、顶板分类（一）按岩性和与煤层的位置划分 1、伪顶-厚度小于0.5M，极易垮落，随采随冒，位于 煤层之上。 2、直接顶-岩层较稳定，位于伪顶之上，一般随放顶 可垮落。 3、老顶-在直接顶之上，岩层厚而硬，难冒落，有时 呈规律性折断。 典型柱状如图11所示。,图11 顶板典型柱状图示例,（二）我国对直接顶分类和老顶的分级 为了确定支护参数和支架造型，1981年煤炭工业部颁发：
10、缓倾斜煤层顶板分类方案，如表2、表3所示,1、掘进巷道引起的围岩应力分布 巷道未开掘之前，岩体处于原始应力状态rh，在巷道开掘 后，应力即开始重新分布，巷道围岩内出现应力集中现象， 当围岩强度小于围岩应力，围岩则产生塑性变形，并向岩 体深部发展。一般巷道开掘后形成如下图所示的状态。,三、巷道矿压显现规律,巷道围岩一般分为四个区：破裂区 A 塑性区 B 弹性区 C 原始应力区 D 开切眼开掘后两侧煤体的应力如图13所示。,2、采动影响下，底板应力分布 支承压力通过煤体，直接传递到底板岩层，在底板岩层 一定范围内同样存在支承压力的影响。如下图所示。,a 一侧采空煤柱应力分布特征 煤柱应力呈三角形
11、应力增高系数为3 =3040 传递深度为（1.5）B b 煤柱宽度为B，两侧采空时应力特征 煤柱应力呈钟形 应力增高系数为5 煤柱最中心下方应力最大 =3040 传递深度为3B c 煤柱宽度为2B，两侧采空应力特征 煤柱应力呈马鞍形 应力增高系数为3.5 =3040 传递深度为3B,四、影响矿山压力显现的因素分析,（一）地质因素 1、断层与褶曲 断层的影响 顶板失去连续性，容易冒顶 构造应力存在使巷道难以维护 伴有其他灾害因素存在 褶曲的影响 构造应力使顶板难维护 顶板破碎，易冒顶 如图15所示,在地层水平应力作用下巷道底板鼓起 在地层水平应力作用下巷道两帮破裂,2、节理、裂隙的影响 直接顶被
12、切割，易冒顶 影响老顶的稳定性 如图16所示,3、煤层倾角的影响 顶板压力的方向改变 支架的稳定性受到影响 底板滑动给支护带来困难 如图17所示,（二）开采技术因素 1、采高与控顶距 采高和控顶距越大，顶板下沉量越大 采高越大，冒落带越高，上复岩层破坏越严重 煤壁越易片帮 老顶越难取得平衡 2、工作面推进速度 增大 顶板下沉量小 反之加大 顶板破碎强度减缓 破碎 矿压比较缓和 压力大 3、采深（加大） 支承压力影响范围增大 原始应力增大，工作面压力增大 顶板难维护，支柱载荷增大 矿压显现加剧、片帮、压出 易诱发冲击地压和煤与瓦斯突出,第二节 采场顶板事故防治及预防勘察,一、顶板事故的分类,二、
13、采场顶板事故的致因及预防勘察,（一）综采工作面顶板事故的致因及预防勘察,（二）普采工作面顶板事故的致因及预防勘察,（三）炮采工作面顶板事故的致因及预防勘察,（四）残采工作面顶板事故的致因及预防勘察,一、顶板事故的分类,（一）目前的多种分类 1、总工程师指南分类 大面积切顶 小范围局部冒顶 2、煤矿顶板事故的防治分类 局部冒顶事故 大型冒顶事故 急倾斜工作面顶板事故 3、顶板灾害防治分类 压垮型冒顶 漏冒型冒顶 推垮型冒顶 综合类型冒顶 4、中国煤矿采场围岩控制分类 压垮型冒顶 漏冒型冒顶 复合顶板推垮型 金属网下推垮型 其他推垮型 综采工作面直接顶冒顶,（二）顶板事故分类 顶板事故： 采场顶板
14、事故- -综采顶板事故 一次采全高 分层开采 普采顶板事故 一次采全高 分层开采 炮采顶板事故 一次采全高 分层开采 残采顶板事故 巷道顶板事故- -巷道掘进顶板事故 巷道维修顶板事故 巷道回收顶板事故 巷道交叉点事故,（一）综采工作面顶板事故的致因及预防,1、综采工作顶板事故经常发生的地点及原因分析 1）地点：端面顶板 煤壁片帮 如图18、图19所示,2）案例：东梁五井和徐州庞庄东城井事故3）原因分析： 端面冒顶原因分析 直接顶的岩性不稳定 老顶岩层的断裂 端面距尺寸过大 片帮原因分析 采高 煤层硬度 矿压 切割面形状 4)防治措施及勘察 及时移架、减小端面距 提供必要的水平推力，合理初撑力
15、和支护强度 支架顶梁不宜过分抬头和低头（1015） 固化顶板，加设护帮装置 保持工作面有较快的推进度 监测顶板，及时消除冒顶隐患,（二）普采工作面顶板事故的致因及预防勘察,1、一次采全高工作面顶板事故致因及防治勘察 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 2）发生原因分析 顶板破碎、离层、老顶作用 较大，支架稳定性不好，背顶不严 支架阻力不够，工作面支护强度不够 放炮，移溜等其他工序推倒支架造成 局部冒顶 放顶无特种支护设计，无密集、戗柱 和木垛等,多工种同时同地点违章操作等 工作面推进度太慢等 3）案例
16、分析 肥城杨庄矿 固家庄矿顶板事故 4）防治及勘察 加强工作面支护，减少灾害，逐渐采用单体 压支柱 增加支柱初撑力 缩小控顶距 正确安全回柱放顶，加设必要的特种支护 严禁同工种同时同地平行作业 加快工作面推进度 加强矿压观测，摸清顶板活动规律 加强对初次放顶的监控与管理 增加支架的稳定性 加强安全教育，提高自身安全意识 如图20、21、22及表4所示,2、分层开采顶板事故致因及防治勘察 1）冒顶事故的特点 开切眼附近，初次放顶前后 有明显前兆，多数推垮突然 推垮前支柱受力不大 上位岩层大面积悬露， 有大块冒下 支柱多数向下向采空区方向 倾倒 推垮型速度快，人力无法抗拒 易发生在回柱时 案例多在
17、磨擦支柱工作面 如图23所示,2）原因分析： 由于支护不到位、不及时或失效而出现网兜 碎矸石与上位断裂硬岩大块岩石产生离层 网兜漏冒造成顶板整体运动，推倒工作面支架 假顶铺设不严，灌浆注水不充分 工作面支护质量不好，密度不当，稳定性差 对网兜现象处理不及时 其他工序导致冒顶（放炮等） 3）案例分析 汾西水浴矿 4）防治勘察 控制控顶距，提高支柱初撑力，防止网兜出 现，防止各工序碰倒支架 增加支架的稳定性，十字顶梁 工作面开切眼，内错布置，初次放顶，将网剪断 加强工作面质量管理，机采及时挂梁，缩小截深 灌浆灌水充分 回柱放顶采取严密安全防范措施,（三）炮采工作面顶板事故的致因及预防勘察,1、一次
18、采全高工作面顶板事故致因及预防勘察 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 煤层顶板由下软上硬不同岩性的岩层组成 软、硬岩层间夹有煤线或软弱岩层 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，顶板就是复合顶板。 2）复合顶板推垮型冒顶的特点 冒顶前工作面压力不大、支架变形损坏、下缩 不明显 多数情况下，冒顶前采场直接顶已沿煤帮断裂 冒顶后支架向下向老塘倾倒 冒顶后上复硬岩大面积不冒或冒几块 任何工序都有可能发生冒顶，但多数在放顶过程中,冒顶多发生在开切眼附近 冒顶前征兆不明显，冒顶来势快，比较突然猛烈 如下图所示,3）复合顶板冒顶的机
19、理分析 由于支柱支撑力小，岩层在自重作用下使支柱下缩 软岩与硬岩层之间产生离层。 支柱支在浮煤上或软底上，使顶板下沉离层。 直接顶岩层断裂，成六面体，成半自由体，如沿采 空区或倾斜方向有去路，随时可以冒落。 推力大于迎山支柱阻力，向倾斜方向垮落。 4）炮采工作面冒顶发生地点 开切眼附近 地质破坏带 旧巷附近 上下出口附近 放顶线附近 煤壁炮道附近 5）案例 长广六矿（复合顶） 涟邵利民矿 6）炮采工作面冒顶致因分析 支架支设质量不高，支在浮煤软底上 初撑力不够，稳定性不好 支护密度和支护强度不够 放炮药量大，顶眼距顶板近，震动顶板，使顶板断裂,放炮后不能及时支护，使顶板下沉量加大，离层严 重
20、推进度慢，造成顶板情况恶化 控顶距过大 放顶特殊支护不到位，操作工序错误 7）事故防治及勘察 支柱支在硬底上，勾顶严密 增加初撑力，增加支柱稳定性 合理支护密度和支护强度，排距柱距 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。 及时拉梁，打临时柱 保持正常推进度 严格按设计作业，控顶距不能过大。,2、炮采分层开采顶板事故致因及防治勘察 基本情况同普采分层开采，但有其特殊性 1）特点及预防勘察措施 减少放炮对上分层的破坏及震动，放小炮，小进度， 药量小。 及时支护裸露假顶 选好炮眼方向，防止崩倒支柱，崩翻设备 注意安全躲炮，安全放炮 加强对火工品的管理 2）案例
21、石嘴山一矿 靖远红会四矿,（四）残采工作面顶板事故的致因及预防勘察,1、残采的特点 残采即矿井将要报废，为延长服务年限而开采原来 丢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。 残采时条件远不比初始的条件，工作条件复杂，多 种多样，矿山压力依残留煤炭条件而异，变的复杂， 难以控制。顶板大部分由于采动已断裂。 残采很难形成正规面开采，大部分属非正规开采， 给安全带来更大的困难。2、残采顶板事故特点 多发生在地质变化带 孤岛采煤，压力大，难控制 残采工艺落后，支护设备陈旧 规程往往审查把关不严，易出漏洞,3、残采案例事故及分析 山东临沂草埠矿 山东坊子矿 4、残采顶板事故防治及
22、勘察 严格作业规程的审批和贯彻，摸清情况，不能冒险和 违章作业。 严格支护质量和支护密度，支护强度，加强特种支护。 建立顶板监测、监控制度。 加强对残采工作面职工的安全教育，完善各种规章制 度。,第三节、巷道顶板事故防治及勘察,一、掘进工作面顶板事故的致因及预防勘察,二、巷道交叉处顶板事故防治及勘察,（一）巷道交叉处冒顶事故原因,（二）预防措施及勘察,三、巷道维修顶板事故预防及勘察,四、巷道回收顶板事故防治及勘察,（一）掘进工作面冒顶事故的分类,（二）预防掘进工作面冒顶事故的措施,（一）巷道维修顶板事故的特点,（二）巷道维修顶板事故的防治及勘察,（一）掘进工作面冒顶事故的分类,一般认为按原因分
23、为两大类1、掘进后岩石破碎后，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，顶石冒落，裂隙发育的巷道抽条都属于 此类。2、已支护的巷道顶部岩石，在支护失效或勾顶不严或 无支护时发生冒落。 如放炮崩倒棚子导致冒顶，背顶不严造成冒顶都属于 第二类型冒顶。 有时一类冒顶可引起第二类冒顶，从而导致大范围冒 顶。,（二）预防掘进工作面冒顶事故的措施,1、严格控制空顶距，支架应紧跟掘进工作面及时支护， 锚杆支护要及时打锚杆，严禁大面积空顶作业，有条 件应采用前探掩护支架，使工人在有防护的条件下作 业。 空顶作业事故案例分析 铁法一处 阜新王家营 2、严格执行敲帮问顶制度
24、，危石必须排下，采取有效 的 临时支护。如下图所示。,临时支护案例分析 通化苇塘 珲春英安 3、地质破碎带缩小棚距，增加拉条，增加棚子的一体性 和稳定性，必要时可打中柱，锚杆支架应加大密度， 使用全长锚固型锚杆。 4、采空区下，网下，冒顶区施工必须背实背严，增挂金 属网，超前支护，防止漏空和扩大冒高。 网下掘进事故案例分析 平一矿 鹤壁六矿 5、炮眼布置方向合理，药量适当，加固支架，防止崩倒 棚子。 6、锚杆支护，注意锚杆眼深度和锚杆密度及质量，必要 时加网、喷联合支护。,（一）巷道交叉处冒顶事故原因,1、巷道交叉处顶板暴露面积大，岩层松动范围大，巷道 压力大，易发生冒顶。2、巷道交叉处支护要
25、求高，支护复杂，有两巷支架，还 有抬棚等，支架稳定性要求高，强度大，支护质量 不好易发生冒顶。如下图所示。,（二）预防措施及勘察,1、开岔口应选在顶板较好处，避开冒顶处。2、严格操作规程，先架抬棚，再撤棚腿。3、选用高质量高规格材料作抬棚，保证抬 棚有足够强度。4、尖角牛鼻子，象鼻子被压坏时，采取加 强和稳定措施。,（一）巷道维修顶板事故的特点,1、巷道经过长期的使用，其周围岩石已经松动， 松动范围比初始增大，压力大，使巷道变形。2、受采动影响或受支承压力的影响，巷道压力大， 变形大，不符合使用要求，才进行维修。3、由于巷道支架支设质量低，支架材料不符合要求， 支架棚距不合理，背帮背顶不好造成
26、巷道变形大 或被破 坏。4、巷修时周围岩块已彻底脱落，随时有冒落的可能。 处理不好，可使破坏松动范围进一步扩大，形成 恶性循环冒顶。,（二）巷道维修顶板事故的防治及勘察,1、应首先了解巷修地点周围情况和巷道变形原因2、制定有效的巷修措施和严密的操作规程，杜绝违章作 业。3、巷修要小步距，逐架依次修理，防止大面积冒顶。4、要先架新支架后撤老支架5、采取特殊措施加强临时支护，如插梁、前探梁等，工 人在有支护条件下作业。6、新支设支架要顶帮背严背实，提高质量。（三）巷修案例分析 平庄红庙矿 阜新五龙矿,四、巷道回收顶板事故防治及勘察,（一）防治及勘察 1、巷道回收前应制定严密、技术合理的操作规程，制
27、定 完善的安全措施。 2、巷道回收要采用机械作业，杜绝工人冒险行为。 3、回收的支架应及时运出，保证后退道路畅通，对退路 支架有损坏者必须首先及时加固。 4、对不能收回的支架或材料，不要冒险作业，安全第一。 5、加强回收支架地点附近的安全监测。 6、回撤支架附近避免其他工序同时作业或干扰。（二）案例分析 庞庄 开滦范各庄,冒顶的征兆,顶板事故是最常见、最容易发生的事故，要注意防范。当出现以下一种或几种征兆时，要及时采取措施防范：顶板、支架发出响声；顶板掉渣；煤壁片帮；顶板出现裂缝；顶板脱层、下沉；直接顶漏顶有害气体增多等。,观察冒顶的方法,一是敲帮问顶。即用钢钎或手镐敲击顶板，声音清脆响亮的，表明顶板完好；发出空空或嗡嗡声的，表明顶板岩石已离层，有冒落的危险，应采取措施把脱离的岩块挑下来。二是打木楔。即在顶板裂缝中打入一小木楔，过一段时间如果发现木楔松动或松脱，说明裂缝在扩大，顶板有冒落的危险，应采取措施进行处理。三是震动观察。即一手扶顶板，一手持凿子或镐头等工具敲击顶板，若感到顶板震动，即使听不到破裂声也说明已有顶板岩石离层，有冒落的危险，应及时防范。,
