顶板事故分析与点评Word下载.docx
《顶板事故分析与点评Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《顶板事故分析与点评Word下载.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
根据顶板的坚硬程度、稳定程度以及对工作面矿压影响程度，直接顶可分为四类:
不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板和坚硬顶板。
3、老顶:
位于直接顶之上的岩层。
由砂岩、石灰岩、砂砾岩等坚硬岩石所组成。
其厚度大于2m，自然分层厚度较大，整体性较强，采空后能悬露较大面积。
按老顶来压强烈程度不同，老顶可分为四级:
1级顶板，周期来压不明显;
D级顶板，周期来压明显;
皿级顶板，周期来压强烈;
w级顶板，周期来压极强烈。
4、直接底:
位于开采层下面的岩层。
当它为坚硬岩石时，可作为采煤工作面支柱的底座;
如果是泥质页岩等松软岩层时，则常造成底鼓和支柱插人底板等现象;
在开采急倾斜煤层时，直接底还可能出现沿倾斜滑动的现象。
5、老底:
位于直接底之下，一般由砂岩、石灰岩等坚固的岩层所组成。
（二）巷道围岩压力及影响因素
1、巷道围岩压力
在岩体内开掘巷道后，原有岩体应力平衡状态受到破坏，巷道围岩应力情况出现部分区域升高，部分区域降低。
这种巷道围岩应力的集中和重新分布，使巷道周边岩体自稳能力显降低，导致向巷道空间移动。
为了防止围岩变形和破坏，需要对围岩进行支护。
这种围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力，统称为巷道围岩压力。
主要由松动围岩压力、变形围岩压力、膨胀围岩压力以及撞击围岩压力组成。
由于巷道开挖而松动或塌落的岩体，以重力的形式直接作用于支架结构物上的压力，表现为松动围岩压力载荷形式。
如支护不能有效地控制围岩变形的发展，围岩形成松动垮塌圈时，将导致松动围岩压力出现，通常顶压显现严重。
支护能控制围岩变形的发展时，围岩位移挤压支架而产生的压力，称为变形围岩压力，简称变形压力。
在"
围岩一支护"
力学体系中，只要围岩与支架相互作用，围岩就会对支架施加变形压力。
弹性变形压力是围岩弹性变形时作用于支架上的压力，弹性变形产生速度极快，变形量很小，对于围岩、支护相互作用过程而言，实际意义不大。
塑性变形压力是由于围岩的塑性变形和破裂，围岩向巷道空间位移，使支护结构受到的压力，是变形围岩压力的'
主要形式。
围岩膨胀、崩解体积增大而施加于支护上的压力，称为膨胀压力。
膨胀压力与变形压力的基本区别于它是由吸水膨胀而引起的。
从现象上看，属于变形压力范畴，但两者的变形机制截然不同，前者是指与水发生物理化学反应，后者主要是围岩应力与结构效应。
撞击围岩压力指围岩积累了大量弹性变形能之后，突然释放出来所产生的压力;
撞击围岩压力是回采工作面上覆岩层剧烈运动时对巷道支护体所产生的压力。
2、影响巷道围岩压力的地质因素
影响围岩压力的因素很多，通常可分为地质、开采和支护等类，影响围岩压力的地质因素有:
原岩应力状态、围岩力学性质及岩体结构等。
（1）原岩应力状态。
原岩应力是引起围岩变形、破坏的基本作用力。
原岩应力随开来深度的增加而增长。
所以，随开采深度的增加，巷道围岩压力会明显增长。
原岩体中主应力的大小和方向不同，对巷道的影响作用不同，也直接影响到围岩压力。
（2）围岩力学性质。
围岩力学性质是指它的强度（包括抗压、抗拉、抗剪等各种强度和黏聚力、内摩擦角等值）和变形性质及其他力学属性。
（3）岩体结构。
当结构面强度远小于结构体强度时，结构对围岩压力的影响极大。
通常岩体破坏首先从弱面开始，这是围岩压力在节理和层理等弱面发育区、破坏带、断层和摺皱区显现强烈的重要原因。
3、膨胀压力的影响因素
影响膨胀压力的因素主要有岩石的组成与胶结状态，物理化学性质，围岩中水分的补给状况，水与岩石的接触条件，支护和充填层的可塑性等。
（三）采煤工作面顶板活动的一般规律
1、支承压力
1）支承压力的形成
在煤体未来动前，煤钵上所受的原始应力为单位面积上所受岩体的重量，煤体中开掘巷道（如开切眼）后，原始应力状态受到破坏，应力将重新分布。
这时在开切眼上部顶板内形成了自然平衡"
压力拱"
。
开切眼上方岩体重量由两侧煤体平均分担。
因此，在两侧煤体中产生了应力集中现象，这种集中应力称为支承压力。
2）影响文承压力大小、分布的因素
支承压力的大小及其分布与顶板悬露的面积和时间、开来深度、采空区充填程度、顶底
板岩性、煤质软硬有关。
采空区顶板悬露面积越大、时间越长，顶板压力就越大，而支承压力的分布范围和集中程度也就越大。
开采深度越大，悬露顶板的重量越大，支承压力也越大。
顶板岩层越坚硬，顶板压力分布越均匀，支承压力的集中程度就比较小。
若顶板的裂隙发育，则支承压力比较集中，影响范围也较小。
底板岩层坚硬，支承压力影响范围大，但集中程度小。
煤质坚硬，支承压力比较集中，影响范围较小;
反之，煤质松软，变形和破坏程度越大，则支承压力分布范围越大，其集中程度越低。
3）支承压力显现
由于文承压力的作用，可导致顶板预先下沉、煤壁破碎片帮、产生冲击地压、煤和瓦斯突出等现象。
当顶、底板均为厚而坚硬的岩层且煤质很坚硬、开采深度又较大、形成很大的支承压力时，就可能产生冲击地压。
冲击地压是矿山压力显现中最猛烈的形式。
冲击地压是煤和岩层在矿压作用下急剧地破碎和被抛出的现象。
为了避免冲击地压发生而造成重大事故，必须采取措施降低支承压力的集中程度。
例如，采用充填法处理采空区，采空区内不留煤柱，避免两个工作面相向回采，以防止形成文承压力的重叠。
支承压力集中程度高，不仅可能产生煤层突出，还可能伴随大量瓦斯突出，造成煤和瓦斯突出事故。
综上所述，生产中必须重视支承压力的作用和影响，在开采自然条件不能改变的情况下，开采技术上应尽量设法减轻支承压力集中程度。
2、工作面初次来压
1）直接顶初次垮落
一个长壁工作面从开切眼开始采煤后，直接顶的跨度不断增加，其弯曲下沉也不断地增加。
一般在直接顶跨距达6-20m后，直接顶开始垮落。
一般认为:
当直接顶垮落厚度达1m以上、垮落长度达回来工作面长度一半以上时，就叫直接顶初次垮落。
直接顶初次垮落时的跨距叫做初次垮落步距。
2）老顶初次垮落与工作面初次来压
直接顶初次垮落后、回采工作面继续向前推进，随着每次回柱放顶，采空区上方的直接顶也就随着垮落下来。
随着回采工作面的推进，梁的跨度愈来愈大，老顶就逐渐弯曲、下沉;
当老顶双支点梁达到极限时，它就断裂、下沉。
这时，回采工作面内顶板下沉加快、煤壁片帮严重、支架受力增大、甚至发生顶板台阶下沉等老顶来压现象。
工作面回采以来老顶第一次大视模来压，叫做老顶的初次来压。
由开切眼到初次来压时工作面推进的距离叫做老顶的初次来压步距。
一般为20-35m。
3）.工作面周期来压
老顶初次来压后，随着回采工作面的继续推进，老顶岩梁周期性断裂、下沉，工作面内周期性地出现顶板下沉加，岩、煤壁严重片帮、支架受载增大、以及顶板台阶下沉等老顶来压现象，叫做老顶的周期来压。
老顶岩梁周期断裂的距离叫做老顶周期来压步距，一般为老顶初次来压步距的
1/2-1/4。
二、巷道掘进顶板控制技术
（一）巷道顶板控制包括以下三类方法及途径
第一类:
巷道保护是指，为了使围岩应力与岩体强度保持适应的关系，以便预防巷道失
稳或有效的减轻矿压危害而采取的各种技术措施，如选用有利于保持巷道稳定的断面形状，在巷道设计和掘进时就为预期的巷道缩小量预留备用断面，在巷道旁留护巷煤柱或砌筑人工保护带，将巷道布置在坚硬岩层中或应力降低区等等；
第二类:
巷道支护，一般指借助于安设各种支架去预防巷道围岩产生过度变形和防止巷道冒顶、片帮，以保持巷道正常使用；
第三类:
巷道维护（维修），是指对已进行过支护的巷道，为了改善己恶化的维护状况和恢复其稳定性所采取的一些措施，如巷道补棚、补柱、扩帮、起底、更换己损坏的支架构件甚至重新支护等。
目前，采用的各种顶板控制方法，从其对付矿压的原理来看，有"
抗压"
、"
让压。
躲压"
移压"
等几种。
（二）巷道支护及其材料"
支护形式及支护材料的选择取决于巷道围岩性质、压力大小、巷道的服务年限、用途及巷道的断面形状等因素。
传统的巷道支护有木支护，料石及混凝土砌喧、矿用工字钢支护、U型钢支护。
目前广泛采用的有锚杆支护以及喷射混凝土支护。
1、木材支架木材支架常用的结构主要是梯形棚子，棚子间距通常在0.5-1.Om之间。
木材支架的优点是重量轻，加工容易，对巷道条件的变化适应性大，并有一定的支撑力。
一般不作为主要支护形式，只在局部地段使用，木支架的缺点明显，强度低，易于腐烂，使用期短，维修费用高，通风阻力大，不防火，对围岩移动的适应性差，因此，采准巷道应尽量不用或少用木支架。
2、料石和混凝土砌碹
石材支护是以天然石材及人工石材为主要原料，并以水泥砂浆胶结而成的支护。
它和混凝土砌碹支护，主要用在服务时间较长，且地压较大的井筒及主要巷道中作为永久支护。
3、金属支架
金属支架主要用U型钢和矿用工字钢制造，U型钢是为制造可缩性支架而设计的，矿用工字钢多用于制造刚性支架。
金属支架的优点是具有承载能力大，可多次复用，储运方便，架设容易、迅速等优点，是
采准巷道中使用时间最长的一种支护形式。
4、锚杆支护
锚杆支护是锚固在煤、岩体内维护围岩稳定的杆状结构物，是一种主动支护形式，与被动支护相比，具有支护工艺简单，支护效果好，支护成本低、施工方便等优点。
错杆种类繁多，按锚固方式可分为三大类:
黏结式、机械式、摩擦式;
按锚固长度可分为:
全长锚固、端部锚固、加长锚固;
按锚杆的工作特性可分为可拉伸锚杆与不可拉伸锚杆;
按锚杆强度的大小可分为普通锚杆、高强锚杆、超高强锚杆。
5、喷射混凝土支护
喷射混凝土支护是用喷射机将混凝土混合物喷射在岩石表面上硬化而成的一种文护。
先将砂、石过筛，按配合比和水泥一同送人搅拌机内搅拌，然后用矿车将拌合料运送至工作面，经上料机装人以压缩空气为动力的喷射机，再经输料管吹送到喷头处与水混合后喷射在岩面上。
6、锚喷支护
锚喷联合支护，使锚杆支护和喷射混凝土支护取长补短、互为补充，是一种性能更好的支护形式。
锚杆与其穿过的岩体形成承载加固拱，喷射混凝土的作用则在于封闭围岩，防止风化剥落，和围岩结合在一起，对锚杆间的表面岩石起支护作用。
三、巷道顶板事故的防治
（一）造成巷道冒顶事故的因素
造成巷道冒顶事故的因素包括:
自然地质因素、T程质量因素、采掘工程因素和管理工作不到位等四个方面。
1、自然地质因素
（1）岩层层理影响。
岩层内应力经过重新分布，容易造成岩层离层脱落。
若有0.5-lm较弱岩层或煤层形成复合顶板时，空顶区顶板更容易发生弯曲、离层、下沉，造成围岩整体稳定性差，发生顶板冒落和片帮的概率增多。
（2）镶嵌型围岩结构的影响。
镶嵌结构岩体中的岩块与原岩体之间多为光滑结构面，使层面黏聚力极低，导致岩层在无支护空顶区易突然坠落，大块坠岩可能推垮不稳定支架，造成没有预兆的突发性顶板事故。
（3）岩层节理裂隙及破碎带影响。
岩层节理裂隙发育时破坏了岩体的完整性，尤其是风化带、断层破碎带、层间错动带及稽皱破碎带、挤压破碎带等地带的围岩松散破碎，更易造成巷道顶板冒顶事故。
（4）地下水的影响。
地下水对岩石具有减小层间摩擦系数，降低岩石的强度，使岩石软化、崩解或体积膨胀，容易促使巷道冒顶事故的形成。
2、施工质量因素
（1）支架架设质量差。
未按操作规程架设支架，导致支架阻力不能及时发挥作用，使围岩松动破坏圈扩大，易造成冒顶事故;
支架间连接性不好，使支架的横向稳定性差，易造成多架支架倾倒的大面积冒顶，尤其是在倾斜巷道。
（2）掘进打眼爆破参数掌握不好。
炮眼角度不当，或装药量过大，爆破时易崩倒支架，且使掘进工作面增大围岩破坏圈的范围，易造成冒顶及片帮事故。
3、采掘工程因素
当受到来动引起的岩层运动和支承压力的影响时，围岩破坏范围扩大，如果支护质量不好，极易造成片帮与冒顶事故。
巷道掘进时，围岩内产生应力重新分布，顶板岩层受到不同程度的破坏，尤其当两巷道贯通时，在交叉点处悬露面积大，顶板破坏更加严重，极易造成冒顶事故。
在翻修、维护巷道时，由于围岩内应力二次重新分布，造成顶板破碎范围扩大，也易造成冒顶事故的发生。
3、管理因素
4、管理工作不到位造成操作规程不能落实，安全检查没有认真进行，没有及时发现和处理
事故隐患，也容易造成冒顶事故。
（二）巷道冒顶事故的预防措施
巷道顶板事故多发生在掘进工作面及巷道交叉点及巷道贯通处。
1、掘进工作面冒顶事故的原因及防治措施
1）掘进工作面冒顶的原因
掘进破岩后，顶部存在与岩体失去联系的岩块，如果支护不及时，该岩块可能与岩体完全失去联系而冒落。
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，一且支护失效，就会冒蒋造成事故。
2）掘进工作面冒顶事故的防治措施
（1）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摺曲等地质构造破坏带或层理裂隙发育的岩层时，棚于应紧靠掘进工作面。
对掘进工作面新悬露出来的顶板，应采用及时支护或超前临时文护，以保证安全作业。
（2）加强安全检查，『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。
（3）在地质破坏带或层理裂隙发育区掘进巷道时，要缩小棚距;
在掘进工作面附近应采用拉条等把棚子连成一体，以防止棚子被推垮，必要时还要打中柱以抵抗突然来压。
（4）及时整理爆破崩倒或崩歪的支架。
2、支架支护巷道冒顶事故的原因及防治措施
1）支架支护巷道冒顶事故的原因
支架支护巷道的冒顶可分为压垮型、漏垮型和推垮型3类。
（1）压垮型冒顶是因巷道顶板或围岩施加给支架的压力过大，压垮了支架，从而导致巷道顶部己破碎的岩块冒落。
（2）漏垮型冒顶是因无支护巷道或支护失效@非压坏）巷道顶部存在游离岩块，这些岩块在重力作用下冒落。
，
（3）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定性不够，可能被推倒而发生冒顶。
2）支架支护巷道冒顶事故的防治措施
（1）在可能的情况下，巷道应布置在稳定的岩体申，并尽量避免采动的影响。
（2）巷道支架应有足够的支护强度，以抗衡围岩压力。
（3）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。
（4）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;
支架施工时要严格按工序质量要求进行，并特别注意顶与帮的背严背实问题，杜绝支架与围岩间的空顶与空帮现象。
（5）凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护顶，再施工。
（6）巷道替换文架时，必须先支新支架，再拆老支架。
（7）在易发生推垮型冒顶的巷道中，要提高巷道支架的稳定性，可以在巷道的支架之间用拉撑件连接固定，增加支架的稳定性，以防推倒。
倾斜巷道中，支架被推倒的可能性更大，其支架间拉撑件的强度、密度要适当加大。
3）锚杆支护巷道冒顶事故的原因及防治措施
巷道成巷后，在原岩应力和次生应力（包括回采等引起的各种文承压力@的作用下，巷
道围岩产生变形，如果岩石不能启稳，且锚杆参数选择不当，锚杆间排距过大、锚杆支护材料
选择不当、锚杆支护系统的匹配不合理等，使锚杆支护系统的锚固力不足，这种变形就得不
到有效的控制，就会不断发展，最终导致围岩冒落和冒顶。
预防锚杆支护巷道冒顶的措施，主要是正确选择锚杆支护的参数，加强施工管理，保证
工程质量。
4、巷道交叉处及巷道贯通处冒顶事故的原因及防治措施
1）巷道交叉处及巷道贯通处冒顶事故的原因
巷道交叉处冒顶事故往往发生在巷道开盒时，因为开岔口需要架设抬棚替换原巷道棚子的栅腿，如果开岔处巷道顶部存在与岩体失去联系的岩块，并且围岩正向巷道挤压，而新架设抬棚或强度不够，或稳定性不够，就可能造成冒顶事故。
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就在所难免，如果开岔处正好是掘巷时的冒顶处，则情况更为严重。
新文设抬棚的稳定性与以下两个方面的因素有关，抬棚架设一段时间后d能稳定，过早拆除原巷道栅腿容易造成抬棚不稳;
开口处围岩尖角如果被压碎，抬栅腿失去依靠也会失稳。
巷道贯通部位的顶板岩层其稳定性己遭受一次破坏，贯通时如果不事先探明，不制定相应的特殊措施，就容易发生顶板事故。
2）防治巷道开岔处及贯通处冒项的措施
（1）开岔口应避开原来巷道冒顶的范围。
选好开帮和贯通地点，要选择在顶板和地质条件比较好，远离交岔点、停采线和煤柱等各种受集中文承压力影响的地方。
（2）必须在开岔口抬栅文设稳定后再拆除原巷道棚腿，不得过早拆除，切忌先拆栅腿、后支抬棚。
开帮贯通地点附近的支架要加固，若近处有空顶及空帮情况，小范围可加密支架，背好顶帮;
大范围的应用木垛接顶处理，同样要用板皮背好打紧。
（3）保证抬棚有足够的强度。
开帮贯通巷道的交接处要及时扶上抬栅，抬棚承载能力大小应视围岩性质而定，一般选择大于正常支护材料承载能力的2-3倍。
耍及时进行支护，缩短顶板暴露时间。
（4）开帮掘进的新巷与原巷的方位要保持较大的夹角（最好大于45。
@。
当开口处围岩尖角被压坏时，应及时采取加强抬棚等稳定性措施。
（50贯通前要进行超前探测，并处理好被透点的积水、瓦斯等有害气体情况，制定相应的安全措施。
（三）巷道维修及冒顶处理方法
当围岩压力增大时，可能出现巷道发生变形、断面变小、支架折损或顶帮漏煤（岩）块等现象，甚至发生冒顶。
这时必须及时进行处理，如果处理不及时或措施不当，可能延缓处理时间，使小变形变成大变形，小冒顶变成大冒顶，增加维修和处理的难度，还可能发生人身伤亡事故。
1、巷道维修及冒顶处理的一般原则
（1）先外后里。
先检查该处前后5m范围内支架的完整情况，有问题先处理。
必要时可采取临时加固措施，例如加密支架，加打木垛，前后支架拉紧支牢等，以增加后路、外围支架的支护能力和稳定性，确保后路畅通。
对一段巷道进行维修和冒顶处理时，也必须坚持先处理外面的@离安全出口近的那一头，再逐渐向里面前进，直至全部完成。
禁止在巷道只有一个安全出口的情况下，两头同时进行处理工作，以防止再一次发生冒顶时，将人员堵在里面。
（2）先支后拆。
更换巷道支护时，在拆除原有支护前/应先加固邻近支护，拆除原有支护后，必须及时除掉顶帮后面的碎肝并架设永久支护，必要时还应采取临时支护措施。
如需更换柱腿，应该先用内注式单体液压支柱或金属摩擦支柱在顶梁下打好立柱，再拆去旧柱腿。
（3）先上后下。
倾斜巷道维修支架和处理冒顶时，应该由上至下进行。
特别是倾角在15°
以上时，必须有防止矸石、物料滚落和支架歪倒的安全措施。
（4）先近后远。
当一条巷道有几处需要维修支架和处理冒顶的地段，应该先处理距安全出口较近的那段，再向前处理较远的那一段，直至把巷道内的各段都维修好或处理通。
这样可以避免因距安全出口较近的那一段再次冒顶，将里面那一段的作业人员堵花里面。
（5）先顶后帮。
为了保证操作人员的人身安全，在处理程序上必须注意先维护，支撑住顶板，再维护好两帮。
如巷道一侧片帮需要处理，这时必须在顶梁下靠片帮侧打上一根立柱，使顶板稳住，然后对片帮空间进行架设支架。
2、巷道冒顶处理方法
（1）直接支架法
在巷道围岩已经稳定，冒落矸石又不多，冒顶范围约为2架-3架时，可采用直接支架法，即先扒掉碍事的矸石，在两帮掏出柱窝，然后立好柱腿，紧接着架设顶梁，并且插背好，最后清理底部煤矸。
再往前依次照上述程序操作，直至处理完毕为止。
（2）撞楔法
当巷道冒落肝很碎，可采用撞楔法处理。
在冒顶的地方先用撞楔向冒落碎肘深处打人，在撞楔的保护下，清理冒落的煤肝，重新架设支架。
撞楔的材料可选用钢轨或小圆木。
（3）锚喷法
错喷法适用于冒顶范围较大，具备锚喷支护的岩巷。
先处理冒顶区域内顶板及两帮活矸，人员站在安全侧向冒顶区域顶部喷射一层厚30-5Omm的混凝土封固顶板，然后再封两帮。
当初喷层凝固后再打锚杆，并及时挂网和复喷一次，复喷厚度不宜超过200mm。
冒顶处理完后，按要求立模砌喧，也可架设金属支架。
（4）木垛法
如果巷道冒顶范围较大、冒落高度较高，且冒落空洞以上顶板基本稳定，可以采用木垛法。
先在冒落空洞里以下部的冒落煤秆为底加打木垛接顶，然后在木垛保护下清理煤矸，重新支架。
在冒落空洞里加打木垛是带有一定危险的工作，操作时必须十分注意安全。
操作前，要站在有文架掩护的地点，用长柄工具敲帮间顶，并设专人观察顶板变化情况。
巷道顶板事故案例分析
一、基本情况
凤凰山矿机掘三队施工的95311工作面进风巷设计走向长度1400m，当掘进至1198m时，工作面出现了因向斜、背斜挤压造成的无煤区。
二、事故经过
二00二年八月五日早班，大约上午9：
30时分，因顶板离层突然来压，由于支护不力，致使所回棚及向里两架棚全部垮落，将在此处工作的赵双坤、李永雷埋住，窒息死亡。
三、事故原因
（1）工作地点因地质向斜、背斜挤压，形成的褶曲构造，顶板离层、破碎，压力增大，未按规程进行支护是造成事故的直接原因。
（2）工作现场起底、扩帮、换棚施工时，未按施工措施要求进行，既未使用摩擦柱加强支护，又未正确使用临时支护，且当班班长违章指挥，工人违章作业，是造成这次事故的主要原因。
（3）机掘三队安全管理存在重大漏洞，未将己审批的安
升级会员 