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采煤工手指口述

1学时

第三章采煤工作面顶板控制及顶板事故防治

审阅人

授课课题

第一节采煤工作面矿山压力及其显现规律

2

授课时间

2010年11月1日星期一第节

教学目的与要求

1.了解采煤工作面矿山压力及其显现规律

2.掌握采煤工作面顶板事故防治措施；

3.了解采煤工作面顶板控制方法；

教学重点

采煤工作面局部冒顶的预兆及防治

教学难点

初次来压预防措施、正常移架操作及顺序

授课方法

讲授、案例、讨论、演示相结合的教学方法

教具仪器

电脑

教学过程、内容分析、授课提纲

附记

复习提问采用提问+小结的方式；

课间练习老师进行答疑、辅导。

组织教学：

课堂清点人数。

稳定学员情绪，准备上课。

复习旧课：

通过分析案例引出新课

讲授新课：

采煤工作面矿山压力及其显现规律

一、矿山压力的概念

由于应力重新分布而在井巷、硐室及采煤工作面周围煤、岩体内和支护物上引起的力就称为矿山压力，筒称矿山压力或地压。

矿压显现：

顶板下沉、底板鼓起、巷道变形等。

二、采动后矿山压力分布的一般规律

（一）支承压力

支承压力是指在岩体中开掘巷道，在煤层进行采煤时，巷道两侧或采煤工作面周围煤壁内形成的高于原岩应力的垂直集中应力。

支承压力影响因素有：

（1）悬权顶板的质量。

（2）顶板岩石的性质。

（3）煤的强度，

（二）采煤工作面周围支承压力分布

1.工作面前后方支承压力（讲述）

2.工作面上下方及原切眼附近煤体上支承压力（讲述）

三、采动后顶板活动的一般规律

（一）采空空间上方岩层的分布

采空区空间上方岩层形成3个带：

垮落带、裂隙带和弯曲下沉带。

（二）上覆岩层在工作面推进方向的发展规律

1、直接顶初次垮落（讲述）

2、老顶初次来压（讲述）

3、老顶周期来压（讲述）

第二节采煤工作面顶板控制

一、采煤工作面顶板控制的内容

采煤工作面顶板控制的内容是：

工作面顶板支护和采空区处理

二、采煤工作面顶板支护

（一）采煤工作面顶板支护的作用和要求

1、作用

（1）防止工作空间直接顶岩层的垮落，保护好工作空间，以便能正常、安全地进行采煤工作。

（2）在一定程度上防止老顶岩层下沉、弯曲，保持老顶岩层的基本整体性，增大老顶的强度。

（3）衡量工作面支护效果的标志，就是工作面不发生冒顶事故。

2、要求

（1）要求支架有足够的支撑能力。

（2）要求支架的足够的可缩性。

（二）采煤工作颀支架类型和单体支柱特性

（1）按结构可分为：

单根的支柱和由支柱、顶梁组合成的棚子支架和液压支架。

（2）按材料可分为：

金属支柱和木支柱。

（3）按工作原理可分为：

磨擦式金属支柱、单体液压支柱及液压支架‘

（4）按支架的作用可分为：

普通支架和特殊支架。

（三）采煤工作面单体支架的布置方式

1、普通支架

1）点柱2）棚子3）悬臂支架

2、采煤工作面特殊支架（讲述）

（四）单体支柱操作技术及安全注意事项

1、一般规定

（1）支架架设要严格按《煤矿工人技术操作规程》和工作面作业规程中的有关规定进行操作。

（2）进入工作地点后，必须首先敲帮问顶，发现隐患要及时处理。

（3）随时注意工作面的动态，如顶板断裂发出巨响或支架突然大量折损或钻底钻顶等，应立即撤离所有人员到安全地点，待顶板稳定后，再进行处理。

（4）所有支架必须按统一编号有序架设，必须拉线支设，柱距、排距和控顶距等要符合作业规程要求。

（5）支架迎山有力，迎山角符合作业规程规定。

（6）顶梁必须与顶板紧密接触，不得张口，若顶板不平必须

用木楔或背板等背实；

顶板破碎时，应密背护顶；

局部冒顶造成

梁上空顶时，要用木料在梁上摆成三角形或井字形使之接顶背实。

（7）支柱与底板要全面接触，不准支在浮煤、浮矸上。

（8）支柱要打紧，可在柱顶上加一个楔，不准打重楔。

（9）摩擦式金属支柱和单体液压支柱的支设最大高度应小于支柱设计最大高度o．1m，最小高度应大于支柱设计最小高度0．2m，当采高发生变化时，应及时更换相应高度的支柱。

（10）工作面内不得使用不同性能的支柱，特殊情况下使用时，必须制定专门措施。

（11）工作面内支护、回柱、采煤等工序，必须协调作业，其平行作业距离、作业顺序严格按作业规程规定执行。

（12）架设支柱时，其下方不得站立人员，防止挂梁脱落伤人。

2．单体液压支柱支护

1）戴帽点柱操作及安全注意事项

（1）操作顺序。

（2）安全注意事项。

2）铰接顶梁与单体液压支柱操作及安全注意事项

挂梁一插调角楔十背顶一清理和定柱位一立柱一供液升柱（使用顶网的工作面应先挂网后，再按以上顺序操作。

（2）操作方法。

①挂梁。

②插调角楔。

③背顶。

④清理和定柱位。

⑤立柱与升柱。

（3）安全注意事项。

①支护必须符合作业规程规定，确保一梁一柱，严禁单梁单柱支护。

②挂铰接顶梁时，梁应摆平并垂直于煤壁。

③跟机挂梁时，人应站在两支柱间空挡内进行操作，并随时敲帮问顶。

④挂梁后应及时按规定支设临时支柱，如发现顶板破碎，压力大时，要立即停机，待处理好顶板后再割煤。

⑤追机支护距离应符合作业规程的规定。

⑥采用预挂顶梁维护顶板的炮采工作面，每次放炮后，要及时挂梁控制顶板或按规定支设临时支柱。

⑦调角水平楔子必须水平插入顶梁牙口内，不允许垂直插入，正常情况下的插入方向是小头朝工作面上方，禁止用木楔或其他物品代替调角楔。

⑧升柱时，应用手托住调角楔并随升柱而及时插紧，当支柱升紧后，必须用锤将调角楔打紧。

⑨临时支柱的位置应不妨碍架设基本支柱，基本支柱未架设好，不准回撤临时支柱。

⑩顶板破碎，片帮严重地点，应掏梁窝挂梁，提前支护顶板。

⑩放炮后崩倒的支架，必须及时支设好。

3．摩擦式金属支柱支护

挂梁一插调角楔一背顶一清理和定柱位一立柱一挂液压升柱器+升柱。

同单体液压支柱操作安全注意事项。

4．木支护

1）顺山棚子的架设及安全注意事项

2）走向棚子的架设及安全注意事项

5．工作面特殊支护

1）木垛

（2）安全注意事项

2）密集支柱或丛柱

（1）密集支柱或丛柱的操作与点柱相同。

（2）密集支柱或丛柱的数量，排、柱距，应符合作业规程要求。

（3）支设密集支柱时，每隔3～乒m留一安全出口，以便回柱放顶时出料和撤人。

（4）使用木柱时，其直径不得小于基本支柱的直径。

3）抬棚或戗柱

①在正常情况下，必须保持一梁三柱，移输送机时可一梁二柱，移后应及时补齐。

②必须同时有3人以上协同操作。

⑧钢梁要交替迈步前移，不得齐头并进。

④支柱时柱爪必须卡住长钢梁牙。

⑤变形的钢梁必须及时更换。

⑥禁止在缺口内无支护的情况下空顶作业。

（五）采煤工作面液压支架支护

1．液压支架的分类

根据液压支架对顶板岩层的支护方式，通常习惯上将支架分3大类型：

（1）支撑式支架。

这种支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适应于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈、底板也较硬的煤层中使用。

（2）掩护式支架。

该类型的支架具有良好的防矸掩护性能，适应于中等稳定和破碎，周期压力不明显的顶板条件。

（3）支撑掩护式支架

它适应于顶板中等稳定或稳定、周期来压较明显、底板中等稳定的煤层中使用。

2．支架操作技术和安全注意事项

1）一般规定

（1）液压支架工必须熟悉液压支架的性能及构造原理和液压控制系统，通晓“液压支架工技术操作规程”，能按完好标准维护保养液压支架，懂得顶板管理方法和本工作面作业规程，经考试合格并持证上岗。

（2）采煤机采煤时必须及时移架。

（3）严格控制采高，严禁采高大于支架的最大支护高度，当煤层变薄时，采高不得小于支架的最小支护高度。

（4）支架所用的阀组、立柱、千斤顶，均不准在井下拆检，可整体更换。

（5）备用的各种液压软管、阀组、液压缸、管接头等必须用专用堵头堵塞，更换时用乳化液清洗干净。

（6）更换胶管和阀组液压件时，只准在“无压”状态下进行，而且不准将高压出口对着人。

（7）不准随意拆除和调整支架上的安全阀。

（8）液压支架工操作时要掌握8项操作要领，做到快、匀、够、正、直、稳、严、净，即：

（9）在操作液压支架前必须要对支架进行以下检查，发现问题及时处理。

（10）顶板破碎时必须超前支护。

（11）当采高超过3m或片帮严重时，液压支架必须有护帮板，防止片帮伤人。

（12）处理倒架、歪架、压架以及更换支架和拆修顶梁、支柱、座箱等大型部件时，必须有安全措施。

（13）工作面爆破时，必须有保护液压支架和其他设备的安全措施。

（14）支架要接顶升紧，达到初撑力。

2）正常移架操作及顺序

（1）收回伸缩梁、护帮板、侧护板。

（2）操作前探梁回转千斤顶，使前探梁降低，躲开前面的障碍物。

（3）降柱，使主顶梁略离顶板。

（4）当支架可移动时立即停止降柱，移支架至规定步距。

（5）调架，使推移千斤顶与刮板输送机保持垂直，支架不歪斜，全工作面支架排成直线。

（6）升柱，同时调整平衡千斤顶，使主顶梁与顶板严密接触约3～5s，以保证达到初撑力。

（7）伸出伸缩梁使护帮板顶住煤壁，伸出侧护板使其紧靠相邻下方支架。

（8）将各操作手把扳到“零”位。

3）过断层、旧巷及顶板破碎带时的移架操作及顺序

三、采空区处理

1全部垮落法

2．充填法

3．缓慢下沉法

4．煤柱支撑法

第三节工作面支护质量和顶板动态监测

一、单体液压支柱工作面支护与顶板监测

（一）日常监测内容

日常监测的内容有：

支护参数、顶板状态参数以及顶板动态。

1．支护参数

2．顶板状态参数

3．顶板动态

（二）特殊时期或地点的监测

（三）监测方法

1．日常监测

（1）数据量测与记录，记录表见表3—3。

（3）日常监报

2．装面阶段监测

3．初放阶段监测

4．撤面阶段监测

5．数据整理与总结

二、综采工作面支护与顶板监测

（一）监控内容和方法

（1）由压力自计仪或压力指示器测定支架载荷；

（2）为防止支架间咬架而测定支架顶梁之间的倾向台阶错动；

（3）为防止支架倾倒而测定支架立柱偏离煤层法线的偏离角

（4）反映顶梁梁端接顶状态的支架顶梁第一接顶点到煤壁的距离；

（5）反映移架是否到位的顶梁端部至煤壁的距离；

（二）监控图表举例

第四节特殊工作面条件下的顶板管理措施

一、采煤工作面初次放顶时期的顶板控制

（一）一般规定

（1）采煤工作面从开切眼开始，到工作面直接顶板冒落的高度达到采高的1．5～2倍，冒落的长度达到工作面长度的1／2以上时，此阶段的顶板垮落称为初次放顶。

（2）初次放顶时期，直接顶板冒落高度达不到采高L5～2倍时，则采用人工强制放顶。

其炮眼布置、数量、深度、角度、间距、装药量等参数，应在作业规程中作出具体规定。

（3）初次放顶必须制定专门措施，经矿技术负责人审批，由生产副矿长主持制定实施措施。

（4）单体支柱工作面初次放顶时，根据开切眼顶板及支架的状况，可采取以下支护方式：

①顶板稳定，开切眼内支架基本完好时，先在原棚梁下打中柱，然后摘掉工作面煤壁侧的棚腿，拉线支柱并架设一排金属顶梁，再开始回采；

②顶板破碎，开切眼内支架破坏严重时，拉线支柱并架设一排金属顶梁后，再架一梁三柱顺山棚，然后摘掉工作面煤壁侧棚腿，开始回采；

（5）综采工作面初采时，根据开切眼的顶板状况，采取以下支护方式：

①开切眼顶板完整时，可一次将切眼扩成支架安装所需要的宽度，采用戴帽点柱支护形式；

②开切眼顶板较完整时，扩切眼后支设大跨度的一梁二柱棚,棚距一般为0．8—1．0m；

③破碎顶板条件下，开切眼可先按小断面掘进，安装支架前，先铺设刮板输送机。

安装支架时，一边刷帮扩切眼，一边进行支架安装。

扩帮时可架设临时大跨度的一梁二柱棚，用板皮背好顶板。

（6）坚持初次放顶期间支护质量与顶板动态的监测和预报，根据预测的直接顶和老顶初次垮落步距、初次放顶事故发生的可能性及其受力类型，采取相应的防治措施。

（二）复合顶板初次垮落阶段的顶板控讳，1

煤层的顶板由厚度为0．5—2．0m的下部软岩及上部硬岩组成，并且它们之间有煤线或薄层软弱岩层；

下部软岩一般是泥岩、页岩和砂页岩等，上部硬岩一般是中粒砂岩、细粒砂岩和火成岩等，此类结构的顶板岩层称为复合型顶板。

复合顶板实质上就是离层型顶板。

从分析复合顶板形成推垮型冒顶的原因出发，基本上可采取以下措施：

（1）开切眼附近是复合顶板推垮型冒顶的多发区。

（2）提高单体支柱的初撑力

（3）增加工作面支架的支护强度和稳定性。

（4）适当加大工作面控顶距，第一次放顶放两排柱比较合适。

（5）消除形成复合顶板推垮条件的措施。

（三）坚硬直接顶初次垮落阶段的顶板控制

（1）对坚硬直接顶板的控制，应以支撑为主，护顶为辅，使支柱具有足够的密度和支护强度。

单体支柱回出后，应立即全部支撑在新放顶排上，提高对工作面顶板的整体支撑力量。

（2）加强新放顶排的特殊支护，增大新放顶排的支护强度和密度。

（3）合理确定初次垮落阶段的控顶距。

（4）在直接顶初次垮落步距较大时（大于20m），要提前采取强制放顶措施，即在工作面推进7～10m时进行强制放顶，使顶板产生裂隙，从而易于垮落，以减弱初次放顶时对工作面的冲击强度。

（5）强制放顶前，要根据顶板压力，每隔5—8m沿放顶线架设木垛，压力较大时，为防止推倒木垛，应在木垛四周增设支（戗）柱固定。

（四）老顶初次来压阶段的顶板控制

（1）进行工作面支护质量与顶板动态监测，掌握老顶初次来压步距，在来压前增大支护密度，提高工作面支架的总支撑力。

（2）来压前沿放顶线增设1～2排密集支柱或丛柱，以增加基本支架的支撑力并隔离采空区。

（3）为了增加支架的稳定性，沿放顶线每隔5～8m架设一个木垛，或增设一梁三柱的戗棚或抬棚。

也可架设双排交叉布置的木垛。

（4）对坚硬老顶，必须随着回采进行强制放顶，以便减轻老顶来压时对工作面的压力。

二、采煤工作面过旧巷安全措施

（1）如果旧巷已不通风，应首先通风排除有害气体，然后进行巷道修复。

（2）厚煤层工作面过旧巷，一般是指过下分层的旧巷（同分层过旧巷的方法同前），

（3）旧巷顶板破碎，压力大，平行推过有困难时，则采用斜交通过的方法。

（4）炮采工作面落煤时，应尽可能放小炮或震动炮，减轻对顶板的破坏。

（5）炮采工作面将要透旧巷时，应停止放炮，改用手镐落煤,提前控制顶板。

（6）综采工作面过旧巷时，可利用液压支架的前探梁托住旧巷棚梁，然后逐步移架。

I

（7）工作面过旧巷时，要适当加快推进速度，边采边支护，尽量减少空顶时间和空顶面积，防止冒顶。

三、采煤工作面过小地质构造安全措施I

（一）工作面过断层

1．工作面遇断层前的预兆

采煤工作面遇断层前，一般有以下预兆：

煤（岩）层的走向、倾向发生明显变化，顶底板的完整程度破坏严重，裂隙增多；

煤质变软，光泽变暗，煤层层理不清；

有时还有滴水和瓦斯涌出量增多的现象。

2．工作面过断层的措施

（1）对于落差大，影响范围广（走向长，破碎带宽）的断层，在利用探巷探明断层范围后，采取重掘开切眼绕过断层的方法；

对于落差小的断层，在采取针对性的措施后，采取硬过断层的方法。

（2）过断层时，先要搞清楚工作面煤壁与断层走向的交角，如断层走向与煤壁夹角太小，则断层破碎带暴露面积大，顶板维护困难。

在条件允许时，可提前调整工作煤壁与断层走向的夹角，使其在合适的范围内（顶板中等稳定时为20‘～30‘，顶板不稳定时为30’～450），以减少断层在工作面煤壁出露的长度。

（3）断层落差不超过工作面采高的1／3，断层附近顶板较完整时，过断层不需采取特殊方法。

倾斜分层开采时，可调整分层采高通过断层。

（4）通过断层时，如断层附近煤层较薄，难以铺设输送机，行人或采煤机通过有困难时，应根据顶底板的岩石强度、断层赋存的具体情况，进行挑顶或卧底。

（5）卧底过断层如留顶煤时，对顶煤要刹紧背严。

（6）为不影响工作面正常采煤，过断层的工作应超前进行，并采取打浅眼、少装药、放小炮的办法；

断层附近严禁放大炮。

（7）合理确定放顶步距，一次回收完断层外侧的支架。

（8）硬过断层时，常用的支护方法有以下几种：

①戴帽点柱和戗柱。

②走向棚子。

⑧木垛。

（9）综采工作面通过落差小的断层，同样可以采取工作面调斜、调整采高、挑顶卧底和提吊支架等措施直接通过；

断层落差大不能硬过时，则应另掘开切眼绕过。

（二）工作面过褶曲带

工作面过小褶曲带的围岩控制措施和过小断层破碎带的措施基本上相同，对工作面能直接通过的小褶曲，采取挑顶或卧底的方法处理，其支护方式根据具体情况进行确定，可采用戗柱、戗棚、棚子或木垛等支架形式；

对于工作面无法直接通过的小褶曲，则采用重掘开切眼的方法。

（三）工作面过陷落柱（讲述）

（四）工作面过冲刷带（讲述）

四、采煤工作面收尾的顶板控制

采煤工作面推进到规定的停采线，撤除全部机电设备和支架，并使顶板全部垮落的工作称为工作面收尾。

（一）单体支架工作面收尾的顶板控制措施

（1）工作面停采线应选在两次周期来压的中间，避开周期来压对工作面的影响。

如工作面和停采线不平行，则应在工作面到达停采线前摆正对齐。

（2）收尾时工作面要留出支护良好的最小控顶距空间，作为行人、运料用。

其支护方式根据工作面顶板岩性在作业规程中确定。

（3）工作面收尾过程中，必须在一个安全出口条件下作业时，防止发生冒顶伤人、堵人的安全措施。

所有出口范围内的顶帮要设专人维护，确保收尾作业时，人员退路的畅通。

（4）回柱时必须二人一组作业，一人回柱、一人观察顶板，严禁单人作业。

（5）回柱必须按由下而上，由采空区向煤壁的顺序进行。

（6）回柱作业中，如果工作地点出现温度升高，有害气体积聚超限，则要安设局部通风机加强通风。

（7）金属网假顶下分层工作面，应在煤壁内保留有足够长的网道。

（二）综采工作面收尾的顶板控制

综采工作面设备多，设备体积大，质量大，工作空间小，设备撤出时困难大。

特别是液压支架的回撤，不但工作量大，而且工序多，顶板破碎时，回撤更加困难。

为了保证撤架时的安全，在顶板控制方面要采取以下措施：

（1）综采工作面撤架时，要有一定的撤架工作空间（宽度一般为4～6m，高度要满足支架升降要求以及支架下缩后能从邻近支架的顶梁或侧护板下通过），这样才能将支架拉出、拐弯、行走。

（2）清理工作面及支架内外的浮煤、浮矸和一切杂物，平整底板，以便支架顺利通过。

（3）停采前的最后一个班要将工作面取直，支架调成一条直线，然后再割两刀煤（或炮采进1m），只推移输送机不移架，使顶梁前端与煤壁之间形成1m以上宽的空间，作为撤运设备的通道。

撤架时，根据顶板情况，该通道采取下列支护形式及管理方法：

第五节采煤工作面顶板事故防治

一、顶板事故的分类及特点

1.按其发生的范围分为：

（1）局部冒顶

（2）大面积冒顶

2.按其发生的力学原理分类

（1）压垮型冒顶

（2）漏垮型冒顶

（3）推垮型冒顶

二、局部冒顶事故的预兆及防治

1.采煤工作面局部冒顶的预兆

（1）发出响声。

（2）片帮。

（3）顶板掉渣。

（4）裂缝。

（5）离层。

（6）顶板淋水有明显增加。

（7）瓦斯涌出量会突然增大。

（8）漏顶。

2．采煤工作面局部冒顶的防治措施

采煤工作面易发生冒顶的地点

煤壁线，上下出口，放顶线，断层处。

1）“煤壁线”附近局部冒顶的防治措施

（1）采用能及时支护悬露顶板的支护方式。

（2）严禁空顶作业，。

（3）严格执行敲帮问顶制度。

（4）炮采工作面炮眼布置，装药量要合理避免崩倒支架和顶板。

（5）尽量使工作面与煤层的主要节理方向垂直或斜交，防止顶板冒落。

2）工作面上下出口附近局部冒顶的防治措施

（1）工作面上下出口附近的支护形式采用四对八根矿用工字钢长梁支护。

（2）超前工作面的10m内，巷道支架应加双中心柱；

超前工作圆10～20m巷道支架应加单中心柱和铰接顶梁支护。

（3）单体支柱的初次称力符合规程规定。

3）放顶线附近局部冒顶的预防。

（1）采用单体液压支柱的工作面用远距离让支柱卸载，远距离让拉支柱的方法。

（2）为预防直接顶在回柱时推到支柱发生冒顶事故，应在大岩块范围内，用木垛等加强支护。

（3）在采高较大时，直接顶较破碎时，在放顶线要加档杆柱。

稳定及坚硬顶板采用双排密集柱，从柱。

（4）悬顶距离超过作业规程规定时，必须采取人工强制放顶或其他措施进行处理。

3．采煤工作面局部冒顶的处理方法

煤壁区附近如果发生局部小冒顶，冒顶范围不大，顶板没有冒严，矸石暂时停止下落的情况时，应采取加固冒顶区附近的支架，再掏梁窝，探大板或挂梁等措施。

4．采煤工作面大面积冒顶的处理方法

1）修复冒顶区的方法。

通常采用以下4种方法：

（1）从工作面冒顶区的两端，由外向里用双腿套棚维护好顶匠，保持安全退路畅通，若顶板压力大，应加打木垛维护顶板。

（2）边清理矸石边架棚，每清理0.5m架一架棚子，清理的矸石倒人采空区，如遇不易破碎的大块矸石，应根据规定放小炮破碎。

（3）若冒落矸石很碎，一次整修不易通过时，可先沿煤帮机道用人字形掩护支架整修一条小巷，在风流贯通，输送机开动后，再从冒顶区两端向中间依次放矸架棚修复工作面。

（4）若采煤机在冒顶区前方，当输送机出矸时，应先将采煤机吊起，使矸石顺利通过。

2）重掘开切眼的方法。

二、大面积冒顶事故的防治

大面积冒顶事故的特点是，冒顶范围大，伤亡人数较多（每次死亡3人以上），对生产的影响特