04矿井顶板事故的救灾技术讲解Word文档格式.docx
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图4-4支承压力在被开采煤层顶底板中分布示意图
1–采动影响带边界；
2–支承压力区；
3–卸载区边界
可见，为了减轻或避免支承压力对巷道的危害和改善采区巷道维护状况，就必须掌握回采工作面周围支承压力的分布规律，并了解它对采区巷道的影响特点。
二、采区巷道矿压显现规律
掌握沿煤层走向方向的矿压显现规律，对于正确选择巷道的支架类型，确定合理的支护参数，控制矿压，改善巷道维护状况有重要意义。
现以本区段工作面采完后留下供下区段工作面复用的下部运输顺槽为例（如图4-5所示），说明巷道从开始掘进到开采工作完全结束的矿压显现过程。
图4-5工作面下部顺槽顶底板移动的全过程曲线
1–移动速度曲线；
2–移近量曲线
1、巷道掘进阶段（Ⅰ）
在煤层或岩层内开掘巷道，破坏了原始应力平衡状态，即会引起应力重新分布，围岩会产生移动和变形。
剧烈期每天的移动速度为几十毫米，稳定期一般<
1毫米。
2、无采掘影响阶段（Ⅱ）
这个阶段的围岩移动主要是由于流变所引起的，即变形量是时间的函数。
变形量极小，巷道基本稳定。
3、采动影响阶段（Ⅲ）
由于回采影响，围岩应力再次重新分布。
加之空顶面积较大，导致矿压显现剧烈。
工作面前方（Ⅲ前）每天移近速度为十几毫米，占总移近量的10~15%工作面后方（Ⅲ后），每天移近速度为20~60毫米。
这个阶段的移近量占总移近量的50~60%左右。
4、采动影响稳定阶段（Ⅳ）
巷道围岩经历一次移动影响后重新进入相对稳定的阶段，平均移动速度比无采掘影响阶段稍大一些。
仅占总移近量的5~8%。
5、二次采动影响阶段（Ⅴ）
由于受另一工作面开采支承压力的影响，引起顶板岩层进一步失稳和运动，比一次采动影响稍大一些，占总移近量的20~25%。
根据采区平巷的矿压显现规律的研究可知，采区平巷从掘进到报废的整个服务期内顶底板总移近量（U总）为：
U总=U0+v0t0+U1+v1t1+U2
式中：
U0、U1和U2一由掘巷、一次采动和二次采动引起的顶底板移近量，mm；
v0、v1—无采掘影响期和一次采动后稳定期内顶底板移近速度，mm/d
t0、t1—无采掘影响期和一次、二次采动影响间隔期的时间，d。
三、冲击矿压
煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏，在瞬间以极大的速度将一定量的煤体或岩体抛向空间的动力现象称为冲击矿压。
发生冲击矿压时常伴有很大的声响，在一定范围内能感到震动，煤体抛出时，形成煤尘，有时还释放大量的瓦斯；
冲击矿压常导致巷道破坏顶板垮塌，并造成人身伤亡事故。
在一定的煤质条件下，当开采达到一定深度后就可能发生上述现象，发生的颇率和强度随开采深度增大而增加。
因此，它是深部开采时必须研究的重要课题之一。
截止2005年统计，我国已有100余个煤矿发生了冲击矿压，比较突出的矿区有：
北票、抚顺、北京、开滦、枣庄、新汶、徐州、南桐、四川天池等。
已发生的破坏性冲击矿压2200多次，最大震级为里氏震级3.8极。
破坏性很强。
现在，我国的一些金属矿山、铁路隧道工程也出现冲击地压（岩爆）现象。
从世界一些主要产煤国家看，原苏联、波兰、法国都有严重的冲击矿压现象，特别是波兰，有50%的矿井具有冲击倾向性。
（一）冲击矿压的分类：
根据原岩（煤）体应力状态、显现强度和发生的地点和位置的不同，冲击矿压有如下几种分类方法：
1、按原煤（岩）体应力状态不同，冲击矿压可分为三类：
1）重力型冲击矿压。
主要受重力作用，没有或只有极小构造应力引起的冲击矿压，如：
枣庄，抚顺、开滦等。
2）构造应力型冲击矿压。
构造应力引起的冲击矿压，如：
北票、四川天池煤矿。
3）中间型或重力——构造型冲击矿压。
主要受重力和构造应力的共同作用引起的冲击矿压。
2、根据冲击的显现强度，可分为四类：
1）弹射。
指一些碎块在应力的作用下射落。
并伴有强烈的声响。
属于微冲击现象。
2）矿震。
在应力作用下，煤、岩体发生破坏，并不抛出，只有片帮和错落现象，但产生明显震动，伴有巨大声响，有时产生煤尘。
较弱的矿震，也称为“煤炮”。
3）弱冲击。
煤或岩石向已采空间抛出，但破坏性不大，可能有大量瓦斯涌出。
4）强冲击。
部分煤或岩层急剧破碎，且向采空区抛出，出现支架折损、设备移动、围岩震动，伴有巨大声响，形成大量煤尘与产生冲击波。
3、根据震级强度和考虑抛出的煤量，可分为三级：
1）轻微冲击（Ⅰ级）。
抛出煤量在10ｔ以下，震级在1级以下的冲击矿压。
2）中等冲击（Ⅱ级）。
抛出煤量在10～50ｔ，震级在1～2级的冲击矿压。
3）强烈冲击（Ⅲ级）。
抛出煤量在50ｔ以上，震级在2级以上的冲击矿压。
4、根据发生的地点和位置冲击矿压可分为两大类：
1）煤体冲击。
发生在煤体内，根据冲击深度和强度又分为表面、浅部和深部冲击。
2）围岩冲击。
发生在顶底板岩层内，根据位置有顶板冲击和底板冲击。
（二）影响冲击矿压发生的矿山地质因素
1．开采深度
实际资料证明，多数矿井的开采深度达到200m以上时，才会发生冲击矿压，并且发生的频次和强度都随着深度增大而增加。
如表4—1、4—2、4—3所示。
表4-1我国部分矿井发生冲击矿压的临界深度
局、矿名称
门头沟
天池
抚顺
城子矿
大台矿
陶庄矿
房山矿
唐山矿
临界深度
200
240
250
370
460
480
520
540
表4-2发生冲击矿压的强度和频次与开采深度的关系
地区与矿名
强度或频次
量位
开采深度（m）
201~300
301~400
401~500
501~600
601~700
重庆地区
发生强度（平均煤量）
t/次
68
118
947
1250
天池矿
发生次数
次
%
1
3.5
3
11.5
19
32
12
14
22
表4-3波兰发生冲击矿压的频次与开采深度的关系
〉500
发生次数（次/百万吨）
16
62
83
142
2.煤层和顶底板岩石性质及特征
发生冲击矿压的必要条件是形成较大的集中应力和积聚较多的弹性能。
这就要求顶底板岩层比较坚硬，煤层具有脆性。
一般，有冲击矿压发生的煤岩体，在破坏前的全部变形中，弹性变形所占比重大，而塑性变形所占比重小。
据研究，如弹性变形部分占50~80%时，则具有发生冲击的危险；
如弹性变形只占20~50%，则无冲击危险。
所以，煤和岩石的弹性模量及其强度指标可以做为发生冲击矿压倾向度的一个特征。
3．地质构造因素
在地质构造带中尚存有一部分地壳运动的残余应力，形成构造应力场。
冲击矿压就常常发生在这些构造应力集中的区域。
在次一级向背斜构造的轴部，倾角大于45°
的翼部及其转折部位是构造应力易于集中的地带，发生冲击矿压的危险性最大。
同样，煤层局部异常地带也易于发生冲击矿压。
在形成断层的过程中，一般能够释放一定的能量，使其两侧的构造应力降低。
但在断层的尾端构造处，仍可积聚有较大的残余应力。
（三）冲击矿压的防治措施
根据冲击矿压的成因和机理，防治措施的基本原理有两方面：
1．降低应力的集中程度
（1）开采具有冲击倾向的煤层群时，开拓布置应有利于开采保护层。
（2）划分井田和采区时，避免形成应力集中的煤柱和不规则的井巷几何形状。
（3）应尽量采用长壁工作面开采法。
（4）避免相向开采形成应力叠加。
（5）避免形成四面、三面、两面采空的岛形煤体，以解决应力叠加问题。
2．改变煤层的物理力学性能及顶板预处理：
（1）顶板注水。
有些岩层遇水易软化，如：
粘土页岩，长石，砾岩。
注水后，岩石由脆性向塑性转化，从而促其早变形或垮落，集中应力就会得到释放，这就是顶板注水治理冲击矿压的基本原理。
（2）顶板松动爆破。
这种方法适用于坚硬厚层整体性顶板。
松动爆破后，顶板内形成不同程度的破裂，失去完整性。
消除应力集中，减弱或消除了冲击倾向。
（3）煤体预处理。
采掘工作开始前，向有潜在冲击危险的煤体进行较低压力和较长时间的注水，可改变煤体的物理、力学性质，减弱或消除冲击倾向。
第三节顶板事故的救灾技术要点
当灾害事故发生后，如何安全、迅速、有效地抢救人员、保护设备、控制和缩小事故影响范围及其危害程度、防止事故扩大，将事故造成的人员伤亡和财产损失降低到最低限度，是救灾工作的关键。
任何怠慢和失误，都会造成难以弥补的重大损失，因此掌握事故处理的原则方法和技术，是十分必要的。
处理顶板事故抢救遇险人员时，首先应直接与遇险人员联络（呼叫、敲打、使用地音探听器等），来确定遇险人员所在的位置和人数。
如果遇险人员所在地点通风不好，必须设法加强通风。
若因冒顶遇险人员被堵在里面，应利用压风管、水管及开掘巷道、打钻孔等方法，向遇险人员输送新鲜空气、饮料和食物。
在抢救中，必须时刻注意救护人员的安全。
如果觉察到有再次冒顶危险时，首先应加强支护，有准备地做好安全退路。
在冒落区工作时，要派专人观察周围顶板变化，注意检查瓦斯变化情况。
在处理冒落矸石时，要小心地使用工具，以免伤害遇险人员。
在处理顶板事故时，应根据冒顶事故的范围大小、地压情况等，采取不同的抢救方法：
1、工作面冒落范围较小，矸石块度小，比较破碎，并且继续下落，矸石扒一点、漏一些时，救护人员可采用撞楔法处理，控制住顶板。
2、如果底板是岩石，掏不动，遇险者位置在金属网或荆条假顶下面时，可沿煤壁掏小洞寻找遇险人员。
3、如果工作面两头冒落，把人堵在中间，采用掏小洞和撞楔法穿不过去，可采用另开巷道的方法，绕过冒落区或危险区将遇险人员救出。
冒顶范围较大，不适应整巷处理法时，根据冒顶区在工作面所处位置不同，采取补巷绕过冒顶区的方法，有以下三种情况。
（1）冒顶发生在工作面机尾
沿工作面煤帮，从回风巷重开一条补巷绕过冒顶区（如图4-6）未冒顶的工作面，将机尾缩至工作面完整支架处继续回采（指没有人员被埋的情况下），当工作面同补巷采成一线时，再接长运输机恢复正常回采。
冒顶区埋压的设备、支架、用整小巷的办法或从新开的补巷中，直接扒开矸石回收。
图4-6开补巷法
（2）冒顶发生在工作面机头
在煤帮退出来3—5m，从溜子边向上掘进一条斜上山（如图4-7）通到冒顶区的上部，在斜上山内另装一部临时运输机或将老工作面的溜子头移过来安装，逐步接长溜槽。
掘通补巷以后，随着工作面的推进，逐步延长工作面运输机，缩短补巷内的运输机，直到工作面采直，搬走临时运输机。
埋压的设备、支柱和材料的回收方法与冒顶发生在运输机机尾附近的方法相同。
图4-7机头冒顶开补巷绕过
（3）冒顶发生在工作面的中部
平行工作面留3—5m煤柱，（如图4-8）重开一条切眼，对埋压在冒顶区的设备和支护材料等在新开切眼内每隔1O—l5m，向冒顶区掘小洞，用掘小巷的方法，分段回收设备。
图4-8中部冒顶重掘开切眼方法
4、顶板冒落范围不大时，如果遇险人员被大块矸石压住，可采用千斤顶等工具把大块岩石顶起，将人迅速救出。
5、独头掘进巷道发生冒顶事故将人员压住或堵住，可参照以上方法抢救遇险人员。
当冒顶事故发生在掘进工作面，处理垮落巷道的方法有：
木垛法、搭凉棚法，撞楔法、打绕道法等。
（1）木垛法
这是处理垮落巷道的常用方法，一般又分为“井”字木垛和“井"
字木垛与小棚结合处理法两种。
图4-9木垛法
①“井”字木垛法：
当冒顶高度不超过5m，冒落的范围基本稳定，可以将冒落物清除一部分，形成自然堆积坡度，留出工作人员上下的空间，在冒落的煤岩上架设木垛，支撑顶板，抵住冒顶区酌周壁，防止片帮。
架木垛时，顶要刹实背好，防止掉矸。
木垛架好后，可以出煤矸。
当清理的空间够支一架棚子时，应立即架棚，这样往复进行，直至处理完毕。
（如图4-10）
②“井”字木垛和小棚结合法：
冒顶高度超过5m，冒落范围内比较稳定，为了节省木料和加快处理速度，可采用（_图4-11）的方法，用“井“字木垛和小棚法结合处理。
图4-10“井”字木垛法图4-11垮落巷道处理法
（2）搭凉棚法
冒落的拱不超过1m，顶板岩石比较稳定，长度不大时，用5－8根长料搭在冒落空洞两头完好的支架上，然后，在“凉棚”的掩护下，完成清理冒落物，架棚等工序。
架完棚子后，在凉棚上用材料把顶板背实（如图4-12）
（3）撞楔法
当遇到顶板岩石破碎持续冒落时，采用撞楔法（如4-13）处理垮落巷道。
首先把棚子立在工作面上，在棚子的顶梁和巷道顶板之间打入撞楔（材料是大板、钢轨等），使它们互相靠紧，把巷道顶板完全挡住。
打撞楔要从巷道的左上角往右角打，反过来打也行。
撞楔要斜着往上打，一次打入的深度不宜太大（20--40CM）。
顶板压力越大，撞楔打入的斜度也越大，在边打撞楔的同时，掏出岩石。
撞楔打好后，立一架棚子，并在撞楔末端补上方木，方木中心要留出切口，以便插入下一行撞楔。
以后在已经安设好的两架中间安上平横撑。
重复作业，循环向前掘进。
图4-12凉棚法图4-13撞楔法
（4）打绕道法
当巷道段冒落长，不易处理，造成堵人的情况下，为了给遇难人员输送新鲜空气、食物和饮料，迅速营救遇险人员，可采取打绕道的方法，绕过冒落区进行抢救工作。
打绕道法和掘小巷的方法基本上一致，巷道一般打在底板上（沿底板），巷道中的支架密度由顶板状况和顶板压力大小而定。
但是，在任何情况下，支架都要楔紧。
如果顶板是松散的岩层，在冒落区挖掘时要用插入式支架支护。
6、如果遇险者位置靠近放顶区时，可采用沿放顶区由外向里掏小洞，架设梯形棚子，木板背带背顶，或用前棚边支护边掏洞，把遇险人员救出。
7、工作面冒落范围很大时，遇险者的位置在冒落工作面的中间，采用掏小洞和撞楔法处理时间长，不安全，可沿煤层重开开切限的方法处理。
新开切眼与原工作面距离一般为3m～5m左右，边支护边掘进。
也可以沿煤壁用掏洞法处理，但靠冒落区的一帮必须用木板背好，防止漏矸石。
当冒顶范围不超过15m，塌落的矸石块度不大，人工便于搬运时，可采取整巷法处理。
具体方法如下：
（1）在垮落区的两端，由外向里，先用双腿套棚，维护好顶板，保证退路畅通无阻，棚梁上用小板刹紧背严，防止顶板继续错动，垮落，若顶板压力大，可在冒顶区两头加打木垛。
（2）边整理工作面，边支架棚子，把垮落的矸石，清理倒入采空区，派人砌好矸石墙，每整理一米工作面，支两架板梁棚。
（3）遇到大块矸石，应用电钻（风钻），打眼放小炮，破碎岩石，钻眼数量和炮眼的装药量，应根据岩石块的大小与性质来决定，必须符合“煤矿安全规程“的要求，不准放糊炮。
（4）如顶板垮落的矸石较破碎，不易一次通过时，先沿煤帮运输机道整一条小巷，采用人字型支架（如图4-14）使风流贯通，运输机开动后，再以冒顶区两头向中间依次放矸支棚，梁上如有空顶，应采用小木垛插梁背实。
（如图4-15）
图4-14人字型支架图4-15用整巷法处理冒顶
8、顶板沿煤壁冒落，矸石块度比较破碎，遇险人员又靠近煤壁位置时，可采用沿煤壁由冒顶区从外向里掏小洞，架设梯形棚维护顶板，边支护边掏洞，直到把遇险人员救出。
采煤工作面发生局部冒顶时，一般采用掏梁窝,使用单腿或悬挂金属顶梁处理。
当顶板沿煤壁垮落，抽槽（顶）矸石冒落块度较大，在短时间内不再冒落时，清理出一部分塌冒矸石，进行掏梁窝架单腿棚子或金属悬臂梁，栅梁上的空隙要用木料架设小木垛接顶并插紧背实。
然后清理浮煤矸石，打上靠帮支柱，防止片帮（如图4-16）。
图4-16梁窝法
9、分层开采的工作面发生事故，底板是煤层，遇险人员位置在金属网或荆条假顶下面时，可沿底板煤层掏小洞，边支护边掏洞，接近遇险者后将其救出。
第四节顶板事故案例分析
一、贵州省遵义县三渡镇鑫源煤矿“12.19”事故
2005年12月19日，贵州省遵义县三渡镇鑫源煤矿发生冒顶事故，有18名矿工被困井下。
后经地方救护队和区域救护大队联合施救，18名矿工被成功脱险。
1、事故矿井概况
鑫源煤矿是遗留整改煤矿，原为三渡镇镇办煤矿，2003年10月开始整改扩建，该矿为平硐开拓，回风井和新建主井尚未贯通，设计生产能力6万t/年，属低瓦斯矿井，可采煤层一层，当地俗称糠煤，煤层厚度1m，未做煤层自燃倾向性鉴定和煤尘爆炸指数鉴定。
2、事故抢险经过
2005年12月19日矿组织人员正常生产，下午中班19时40分运送厢木的矿车在下放过程中因矿车跳道撞垮厢木发生冒顶。
冒顶位置距回风井口约90米左右，冒落带约有8米长（根据压风管道测算），正在作业的18名矿工被困井下。
事故发生后，该矿负责人立即组织人员进行抢救，但由于冒顶位置正处于表土层与基岩的交界地段，所以巷道顶板极不稳定，且还有较多的黄泥、矸石冒落下来，加之矿上组织的抢险队伍在缺乏救灾经验和救灾装备上的不足，导致在出渣过程中基本上没有任何进展，在经过经5个小时后只前进了约1米的距离，但是在巷道的正前方冒落的一堆岩石（其中最大的一块约有800公斤重）阻碍了抢险工作的进程，于是矿上决定采取放糊炮的方法进行爆破作业，结果，放完炮以后由于震动顶板再次发生了冒顶，冒落带长度扩大到了约14米，至此矿方的抢险工作基本停止。
2005年12月20日下午17时10分当地救护队接到省应急救援中心的通知后，立即出动了两个小队于18时40分抵达事故矿井，到达事故矿井后带队领导去指挥部（指挥部人员由市、县安监局和有关部门的负责人组成）领取任务后便派侦察小队进入侦察，约半小时后，侦察小队起井反馈情况如下：
1、顶板极不稳定；
2、冒落带面积较大；
3、巷道支护质量太差；
4、各种有害气体浓度均未超过规定。
19时40分至20时20分林东救护大队、六枝救护大队也相继到达事故矿井，于是，指挥部根据侦察情况决定三支救护队进行联合施救。
21时10分省应急救援指挥中心负责人赶到事故矿井，在其主持下三支救护队的带队负责人充实到指挥部。
指挥部决定采用以下施救方案：
由于冒顶后通讯未中断，利用电话鼓励被困人员的求生意志；
利用压风管路对被困井下的矿工输送食物和新鲜空气；
在处理冒落带前先支护好附近巷道；
过冒落带时首先采用撞楔法前进；
前进过程中，如遇顶板冒落下的巨石，用撞楔法不能通过时，指挥部再根据具体情况制定相应措施。
21时30分，根据指挥部的安排，三支救护队排好班之后，开始轮流作业。
按照要求，在清理冒落的矸石和黄泥前先支护好冒落地点附近的顶板，然后采取撞楔法过冒落带，同时人工清理矸石和黄泥（开始是使用矿车进行提运，后因提运速度慢，指挥部立即进行了调整，采用人工传运堆放在巷道两帮），至24时施救工作进展顺利，向前推进了五米。
21日凌晨25分，由于原矿上施救时采取放炮作业，致使顶板遭到破坏，支护工作进展缓慢，指挥部据此情况，为了加快进度，缩短施救时间，迅速调集桐梓县楚米煤矿10名有支护经验的井下一线矿工前来增援，同时，井下参战的救护队员仍然在紧张地加紧清理工作。
至21日凌晨1时30分左右已清理了6米长的巷道，所清理的矸石和黄泥已有近80立方米。
在继续向前推进的过程中一块冒落的巨石挡在了巷道的中间，救护队员们采取了许多办法却仍然没能将其破碎或移动，使救援工作迟滞不前，消息反馈到地面，指挥部立即进行研究，制定新的方案：
决定采用绞车上的钢丝绳绑住大石的一角。
然后启动绞车将其移动，然而钢丝绳拉断了也未奏效。
指挥部在综合了各方面的意见后，决定先用撞楔法将大石的顶部支护好，在清理出大石周围的堆积物后，再利用钢丝绳挂住大石的一角，然后用绞车点动使大石逐渐移动到巷道的一侧，再从大石的另一侧掘小巷前进。
凌晨4时30分，井下的施救工作在紧张的进行，时间一分一秒过去，而在地面的人员也顾不上到休息，当地政府动用了公安、消防、民兵130人左右设置警戒线、维持秩序、保障后勤等。
21日上午10时遵义市人民政府市长、市委书记亲临现场指导工作，二位市领导一致表态只要是抢险所需的物资，保证在全市范围内组织到位。
同时18名矿工的生命安全已引起了省委、省政府的高度重视，分管副省长张群山代表省委、省政府于12时20分左右到达事故矿井。
各级政府的关心通过电话线传到了被困矿工的耳中，使被困矿工的求生意志得到了极大的增强，同时，参加施救的救护队员也倍受鼓舞，大家只有一个想法，尽量加快进度使被困矿工尽早脱离险境。
中午13时50分井下传出了好消息：
通过不懈的努力，大石被成功移至巷道一侧，这就意味着已经排出了施救过程中最大的障碍。
此时指挥部决定沿大石旁掘一小巷通过冒落区，掘小巷时楚米煤矿的矿工们充分发挥了他们的技术优势，下午19时40分左右井下终于传出了令人振奋的消息，施救人员已顺利通过冒落区（后救护人员发现，
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