第七章井下其它灾害防治.docx

1、第七章井下其它灾害防治第七章 井下其它灾害防治第一节 顶板灾害防治及装备一、影响矿山压力显现基本因素分析根据矿井地质报告，各煤层的顶底板岩性如下：煤层顶底板力学性质顶、底板岩性：本井田可采煤层32、62、63、81、82、1l2、顶板以泥岩为主，其次粉砂岩，局部细、中砂岩。底板以泥岩为主，其次粉、细砂岩。对井田内各见煤钻孔进行统计，可采煤层直接顶、底板岩性厚度见表711。顶、底板岩石工程地质特征：煤系地层大多胶结良好，主要可采煤层(81、82)顶板泥岩抗压强度11.325.6Mpa，岩石力学强度较低，变形模量小，遇水易泥化膨胀、崩解，煤层顶板极易坍塌、冒落，开采过程中容易放顶。细、中砂岩抗压强

2、度39.0159.0Mpa，抗拉强度1.594.04Mpa，岩石较坚硬致密，抗压强度高，顶板不易坍塌。8煤层底板泥岩抗压强度9.735.6Mpa，抗拉强度0.683.40Mpa，力学强度低，岩石受压易破碎，局部可能产生底鼓。粉砂岩抗压强度为34.163.2Mpa，细砂岩抗压强度55.281.0Mpa，岩石坚硬完整，不易发生底鼓现象。根据井田内煤层顶、底板岩石力学指标、水理性质和厚度等参数，按煤炭部试用煤层顶、底板工程地质分类方案(建议)，可将本井田煤层顶板分为二类，底板分为一类，见表712、713。巷道围岩工程地质特征：该井田矿井初步设计方案：回风水平为-460m，在8煤层上部，第一水平(-6

3、40m)，运输大巷在8煤层下部，根据8个钻孔回风巷、运输大巷孔的取芯和系统采样测试成果资料。回风水平以上主要工程地质岩组有风化岩组、泥岩组、砂岩组。运输大巷附近主要工程地质岩组有：泥岩组、砂岩组。在煤矿建井、开拓和生产中，巷道围岩常有黑色泥岩；炭质泥岩、砂泥岩互层等软弱岩体，是井田内主要软岩，这些软岩易风化、破碎，力学强度低，而且遇水崩解、泥化，是造成巷道、石门围岩失稳、支护困难。对矿井开拓和生产会产生一定影响，并将成为煤矿主要工程地质问题之一。矿床工程地质类型：矿床是以碎屑岩组为主的坚硬半坚硬层状岩类矿床。煤层顶、底板泥岩抗压强度低，多属软岩，稳定性差。粉砂岩属中等坚硬岩类，细砂岩胶结良好，

4、坚硬致密，岩石抗压强度高，稳定性好，工程地质条件良好。矿床浅部基岩风化带岩体质主要煤层顶、底板岩性厚度统计表 表711 岩性煤层泥岩粉砂岩细砂岩中砂岩统计点总数最小最大平均（点数）最小最大平均（点数）最小最大平均（点数）最小最大平均（点数）32顶板1.0422.874.97（31）1.411.513.05（3）0.715.012.86（2）63底板0.7334.713.37（21）0.847.092.98（3）2.396.254.87（3）62顶板0.7021.035.19（34）1.559.214.35（10）0.757.033.89（2）6.776.77（1）98底板0.338.742.3

5、2（37）0.234.442.54（11）1.447.345.02（3）63顶板0.5328.473.05（32）0.614.522.56（7）1.137.343.64（5）2.814.143.48（2）94底板1.1017.954.16（33）0.948.744.10（10）1.846.744.20（3）3.908.846.37（2）81顶板1.025.122.99（22）0.9612.324.61（10）9.2725.8217.82（11）8.7820.1213.56（5）98底板0.276.771.32（47）0.891.381.11（3）82顶板0.276.771.41（47）0.79

6、3.081.45（4）108底板0.4212.522.21（53）2.1012.046.38（4）112顶板0.6918.694.77（11）1.5912.386.39（13）4.5011.767.27（3）54底板0.6219.7710.57（16）2.4519.7310.74（10）15.2615.26（1）量差，断层带内岩石破碎，均属软弱结构面，综上所述，本井田矿床工程地质条件为中等类型。煤层顶、底板岩石物理力学性质简表 表712煤层顶底板岩石名称抗压强度（Mpa）抗拉强度（Mpa）弹性模量（105）Mpa泊松比取样孔号平均变异范围平均变异范围32顶泥岩36.981039.81.690.

7、892.450.0530.0810.1120.268-96、23、82、45砂岩51.3底泥岩28.78.4421.761.22.650.0510.130.218-96、23、82、45、8-95砂岩39.212.969.92.992.304.240.0530.120.090.208顶泥岩16.211.325.672、91砂岩86.639.01593.211.594.040.120.700.100.34底泥岩29.69.735.61.390.683.400.070.560.100.313-41、31、111、8-95、32、72、91粉砂岩45.334.163.21.910.943.250.1

8、40.330.120.22砂岩55.219.5812.251.803.390.080.410.130.31112顶泥岩43.210.537.72.620.110.1383底泥岩31.314.540.41.861.202.660.070.160.080.1486、83煤层顶、底板工程地质分类 表713煤层顶、底板分类分类依据工程地质特征Rc（Mpa）Km8周期来压强烈顶板20401.2直接顶很薄，回采煤层后冒落岩石不能填满采空空间，老顶发生周期性来压、表现的更加强烈32无周期来压顶板20302回采后，冒落矸石将会全部填满空间，老顶受到冒落岩石的支撑，便不会产生突然折断现象11281、82、32、

9、112普通底板底板岩石单轴抗压强度大于10 Mpa，厚度大于0.40m注：Rc直接顶岩石单轴抗压强度。 Km直接顶厚度h与采高m的比值。（一）、影响矿山压力显现的地质因素1、断层断层破坏了煤层和顶板的完整性，而且在断层两侧形成破碎带，容易发生局部冒顶或垮面，致使初步来压与周期来压步距改变，增加顶板管理的复杂性。 工作面遇断层时顶板冒顶的危险程度与断层走向和工作面交角有关。交角越小越不利。倾斜断层要比走向断层危险。工作面由断层下盘向上盘推进遇到倾斜断层时，过断层之前容易发生冒顶。当工作面由断层上盘向下盘推进时，在工作面过断层后一段距离内，也易发生冒顶。工作面遇走向断层时，通常也是断层面下方为冒顶

10、危险区。2、褶曲从煤矿生产实践来看，大褶曲构造只是使煤层倾角发生变化，对工作面顶板压力的影响不是很明显。对工作面生产有影响的是小褶曲。小褶曲可能使顶板局部破碎，易于发生局部冒顶。当褶曲倾向和工作面推进方向一致时，工作面忽而采上坡，忽而采下坡，也会造成顶板管理困难。在采下坡时，采空区垮落岩石可能冲向工作面，撞倒支架，引起冒顶；此时必须打斜撑加强支护。3、挤压这是指煤层受挤压作用局部变厚或变薄的地带，挤压在平面图上成圆形或椭圆形，面积有十几平方米到百余平方米不等。工作面通过煤层变薄带，由于顶板岩层下压极易离层和破断，并可能发生顶板短时急剧下沉现象，这些都是造成冒顶的地质因素。4、破碎带这里是岩石和

11、煤层突然变得破碎的地带。破碎往往与挤压因素有关，也可自然生成。工作面经过破碎带将给顶板管理带来许多困难。5、冲刷冲刷是成煤后水流侵蚀了岩层或煤体，而后又充填了被侵蚀的地方。冲刷对矿压的影响很大。有些顶板本来是页岩，由于冲刷作用，页岩被坚硬的砂岩所代替，岩性发生了变化，本来容易放顶的岩层成为不易垮落的顶板，采空区大片悬顶对工作面构成了威胁。此外，冲刷后先成岩层和原来顶板接触的边缘地带，由于两种岩石接触面可能离层而容易冒顶，在支护上必须注意，并采取相应措施。6、节理、裂隙常见的与局部冒顶有关的节理、裂隙有多种：如两组相对倾斜方向相交而成的人字形裂隙；圆的象一顶草帽盖在煤层上的草帽裂隙；节理、裂隙切

12、割的岩块象大锅一样且底面光滑的锅底状裂隙。人字形裂隙切割的三角岩块，煤采出后易脱落造成局部冒顶。草帽裂隙的底面积较人字形裂隙大，其危害性与人字裂隙同。这两种节理、裂隙的长轴处于沿工作面推进方向时，离层后易整体垮落，有时把支架推倒，发生大冒顶。锅底状节理边缘顶板破碎，容易漏矸和局部冒顶。顶板被四周裂隙切割成长方形或菱形等的游离岩块，这种六面体游离岩块，特别是厚度1m左右的，最易脱落伤人。发育的直立裂隙有时切割全部直接顶，并可能向上延深到老顶内。煤层采出后，被裂隙切割的一端的顶板下沉，裂缝变宽，易发生掉碴掉粉现象。有时直立裂隙又是岩层水的通道，使工作面产生淋水。直立裂隙不仅能改变直接顶的垮落步距，

13、也可能改变老顶垮落步距。平行工作面的直立裂隙常常在回柱时切断工作面顶板，推倒工作面支架，发生大冒顶。直立裂隙近似直角。具有倾斜角的裂隙称为斜裂隙。斜裂隙倾向采空区时易造成片邦；倾向煤壁时易造成伞檐或探头煤。倾向煤层的斜裂隙易使顶板在控顶距内产生台阶错动，在顶板具有含水层或老塘积水条件下，回采空间淋水增大，恶化工作条件，降低直接顶岩石强度，并使支架受到侧向推力，容易造成冒顶。我国一些矿区的安全经验认为，工作面线与顶板裂隙走向线的夹角不应小于1520。一项专门的研究表明，当节理面走向与工作面线接近平行且工作面推进方向与节理面倾斜方向相反时，煤壁容易片邦，顶板缓慢沉降，工作空间冒顶事故少。当工作面推

14、进方向与节理面倾斜方向一致时，片邦不明显，顶板岩石大块错动，工作空间容易发生冒顶，顶板管理困难。节理面走向与工作面线的夹角大于45时，顶板就如悬臂梁，将沿切顶线垮落，工作空间冒顶可能性很小。在使用仰斜长壁采煤法工作面线与节理走向接近平行时，煤壁在支承压力作用下，易于大块压出，片邦严重，并且在生产过程中顶板水将沿节理和裂隙流入工作面，使生产条件恶化。7、陷落柱陷落柱的直径从几米到几十米不等，柱内是由煤块、岩块和其它杂质胶结在一起的松散体。工作面遇陷落柱时，必须采取措施，防止冒顶。8、层理层理是煤系岩层沉积过程中，由于沉积物成分、粒度和胶结物的变化而形成的岩层分界面。分层面之间的粘结力小，受采动影

15、响容易产生离层裂隙。层理面不仅造成离层，而且在岩层弯曲下沉过程中还会出现层理面错动。错动对工作面支架产生横向推力，易引起支架的歪斜和倾倒，甚至导致冒顶事故。9、采动裂隙采动裂隙是由煤壁前方的支承压力所引起的，也叫做“压力裂隙”。这种裂隙往往超前于煤壁515m，与工作面平行而倾向于煤壁。裂隙面的倾角与岩石性质软硬有关，软岩石中裂隙面倾角为55，硬砂岩中可达6580。当工作面对着裂隙的倾向推进时，压力裂隙常与节理裂隙互相交切，使顶板中形成楔形岩块，造成局部冒顶事故。如果工作面推进方向与节理倾向一致，在采动影响下可能使节理裂隙进一步扩展，出现张开的裂缝或顶板台阶式下沉。如果不采取措施，会发生大冒顶。

16、10、顶、底板岩石的物理性质顶底围岩的物理力学性质是影响矿山压力显现的主要因素之一。岩石的厚度、硬度、层理、裂隙等因素决定了岩层性质，而采场覆岩的性质和各岩层的组合情况，对矿压显现起着主导作用。若老顶岩层坚硬，抗压和抗拉强度较高，开采大面积悬露而不垮落，当达到强度极限时，顶板岩层断裂即产生周期来压。若老顶岩层是强度较低的页岩或砂质页岩，随着直接顶板垮落而冒落则周期来压就不明显。据现场实际观测，顶板下沉量与岩石强度关系极大，岩石强度越低，顶板下沉量越大。11、煤层倾角煤层倾角对矿山压力显现的影响也很大，实践证明，近水平煤层的矿山压力显现比倾斜和急倾斜煤层剧烈。本矿井煤层倾角1127。（二）、影响

17、矿山压力显现的生产技术因素1、开采深度开采深度直接影响原岩压力大小，同时也影响巷道或工作面周围岩层内支承压力值。开采深度虽然对矿山压力具有绝对的影响，但对矿山压力显现的影响则不全同。开采深度对巷道矿山压力显现的影响比较明显，如在松软的岩层中开掘巷道，随着深度的增加，巷道围岩的“挤、压、膨”现象更为严重。开采深度对回采工作面顶板压力大小的影响并不突出，因而对矿山压力显现的影响也不明显。实践证明，在一般条件下，一定的开采深度是出现冲击地压的一个必要条件。2、采高与控顶距工作面顶底板移近量是矿山压力显现的一个重要参数，它同采高与控顶距有密切关系。在一定地质条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的最重要因

18、素之一。采高越大，采出的空间越大，必然导致上覆岩层破坏严重，根据现场测定，在单一煤层或厚煤层第一分层开采时，冒落带与导水裂隙带的总厚度与采高基本上成正比关系。工作面顶板下沉量也基本如此。SL=mL式中SLL范围内的岩层与顶板下沉量L控顶距m采高下沉系数，即每米采高每米推进度的顶板下沉量，一般取0.0250.05。显然采高越高，控顶距越大，在同样位置的老顶可能取得平衡的机率越小，意味着顶板压力越大，直接顶的稳定性也越降低，而且，在支承压力作用下，工作面煤壁容易片邦。因此采高大的工作面中矿压显现严重。采高越低顶板活动越缓和，煤壁也较稳定。但是，控顶距并不是越小越好。有时放顶后，采空区顶板冒不下来，

19、工作面支架载荷就会加大，如果支架阻力不足，支柱稳定性差，也可能造成工作面冒顶事故。最大控顶距与放顶宽度有关，放顶距小，顶板放不下来，会增加压力；放顶宽度太大，采空区垮落面积太大将易撞倒支架，引起冒顶。因此，对于某一煤层顶板究竟采用多大的控顶距和放顶距较为合理，必须通过试验，在总结实践经验基础上，合理地加以确定。3、工作面推进速度与生产工序许多矿压实测资料已经表明，对工作面顶底板移近速度影响最大的生产工序是落煤和放顶。可以认为，加快工作面推进度可以抑制矿山压力的显现，但不能从根本上改变落煤和放顶两工序对顶底板移近量的影响。推进速度快意味着回采工作面停滞时间短，顶板岩层下沉量小，一般来说，顶板压力

20、也较小。反之，推进速度慢，工作面顶板下沉量大，顶板压力也会较大。所以，为了改善工作面顶板管理，缩短每一循环的间隔时间而加块工作面的推进速度是必要的。观测结果表明，单体液压支柱支护的工作面，由于支护阻力较小，顶底板移近量大，工作面日进2m和2天进1m的顶板破碎情况有明显差别，所以加快单体支柱工作面的推进速度，可在相当程度上改善顶板状况，保持顶板完整性，有利于顶板管理。此外，由于落煤与放顶两工序是影响顶底板移近量的主要因素，所以在组织工作面生产时，不宜将落煤与放顶两工序同时进行，以避免顶板的剧烈活动，导致顶板下沉速度增大。如果放顶与落煤两工序同时进行时，其错距应保持1015m以上，以防发生冒顶。4

21、、上部煤层残留煤柱如果煤层间距较小，上部煤层开采时残留的煤柱支承着上覆岩层，形成压力集中。高压力将向底板传递，从力学上说，这是一个布兴湿克问题，可以计算。对巷道掘进及维护影响很大。5、支护方法支架的作用是阻止直接顶离层冒落。使用初撑力小的支架易造成顶板破碎、动压强烈。使用初撑力大而又垣阻力的单体液压支柱，顶板完整，回柱后顶板延迟垮落，呈岩块绞接，煤壁不易片邦，动压显现不明显，顶板下沉量小。应当注意，不同特性，不同特征的支架应避免混合使用。6、工作面推进方向由于裂隙严重地影响顶板稳定性，当裂隙方向与工作面推进方向平行时，极易造成严重冒顶事故。因此工作面在过断层，过各种层理或节理裂隙时都要正确选择

22、工作面推进方向，即与裂隙要有一定交角。二、一般顶板冒落灾害的防治措施及装备（一）、局部冒顶事故的防治局部冒顶范围虽然较小，但它所占冒顶事故死亡的比例却很大。防止这类事故发生的难度比大型冒顶事故要难得多。造成局部冒顶事故的随机因素非常复杂，往往出现难测的变化。因此，就得要求人们的工作做得很细，对采、支、回等主要工种人员要反复进行局部冒顶机理的教育，要总结防治局部冒顶的经验，把局部冒顶事故的发生控制在最小的范围。1、镶嵌形顶板局部冒顶事故的分析及防治（1）、镶嵌形顶板结构镶嵌形顶板大都是原生的，或由地质构造运动形成的，其构造类型有：锅底矸石结构、类似鱼背形结构、交叉主解理面造成的镶嵌形顶板、断层构

23、成的煤顶镶嵌等几种类型。（2）、镶嵌形顶板局部冒顶事故的发生时间和地点镶嵌形顶板局部冒顶事故，多数发生在靠近煤壁侧，发生时间大都在放炮以后。永久支架尚未建立的空顶阶段内。死亡者事故前多数是在无支护区冒险作业。（3）、防治措施、从地质方面要尽可能查明是否有镶嵌形顶板结构，以便制定作业规程和操作规程，以及选择支架型式时，制定出有针对对性的措施和作出有针对性的设计。、选择支架型式时，必须选定能及时支护、超前支护的支架型式。、明确规定支护操作人员必须先挂梁，所有人员不得在无支护区工作。2、局部空顶（空洞）冒落冲击造成的局部冒顶事故的分析及防治：（1）、局部空顶（空洞）的形成、局部漏顶没填实形成的空洞当

24、直接顶板非常破碎、疏松，由于支护不及时形成漏顶或漏粉时，当事的采支工，对此并未引起重视，也未采取填实措施，检查验收工也未认真检查，便形成了局部隐患。这种冒顶，一般都发生在控顶区内，如果空洞已到放顶区，空洞以上的顶板还未冒落，这对放顶回柱人员威胁很大。、顶板冒落抽空形成的空洞当直接顶板比较破碎、疏松，煤层倾角在30以上时，采用挂网开采，放顶后，首先冒落的顶板，并不能充填满采空区，因此冒顶抽空现象就会产生。对于这种抽空情况，因为网上有碎矸石覆盖，如不细心检查，是不容易发觉的。在不知觉的情况下，顶板上位岩层突然冒落，不但会摧垮空洞区，而且会向上波及较大的区域。这种状况，既可能形成局部冒顶，又可能形成

25、大型冒顶事故。（2）、上分层大块矸石参差冒落形成的空洞在厚煤层倾斜分层工作面，如果上分层的顶板冒落块度较大，而且又不都是沿同一放顶线冒落，例如在悬顶上方有冒落大岩块下滑到悬顶处，悬顶再冒落又覆盖在这块矸石上，当第二分层工作面采到此处时，假顶以上的空洞就成为一大隐患。这种空洞最初时，往往比较稳定。当放顶线延伸到大块矸石下端后，大块矸石即向老塘移动。当上端失去支撑点的瞬间，会产生较大的动能冲击，推垮其下的不稳定支柱，并波及比空洞更大的范围，形成局部冒顶。由于这种冒顶具有突然性，又多发生于回柱放顶时，因此对回柱放顶人员的生命威胁很大。 （3）、上分层支架没有回收造成的冒落空洞上分层开采过程中，由于某

26、些特殊原因，没有把该回收的支柱、木垛回收。当下分层采到此处时，局部顶板有空洞存在，尤其是直接顶板比较坚硬完整，底煤比较软时，丢下的支柱部分插入底煤中形成较稳定的支护，就更易发生这种情况。对这种情况如果处理不当，就会发生两种局部冒顶的可能性。一种是下分层开采时，上分层插入底煤中的支柱悬露出来，失去了支撑能力，便赖以支撑的那块直接顶跟随而下，形成冲击，造成局部冒顶；另一种是回柱放顶放到上层丢下的木垛支架处，形成较大的冲击，造成局部冒顶。（4）、因上分层冒落高度不够形成的空洞在分层开采的工作面中，如果第一分层的顶板比较坚硬，初次冒落步距较大（16m），冒落的块度也较大，虽然第一分层有效地采用了全部陷

27、落法管理顶板，总的冒落状况也符合要求，但周边区域存在空洞是很常见的。这是因为周边煤柱的存在，使上位岩层的下沉量很小。因此在开采第二分层时，起始阶段，收尾阶段，工作面两端常常因这些空洞形成冒落冲击，造成局部冒顶或大型冒顶事故。（5）、防止空洞空顶冒落冲击造成冒顶事故的安全技术措施、从支护方法上采取措施防止漏顶空顶对顶板局部破碎处，采取超前支护的方法，可以先掏梁窝，先挂顶梁，随着工作面的推进及时插背。、对漏顶采取封堵措施对漏顶，必须采取封堵措施，不能任其扩大，形成大面积、大高度空洞。封堵方法一般采用打撞楔、泡沫塑料、木材封堵等办法。、对已形成的空洞应采取预防冒落冲击的措施冒落空洞是一个隐患。只要存

28、在空洞，就必须对空洞进行详细调查。调查内容，应包括位置、面积、高度、顶板岩性及周围地质构造情况等。这些内容都应及时地标明在图纸上，以便采取针对性措施。a、当空洞面积、高度不大，空洞以上顶板比较完整时，可以在加固冒落空洞周边支架后，支设一根木支柱作为临时点柱，然后在空洞中打木垛接顶。b、当冒落空洞较大，冒落高度加采高在3m左右，上层顶板又较完整时，在单体液压支柱工作面中可将全部空洞处打上高木支柱。木柱间钉上木条，空洞的周边用材料背实，为了防止空洞周边岩石滑移，应在周边打上锚杆。c、空洞下的特殊支架必须用木垛，为防止冲击，增加支护的稳定性，空洞下的特殊支架以架设连锁式的木垛为最好。d、空洞处回柱放

29、顶安全措施回采工作面空洞处回柱放顶，如果措施不当，绝大部分可能发生重大的冒顶伤亡事故。其原因是回柱放顶使空洞的下侧周边，采空区侧的周边被破坏了，失去了对空洞以上顶板的支撑力，扩大了空洞的空顶悬顶面积。一旦这部分顶板突然冒落，一般的支护很难承受这种冲击，重大冒顶事故将随之产生，为了防止这类事故的发生，应采取以下措施延长控顶：在空洞区上下周边各5m范围内，暂不回撤支柱，使控顶距延长，直到空洞的采面一侧有足够的安全空间，才可回撤以外的支柱，延长控顶的部分支柱，先用木支柱替换，回撤这段支柱时，人员必须撤离至安全空间内。空洞区及上下周边进行局部充填，充填材料可用矸石、料石等，充填带宽度，一般为采高的2倍

30、，充填带的长度要超过充填带宽度2m。如用木垛或木柱支护，必须在合适时候将木垛或木柱全部放倒并尽量在保证安全条件下回收。3、断层带处局部冒顶事故的分析及防治回采工作面在推进过程中，总会遇到一些不同类型的断裂构造，要想避免是不可能的，尤其是构造复杂的矿井更是如此。断裂构造往往使断裂面附近的顶板裂隙发育、破碎。断层面间多充以粉状或泥状物；断层面部比较光滑，使上、下盘之间的岩石无粘接力，尤其是断层面成为导水裂隙时，更是彼此分离。因此在断层带附近发生冒顶事故是屡见不鲜的。从而防止断层带冒顶事故的发生，便成为回采工作面顶板管理的重要内容。（1）、不同性质的断层构成的易冒顶区域由于断层类型的不同，断层面与煤层交线的情况亦很复杂。这种复杂的情况，使得支护顶板管理的方法和着重点也不同。这里只能归纳几种典型的情况。