煤矿顶板管理.docx

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煤矿顶板管理

教案

课程名称：

煤矿顶板管理

授课教师：

卢国岗

煤矿顶板管理

登封市含煤地层为叠系下统童子岩第三段第二带，矿区地表陡峭，底层切割强烈，褶皱十分发育。

主采煤层为c9、c17煤层，其中c17煤层厚度2米左右，煤层顶板均为泥岩，直接顶在受断层切割、褶皱挤压区域非常破碎。

自2001—2012年共发生了6起安全事故，有5起属于顶板事故。

其中：

空顶作业引起事故2起；未执行敲帮问顶引发事故2起；因支护质量差引发事故一起。

在总结事故原因与教训中发现，每一起事故都有三个共同特点：

一是遇难人员都是带班班长；二是发生事故的地点都是在采煤工作面；三是事故的主要原因都是工人严重违章作业造成的自身伤害。

　吸取了血的教训后，我们不能不对如何强化顶板管理工作进行深刻的反思与进一步探索。

下面就顶板安全管理给大家讲解一下：

第一节

一：

顶板控制：

　巷道顶板控制就是采用工艺技术支护和组织等手段加以控制围岩的稳定，不使发生冒落、片帮等事故，保持施工现场有良好的作业空间防止落石伤人及冒顶压人等人身事故。

那么如何保证人身安全防止顶板事故呢？

首先，采掘工作面作业地点开始作业前，严格执行敲帮问顶制度。

首先，班组长、安检员及1—2名有工作经验的老工人对工作地点安全进行全面检查，确认无危险后，作业人员方可进入工作面。

每个作业人员对各自工作地点的安全情况再仔细检查，经检查确认无安全隐患，方可正式作业。

检查内容包裹：

顶板、支护煤岩壁等情况。

作业期间要不断经常检查，当发现险情时，必须立即采取措施进行处理。

隐患未排除至前班组长、安全员不得离开现场。

事故案例：

2012年1月15日0点班综采队跟班队长王某带领职工从1时开始割煤到5时40分，割煤机安全轴断后割煤机付司机贾某和主司机赵某去泵站拿安全轴，因泵站没有工具所以没有更换；6时40分综采支架移完溜子上的煤拉空后割煤机主司机赵某在第11架处准备挂防护网，他的右腿刚迈过前大力柱时，工作面上方滚下一块直径10cm左右的渣块，砸在右小腿上造成骨折事故。

追其原因；安全意识差，无及时打防矸网，是造成这次事故的主要原因。

防范措施：

强化现场管理，提高职工自保意识，严格执行敲帮问顶制度，将活矸处理后方可进行作业。

二、顶板分类：

伪顶、直接顶、老顶：

伪顶：

位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，其厚度一般在0.5m。

直接顶：

位于煤层或伪顶之上具有一定稳定性、移架或回柱后能自行垮落的岩层。

老顶：

位于直接顶或伪顶之上，厚而坚硬不易冒落的岩层。

三、一般顶板岩石冒落经历的几个阶段：

煤岩层出现一个采、掘出来的空间后，顶板岩石失去支撑，如不加以支护就会下沉，产生裂纹，这个阶段称为变形阶段；随后裂纹扩大张开，顶板断裂成块状，进入松动阶段；然后成块状冒落，称为冒顶阶段，如果冒落空间不太大，顶板不再冒落了，变成拱形，一般称为冒落拱，而这个阶段则被称为成拱阶段或暂时稳定阶段。

四、采煤工作面初次来压及周期来压及安全措施：

初次来压：

采煤工作面从开切眼开始向前推进到一定距离后，老顶第一次大面积垮落的现象。

这是因为位于直接顶上的老顶由于悬露面积增大发生下沉产生裂缝，当悬露面积加大到本身强度不能在维持时便下沉断裂。

这时顶板压力急剧增大，支柱遭受损坏，如果不及时加强维护就有冒落的危险，老顶初次断裂，对采煤工作面产生的压力显现称为初次来压。

周期来压：

随着采煤工作面不断推进，悬露的老顶面积逐渐增大，一端支撑在煤壁上，另一端悬在采空区，到一定长度后又发生折断和冒落，对工作面支架产生巨大压力，这种来压冒落是有周期性和一定规律的，因此叫周期来压。

初次来压的安全措施：

1、适当缩小控顶距

2、提高支护质量、增加初撑力和支架稳定性。

3、加强来压的预测预报，掌握老顶初次来压步距。

4、对某些特别坚硬顶板，采用深孔爆破和强制放顶。

周期来压的安全措施：

1、通过矿压观测准确判断周期来压的时间和位置，做好预测预报工作。

2、做好来压前的支护工作，保证支架的规程质量，保证一定的支护密度和支架稳定性。

3、合理缩小控顶距，以利于工作面维护。

4、保证直接顶垮落质量。

5、保证工作面推进速度。

五、采煤工作面顶板控制方法：

采煤工作面顶板控制实质上就是控制采煤工作面的矿山压力，对于生产矿井来说主要是指工作空间的维护和采空区处理，其处理方法如下：

1、煤柱支撑法。

在已采空区内留下煤柱支撑顶板以上岩层的方法。

2、缓慢下沉法。

当采高不大时，利用顶板岩层具有

塑性弯曲能力使之在采空区直接与底板岩层相接触，从而掌握采空区并控制上覆岩层的活动，这是目前广泛使用的方法。

3、采空区充填法。

利用人工和机械的办法将充填料充入采空区并将其充满以支撑和控制上覆岩层。

充填法又分为全部充填和部分充填法两种。

全部充填法：

用充填料将采空区已采空间全部填满。

部分充填：

将采空区部分空间填满，使剩余空间用顶板冒落来充填。

4、全部垮落法。

按计划有部骤地将已采空间的顶板岩石放落利用垮落岩石的碎胀性将采空区填满支撑与控制上覆岩层活动。

采煤工作面支护的作用主要是维护采煤工作面工作空间的安全，以满足采煤、通风、运煤、行人和运料的需要，并及时地将顶板切落。

工作面支护主要是通过支架来完成的。

采煤工作面支架是平衡顶板压力的一种构筑物，它必须具备两个特性。

有一定的可缩性和良好的支撑性能。

所谓的支撑性能，一般是指支架的初撑力与支柱的可缩量之间的关系。

支架处于煤壁与采空区之间煤壁相对来说具有较大的刚性，而采空区已冒落的矸石具有较大的可缩性，支架的性能直接影响着支架受力的大小。

采煤工作面支架分为单体支架和液压自移式支架两大类。

单体主架主要由顶梁和支柱组合而成。

液压自移支架是由一组液压支柱与顶梁底座组合成一个整体结构，支柱常有活柱和底柱两节组成，可以活动。

活柱和底柱的伸缩关系就行成了支柱的可缩性。

因此支架的特性主要是由支柱的特性来决定的。

第二节

有关支柱受力的几个名词解释：

支柱对顶板的主动作用力成为支柱的初撑力；支柱受顶板压力作用而反眏出来的力成为支柱的阻力；支架支设时对顶板的作用力成为支架的初撑力。

在顶板压力作用下，活柱开始下缩的瞬间支柱上反眏出来的力称为始动阻力。

支柱受顶板压力作用能够承受的负荷成为工作阻力；支柱开始工作的力，成为初工作阻力；支柱能够承受的最大工作负荷成为最大工作阻力。

六、单体支柱支护工作面顶板控制

1、单体支柱的性能及使用条件

（1）木支柱。

木材是一种个向异性材料，沿纹理方向加压时支柱的可缩性要比垂直纹理方向加压时小得多，加垫后阻力增长太缓慢，开始阶段只是体现垫木的力学特性。

木支柱的缺点是由于性能不好而损耗量大，资源缺乏而影响工艺过程实行机械化。

因此，工作面尽量减少木支柱的使用。

但木支柱加工方便压裂和折断时有响声，因而在处理事故时可以使用。

（2）摩擦式金属支柱。

有急增阻式（hzja）和微增阻式（hzwa）两种，这两种支柱都是由活柱、底柱与柱锁三个主要部分组成。

支柱的特性主要是由柱锁部分决定。

Hzja型支柱活柱下缩量在50mm---100mm之间，hzwa型支柱可缩量为400mm，使用液压升柱器时初撑力为20kn—30kn，不用液压升柱器时，初撑力仅为10kn,这达不到控制工作面顶板压力的基本要求。

（（煤矿安全规程））规定：

使用摩擦式金属支护时，必须使用液压升柱器架设，初撑力不少于50kn

（3）单体液压支柱。

液压支柱与顶梁配合，组成单独的梁柱组合來支护顶板，成为单体液压支架。

它是一种典型的恒阻式性能支架。

液压支柱按其注油方式可分为内注式和外注式两种。

内注式液压支架使用的工作介质是机油，它是通过手把操纵支柱内的手摇泵把油从底压腔压入高压腔。

支撑过程中通过安全阀保证支柱对顶板具有一个恒定的工作阻力。

回收时，打开卸载阀，使高压腔内的油回到低压腔，活柱在自重作用下自动回缩。

外注式液压支柱在支架时，靠外部泵站经管路系统通过注液枪向支柱供液。

工作介质是含有2%--3%的乳化油乳化液。

回收时，打开卸载阀把工作介质排到支柱外部，活柱靠自重和弹簧力回缩。

单向阀、安全阀和卸载阀共同组成一个三用阀，它是一个关键部件，其性能的优劣直接影响着支柱的工作性能。

在一些薄煤层、行人比较困难的工作面来回拉注液枪有困难时，宜使用内注式液压支柱。

在倾斜和緩倾斜中厚煤层工作面中则应选用外注式液压支柱。

（（煤矿安全规程））规定：

单体液压支柱的初撑力柱径为100mm,不得小于90kn;柱径为80mm,不得小于60kn.

2、支柱失效的检查方法

（1）水平楔小头露出量超过300mm,即为失效支柱。

（2）自动夹紧弹簧锈蚀变细、压弯、断裂或丢失，当弹力不足时，不能保证准确的加紧距，在自动夹紧过程中完成时达不到初工作阻力。

（3）特制垫圈和螺母开焊或由于其他因素造成螺母自动转动，从而不能保证准确的加紧距，导致初工作阻力改变。

除此之外，为了保证支柱具有正常的工作特性，应将使用过一段时期的支柱，及时运到地点除锈，去煤粉、整修等，最后鉴定及调整支柱的工作特性，以保证支柱在工作面的良好状态。

煤矿安全规程规定：

对摩摖式金属支护，、金属顶梁和单体液压支柱，在采煤工作面采煤结束后或使用时间超过8个月必须进行检修。

检修后，检修好的支柱，还必须进行压力实验，合格后方可使用。

2、回柱放顶时的安全措施

（（煤矿安全规程））规定：

采煤工作面必须及时回柱放顶或充填，控顶距离超过作业规程规定时，禁止采煤。

用垮落法控制顶板，回柱后，顶板不跨落，悬顶距离超过作业规程规定时，必须停止采煤，采取人工强制放顶或其它安全措施进行处理。

用垮落法控制顶板时回柱放顶的方法和安全措施，放顶与爆破、机械落煤等工序平行作业的安全距离，放顶区内支架、木柱、木垛等回收方法，必须在作业规程中明却规定。

采煤工作面初次放顶及收尾时，必须制定安全措施。

放顶人员必须站在支架完整，无蹦绳、蹦柱、摔钩、断绳等危险的安全地点工作。

回柱放顶前，必须对放顶的安全工作进行全面检查，清理好退路。

回柱放顶时必须指定有经验的人员观察顶板。

冒顶预兆，由于受采动的影响，顶板受力不平衡，也就是说顶板平衡受力已发生结构性变化，顶板出现裂缝、离层、下沉、片帮、掉渣，说明压力较大，支柱的支撑力打不到抗压要求；那么就要弯曲，甚至发出折裂声，巷道压力大，底鼓变形，顶出现淋头水等，甚至岩、煤层内赋存的有害气体要经煤岩缝中向空间释放，造成气体升高（主要是瓦斯）.

顶板灾害防治

一顶板事故的类型及特点

按一次冒落的顶板范围和伤亡人数多少，常见的顶板事故可分为局部冒顶和大面积冒顶（切顶）事故两大类

1局部冒顶事故

局部冒顶事故绝大部分发生在临近断层皱曲部等地质构造部分，多数发生在基本顶来压前后，特别是在直接顶有强度较低，分层厚度较小的岩层组成的情况下。

采煤工作面局部冒顶易发生的地点是：

放顶线、煤壁线、工作面上下出口和有地质构造变化的区域。

掘进工作面局部冒顶事故易发生在掘进工作面空顶作业地点木棚子支护的巷道，在倾斜巷道岩石巷道、煤巷开口处、地质构造变化地带和掘进工作面过旧巷等处。

局部冒顶事故的主要原因是由于已破坏了顶板失去依托而造成的。

其触发原因：

一部分是采煤工作（包裹破煤、装煤）过程中未能及时支护已露出的破碎顶板，另一部分是回柱操作过程中发生局部冒顶事故。

2大面积切顶事故（简称垮面）的特点是冒顶面积大，来势猛，后果严重，不仅严重影响生产往往还会导致重大伤亡人身事故。

事故原因是直接顶和基本顶的大面积运动。

由直接顶运动所造成的垮面事故按其作用性质和顶板运动时的始动方向又可分为以下两大类。

推垮型事故。

这类事故的特点是顶板运动发生时行于煤层的层面方向产生较大的推力，推到失稳的支架造成垮面事故。

压垮型事故。

这类事故主要是垂直于顶、地板方向的作用力压断压弯阻力不足的支架或将支架压入抗压强度低的地板所造成的。

有基本顶运动所造成的垮面事故，按其作用性质和顶板运动始动方向不同也可分为一下两类

冲击推垮型（即砸塌垮型）事故。

事故特点是开始运动的基本顶首先将其作用力施加于靠近煤壁处已离层的直接顶上造成煤壁片塌和顶板下切紧接着高速运动的基本顶把直接顶推垮。

压垮型事故。

这类事故发生在木支柱支护的工作面，可缩性很小的木支护由于不能抵抗基本顶的压力，在基本顶的下沉过程中依次被折断，从而导致剩余支柱的支护强度不足以平衡直接顶的作用而被全部压断造成垮面事故。

八顶板的危害

无论是局部冒顶还是大面积冒顶，事故发生后，一般都会推倒支架压埋设备，造成停电、停风，给安全管理带来困难对安全生产带来不利。

如果是地质构造带附近的冒顶事故，不仅给生产造成麻烦，有时还会引起透水事故的发生。

在有瓦斯涌出区附近发生顶板事故将伴有瓦斯的突出造成瓦斯事故。

如果是采掘工作面发生顶板事故，一旦人员被堵，将造成人员伤亡。

发生顶板冒落预兆时的应急处理迅速撤离。

当发生冒顶预兆而又难以采取措施防止冒顶时，要迅速撤到安全地点。

及时躲避。

当发生冒顶又来不及撤至安全地点应及时背靠煤壁站立，但要注意煤壁片帮伤人。

如果靠近木垛时，也可撤至木垛处避灾。

立即求救。

冒落基本稳定后遇险人员应立即采取呼叫、敲打的方法发出有规侓不间断的求救信号（但不要敲打对自己有威胁的支架物料和岩块）。

以便抢救人员了解灾情组织人员抢救。

配合营救。

受险人员不要惊慌失措，切记猛烈挣扎。

被堵人员应在遇险地点维护好自身安全，构筑脱险通道，配合外部的营救工作。

九顶板事故的预防于治理

1、充分掌握顶板压力分布及来压规侓采取有效的支护措施。

掘进巷道在布置及支架形式的选擇上要充分考虑压力的分布规律及顶板压力大小，把巷道布置在压力降低区内。

2、采取有效的支护措施。

根据顶板特性及压力大小采取合理有效的支护形式，控制顶板防止冒顶。

如果工作面压力太大还可采用特殊支架支护顶板。

综采工作面要严格控制采高及时移架控制裸露的顶板；掘进工作面及时使用前探梁支护。

爆破前要加固棚子实行连锁，防止蹦倒柱子引起冒顶。

3、及时处理局部漏顶，以免引起大冒顶。

4、坚持“敲帮问顶”制度。

在进入采掘工作面装煤、支护前要敲帮问顶处理已离层的顶板，如果处理不下来要先用点柱支撑。

5、严格安规程操作

必须按（（作业规程））的规定及时支护,严禁空顶作业，并及时回柱放顶或充填。

　所有支架必须架设牢固并有放倒措施，严禁在浮煤或浮矸上架设支架。

严禁在空顶区内提前摘柱。

碰倒/损坏及失效的支柱，必须立即恢复或更换。