1、专题部分综采工作面顶板灾害防治技术浅析摘要：据多年统计，在煤矿的各种自然灾害中，顶板事故造成的人员伤亡几乎占井下所有事故死亡人数的40%左右。因此，顶板事故是影响矿山安全生产的一大隐患，正确区分各种顶板事故，分析重特大事故发生的原因和规律，进行现场实用安全技术研究，在管理上、技术上、装备上采取针对性的防范措施，实行重点治理和监察监控，对遏制重特大事故的发生具有十分重要意义。关键词：顶板事故 矿山安全 防治技术 工作面Abstract: According to many years of statistics, natural disasters in coal mines, the roof
2、 of casualties caused by accidents account for almost all accidents underground about 40% of deaths.Therefore, the impact of mine roof accident was a major safety risks, to correctly distinguish the various roof accidents, analysis of major causes of accidents and the law, on-site practical security
3、 research, in management, technology, equipment, take appropriatepreventive measures, the implementation of key governance and monitoring of controls, to curb the occurrence of major accidents is of great significance.Key words: mine safety accident prevention techniques roof face前言矿山安全生产管理的重点和难点是井下
4、的采掘顶帮的安全管理工作，据多年统计，在煤矿的各种自然灾害中，顶板事故造成的人员伤亡几乎占井下所有事故死亡人数的40%左右。这类事故小至个别岩块掉落，大至工作面大冒顶，顶板事故的频频发生已经引起人们的广泛关注。如何消除顶板的不安全状态是我们关注一个主要课题之一。顶板事故是指在地下采煤过程中，顶板意外冒落造成人员伤亡、设备损坏、生产终止等的事故。过去，顶板事故据资料显示占全部死亡人数的40%以上。现顶板事故虽有减少，但仍是煤矿生产的主要灾害之一。1顶板事故简介（1）1954-1985年期间，顶板事故的死亡人数占事故死亡人数的45%，其中，采煤工作面顶板事故占75%，巷道顶板那事故占25%。（2）
5、1986-1992年期间顶板事故死亡人数占总死亡人数的40%，相比较1954-1985年期间的顶板事故死亡人数有所下降，不过按事故发生地点，其比例有较大的变化。其中，采煤工作面顶板事故占顶板事故总数的66%，巷道顶板事故上升到34%。2 顶板事故的分类煤矿的顶板事故多种多样，按不同的分类方法，有多种分法，按发生地点分为巷道顶板事故和工作面顶板事故，顶板事故按冒顶范围分局部冒顶和大型冒顶；按力学分为压跨型冒顶、漏冒型冒顶和推跨型冒顶。顶板事故是影响煤矿安全生产的一大隐患，正确区分各种顶板事故，采取有效控制措施，对回采工作面安全生产有着重要的意义。本文重点对综采工作面顶板灾害防治进行分析，并提出预
6、防措施。3 工作面顶板事故的至因及防治探讨近年来，随着高档普采和综采的逐步发展，回采工作面顶板事故防治技术和设备的逐步提高，回采工作面顶板事故率逐步下降，但是顶板灾害的防治仍然是重中之重。为减少和杜绝采煤工作面顶板事故，必须研究采煤工作面顶板事故形成的条件机理和要采取的预防措施。这就要求首先要对顶板事故进行科学的分类。（1）按事故的力源分类按力源可将采煤工作面冒顶事故分为漏冒型压垮型和推垮型三大类。（2）按事故大小分类煤矿中常习惯于将采煤工作面冒顶事故分为局部冒顶型和大型冒顶型两大类。3.1工作面局部冒顶事故的原因及其控制措施 在回采工作面推进过程中局部冒顶事故时有发生，这类事故发生在破碎顶板
7、的条件下(如页岩、煤顶、再生顶板等)。根据回采工作面的回采工艺过程和事故产生的原因不同，这类事故又可分为:采煤过程中发生的局部冒顶事故和回柱过程中发生的局部冒顶事故。3.1.1事故原因分析 采煤过程中发生的局部冒顶事故，主要原因是由于采煤过程中破碎顶板没有得到及时支护，顶板大面积出露和顶板悬露的时间过长，而导致直接顶受压变形，遭到破坏，或者，虽然对破碎顶板进行了及时支护，但由于支柱支设质量不好而造成了直接顶局部冒顶。回柱过程中发生的局部冒顶事故，主要原因是因回柱操作方式不合理，先回承压柱，引起周围破碎顶板冒落，导致大块研石推倒支柱，使邻近破碎顶板失去支护而造成的。3.1.2预防措施1)在摸清顶
8、板性质的基础上，认真做好破碎顶板情况的预测预报工作。采煤过程中要强化安全防范意识，认真观察顶板变形情况，发现问题及时处理，不留后患。2)合理选择工作面推进方向和回采工艺方式。为了防止顶板出露后因下沉量加大，破碎加剧，而导致顶板冒落，回采工作面要尽量垂直裂隙推进。在回采工艺方式上，如果采用炮采，应当采取小范围放小煤“开窗口，的方式，防止顶板大面积出露;如果是机采应选择单滚筒采煤机，尽量减少无立柱空间的宽度，减少顶板出露面积。3)采取合理的支护方式。在回采工作面推进过程中，实践经验证明在破碎顶板条件下，支护时，首先必须支护好刚裸露的顶板。因此，对采煤后出露的顶板要及时支护，在支护方法上，应尽量垂直
9、裂隙挂梁，并且，合理的支护密度应保证与裂隙间距相适应。4)加强支柱的支设质量。当支柱支设的质量较差时，由于顶板受力不均匀，造成个别区域应力集中，破坏了顶板完整性。或支设支柱时，支柱的初撑力不足，使顶板在暴露初期产生了过大的离层或者过早的断裂，破坏了顶板自身的完整性，造成局部冒顶。因此，在支设支柱时，不能将支柱支在浮煤上，必须找真顶和实底支设支架，保证支架的整体工作特性。另外，要尽量增大支柱的初撑力，目前一般认为初撑力为工作阻力的50%比较适宜。5)采取正确的回柱方法。采取正确的回柱方法是防止顶板冒落的重要环节。在回采过程中，必须严格执行工作面的操作规程，采取正确的回柱方法，以确保支柱承载均匀，
10、防止顶板压力向局部支柱集中，使支柱承载不均匀，造成局部顶板破碎给回柱工作带来困难。3.2直接顶运动造成的切顶垮面事故原因及其控制措施3.2.1事故发生的条件1)煤层条件。顶板垮面事故大多数发生在煤层厚度超过1 .5 m，煤层倾角大于20的单一煤层，或煤层下分层开采时。在这种情况下，煤层顶板有足够的运动空间，顶板在自重的作用下沿倾斜方向会产生较大的下滑力。此时，在下滑力的牵引下，顶板容易出现裂隙而加剧破碎。2)开采技术条件。在老顶来压之前，由于这个阶段顶板下沉量小，支架上的压力较小，直接顶容易离层，造成支架稳定性降低，且容易被推倒，或由于采空区冒落波及采场推倒支柱;在采煤、放顶过程中引起工作面发
11、生局部冒顶事故，使顶板失去下部岩层对它的依托和上部岩层对它的牵制作用;工作面支护不合理，支柱初撑力低，辅助结构压缩量大，支柱钻底，造成顶板离层，以及由于支护方式不当，支柱反力方向不对，稳定性低，造成了回采工作面支架没有阻止顶板沿倾斜下滑的能力。3.2.2控制措施 1)必须加强回采工作面日常顶板管理工作，防止回采工作面局部冒顶事故的发生。 2)做好顶板情况的预测预报工作。首先，加强对顶板的下滑可能性进行预测，预测煤顶板是否存在下滑的煤层条件；顶板在倾斜方向上是否被切断而失去上部的牵制作用；是否存在有允许顶板下滑的空间。其次，根据煤壁片帮、顶板下沉量及支柱载荷有明显变化等现象，对顶板可能下滑的地点
12、和时间进行判断，及时进行控制和管理。 3)进行正确的支护控制设计。顶板沿倾斜方向的下滑力一般可由下式估算: T=Q sin x= MLlr sin x式中 M下滑的直接顶厚度，m； L回采工作面控顶距，m； l顶板沿倾斜方向可能下滑的范围，m； x煤层倾角，； r直接顶容重，t/ m 根据上式估算的下滑力大小，确定增加倾斜抬棚的数量，以提高对抗顶板下滑的能力，提高支柱的初撑力，保证足够的支护阻力，防止直接顶离层；另外，也可沿切顶线，架设丛柱或排柱，控制顶板下沉。实践证明，在条件允许的情况下，采用单体液压支柱或金属摩擦支柱加倾斜抬棚控制顶板，效果显著。4)注意支架支护的效果。回采工作面支架支护，
13、必须与矿压显现情况相适应，支护时，支柱必须有一定的迎山角。3.3推垮型冒顶事故的原因及其控制措施3.3.1复合顶板推垮型冒顶近年来的大型事故中，复合顶板推垮型冒顶事故占有相当大的比例。1）冒顶机理: 离层 由于支柱的初撑力小，在顶板下位软岩层的重力作用下支柱下缩或下沉，顶板上位硬岩层未下沉或下沉缓慢。也就是软、硬岩层下沉不同步，从而导致软岩层与其上部硬岩层离层。 断裂 由于多种原因，在顶板下位岩层中断裂出一个六面体，此六面体上面不挨硬岩层，四周或是已于原岩层断开或是以采空区为邻，下面由单体支架支撑，如果四周没有约束，此六面体连同支撑它的单体支柱直接就是一个不稳定结构。 去路和倾角 当六面体周围
14、（一般是倾斜下侧和采空区侧）出现一个自由空间，使六面体有了去路，而且当六面体向去路方向有一定的倾角时，六面体在重力的作用下具有向去路方向的推力。如果沿工作面自上向下至某点处，复合顶板下位岩层尖灭，这就等于六面体在其倾斜方向有一个天然的去路，再加上煤层有一定的情急送，那就非常危险了。2）冒顶特点 冒顶前采煤工作面顶板压力不大，支架没有变形损坏，金属支柱没有明显的下缩。 在多数情况下，冒顶前采煤工作面直接顶已沿煤帮断裂。冒顶后支柱没有折损，只有倾斜，多数是沿煤层倾斜方向向下倾倒，也有向采空区倾倒的。冒顶后上部硬岩层大面积悬而不冒，个别情况是冒落几个大块。 冒顶在任何工作工序都可能发生，但大多数情况
15、是发生在回柱放顶过程中。 顶多发生在距切眼不远的地方。 大多数情况是冒顶前没有明显征兆，推垮型冒顶发生时速度快，来势猛，人力无法抗拒；有时推垮前有征兆，能发现采空区支柱向下倾斜，沿煤帮及采空区边缘顶板掉渣，也来的及撤人。 3）预防措施 常规措施在复合顶板条件下发生推垮型冒顶具有随机性。从阻止形成推垮型冒顶的条件出发，有以下几条措施普遍采用。应用伪斜工作面并使垂直工作面向下倾角达4-6度。其目的是限制六面体只能沿工作面下侧推移，而且阻止推移的摩擦力较大。但当煤层沿走向起伏不平时，会影响这个措施。工作面区段运输巷不挑复合顶板掘进。 工作面始采时不要反推。 控制采高，即使软岩层冒落后超过采高。 尽量避免区段回风巷与工作面斜交。 灵活地应用戗柱或戗棚。使它们迎着六面体可能移动的方向。 改进支架 除上述六条措施外，还有两条从解决采煤工作面支架稳定性出发的措施更应该采用。 采用“整体支架”。调整单体支柱的初撑力及其刚度。3.3.2大块游离
