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1、1第页第七章第七章顶板灾害性事故及其防治顶板灾害性事故及其防治本章重点介绍：局部冒顶，大型冒顶，冲击矿压等顶板灾害。顶板事故与水、火、瓦斯、煤尘并列，被称为煤矿五大灾害。一直是影响安全生产的主要因素。据统计，在上世纪90年代以前，因顶板事故死亡人数占总死亡人数的45%以上，目前，虽然随支护技术的进步有所降低，但仍占25%左右，给国家财产和人民生命安全带来极大威胁。必须重视顶板灾害事故，采取措施，杜绝隐患，实现必须重视顶板灾害事故，采取措施，杜绝隐患，实现安全生产。安全生产。2第页第一节第一节局部冒顶事故的防治局部冒顶事故的防治一、镶嵌型顶板局部冒顶事故的防治：一、镶嵌型顶板局部冒顶事故的防治：
2、1.结构：结构：锅底石、鱼背石，局部煤顶2.产生原因：产生原因：落煤后，无支护，在无支护区冒险作业，没有前兆3.措施：措施：调查选及时支护架型不许在无支护区工作敲帮向顶严格架设质量、插严背实，补换支柱3第页二、支护突然失效局部冒顶事故的防治：二、支护突然失效局部冒顶事故的防治：唐山矿1982年5188综采面4m，50kg/m钢轨，二死一伤1.产生原因：产生原因：支架内伤2.措施：措施：（1）支架无损（2）合理设计结构，使弯距较小支架损伤造成事故示意图支架损伤造成事故示意图4第页三、空顶冒落冲击局部冒顶事故的防治：三、空顶冒落冲击局部冒顶事故的防治：1.局部空顶（空洞）的形成：局部空顶（空洞）的
3、形成：（1）局部漏顶没填实）局部漏顶没填实糊顶，不充填空间加大（2）顶板冒落抽空）顶板冒落抽空30顶碎，网上冒落抽空（3）上分层大块矸石参差冒落）上分层大块矸石参差冒落最初稳定，下层开采翻滚（4）上分层支架回收不净）上分层支架回收不净留有空间，下层开采易冒（5）上分层冒落不充分）上分层冒落不充分采空区四周形成（初采、上下端头）（6）分层顶板离层）分层顶板离层下沉量加大，离层空间，再冒，形成冲击5第页局部空顶的形成：局部空顶的形成：漏顶未填实漏顶未填实顶板冒落抽空顶板冒落抽空矸石参差冒落矸石参差冒落切眼及停采边界冒落不充分切眼及停采边界冒落不充分上分层支柱回收不净上分层支柱回收不净6第页2.防治
4、冒顶措施：防治冒顶措施：（1）防止漏顶空顶：）防止漏顶空顶：超前支护掏梁窝，提前挂梁插严背实超前锚杆顶碎时（2）封堵漏顶：）封堵漏顶：打桩楔泡沫封堵材料（3）处理空间：）处理空间：调查上分层位置、大小、标示空洞较小时点柱+木垛接顶（先加固空间周边支架）空洞较大时3m以下打高柱支柱（先加固空间周边支架），在其下架设木垛（最后回收），空洞再大则绕行开采7第页2.防治冒顶措施：防治冒顶措施：（1）防止漏顶空顶：）防止漏顶空顶：超前支护掏梁窝，提前挂梁插严背实超前锚杆顶碎时（2）封堵漏顶：）封堵漏顶：打桩楔泡沫封堵材料（3）处理空洞：）处理空洞：调查上分层位置、大小、标示空洞较小时点柱+木垛接顶（先加
5、固空间周边支架）空洞较大时3m以下打高柱支柱（先加固空间周边支架），在其下架设木垛（最后回收），空洞再大则绕行开采8第页防治局部冒顶措施：防治局部冒顶措施：掏梁窝超前支护掏梁窝超前支护超前锚杆超前锚杆打桩楔处理冒顶打桩楔处理冒顶木垛接顶木垛接顶高柱接顶高柱接顶木垛支撑木垛支撑9第页3.空顶处回柱放顶措施：空顶处回柱放顶措施：（1）加大控顶距）加大控顶距上下周边各5m不回，留安全空间（2）对空洞区周围充填）对空洞区周围充填超过边界1.52.0m（3）空顶区空顶区“拉大网拉大网”回柱回柱严禁人员进老塘加大控顶距加大控顶距矸石局部充填矸石局部充填10第页四、工作面上下端头局部冒顶：四、工作面上下端头
6、局部冒顶：1.端头矿压显现特点：端头矿压显现特点：（1）上下顺槽已产生较大变形和破坏时间1-2年，1000mm（2）上下顺槽支护基本无初撑力，促使离层下沉（3）支承压力产生叠加，加剧对围岩破坏作用（4）面积大，煤岩体承载能力低，支架控顶负担重（5）端头移溜改柱，支架多工作在初撑阶段，阻力低，稳定性差，顶板下沉量大。11第页2.端头冒顶类型：端头冒顶类型：（1）推垮型冒顶）推垮型冒顶掘巷破坏、离层、漏顶、有空间（2）端头大面积悬顶压跨型）端头大面积悬顶压跨型顶硬、悬露、突冒（3）移留时压垮）移留时压垮回撤机头机尾支架，支撑力降低、突冒下端头推垮型冒顶下端头推垮型冒顶上端头推垮型冒顶上端头推垮型冒
7、顶12第页3.防止端头冒顶措施：防止端头冒顶措施：（1）十字顶梁支护（2）端头回梁八柱支护（倒移）（3）提高支护强度为正常时的1.6倍（增支柱密度、特殊支架）（4）局部锚杆一端头支架混合支护（5）选用端头支架端头锚固端头锚固13第页十字铰接顶梁十字铰接顶梁十字顶梁支护十字顶梁支护14第页第二节第二节大型冒顶事故的防治大型冒顶事故的防治一、复合型顶板条件下的冒顶事故一、复合型顶板条件下的冒顶事故1.复合顶板岩性与结构：复合顶板岩性与结构：下软上硬层状岩层下软上硬层状岩层2.矿压特点：矿压特点：平时顶板压力小，支架承载不大；离层后，形成不稳定结构，有横向移动倾向；支护失稳，推垮。坚硬顶板放顶后，悬
8、顶，断裂，冲击推垮。15第页复合顶板推垮型冒顶复合顶板推垮型冒顶复合顶板老顶冲击砸垮型冒顶复合顶板老顶冲击砸垮型冒顶16第页3.防治措施：防治措施：（1）合理布置工作面：）合理布置工作面：严禁爬山开采；严禁下顺槽与工作面锐角相交阶梯形布置（2）减少对顶板破坏：）减少对顶板破坏：不得挑顶掘进；切眼锚杆加固（锚杆+液柱）（3）安全控制：）安全控制：提高初撑力；初次放顶时，沿倾斜分段布置锚杆；降低初步阶段采高，充填、炮崩；（调整采高有一定限度）复合顶薄时，挑顶开采；增大控顶距。17第页工作面不得爬山开采不得与下顺槽锐角相交不得挑顶掘进巷道18第页切眼内锚杆支护沿工作面斜长分阶段锚杆支护19第页二、金
9、属网下推跨型下顶：二、金属网下推跨型下顶：1.网下事故：网下事故：推垮型支架稳定性差，大岩块翻转，漏顶发展为砸垮型。大块矸石翻转造成推垮型冒顶大块矸石翻转造成推垮型冒顶放顶抽空造成砸垮型冒顶放顶抽空造成砸垮型冒顶20第页2.防治措施：防治措施：（1）调研顶分层冒落状况，危险区标注；（2）预防处理：煤壁深孔爆破（第一分层）；（3）金属网假顶控制：1）尽可能延长分层开采间隔时间；2）适当降低第二分层工作面初采高度；3）适当加大控顶距特殊情况下用；4）及时处理网兜放矸，托板；5）上分层开采不扯网，及时补网。21第页适当加大控顶距适当加大控顶距确保安全空间确保安全空间及时处理网兜及时处理网兜22第页第
10、三节第三节冲击矿压冲击矿压一、冲击矿压及其特点：一、冲击矿压及其特点：1、冲击矿压、冲击矿压发生在高应力区井巷、回采工作面围岩体内，以突然、急剧、猛烈破坏为特征的矿压动力现象。2、特点：、特点：突发性突发性无明显前兆，发生时间短；瞬时震动性瞬时震动性过程急剧，似爆炸，有强烈震动；巨大破坏性巨大破坏性常造成惨重伤亡和巨大损失；复杂性复杂性发生范围广泛。与煤瓦斯突出区别：与煤瓦斯突出区别：外观形式相似，但动力来源不同，突出时伴有大量瓦斯涌出。23第页3、冲击矿压分类：、冲击矿压分类：1）按冲击强度分）按冲击强度分2）按抛出煤量分）按抛出煤量分弹射弹射单个碎块射落，微冲击现象；矿震矿震内部冲击，不外
11、抛，外观为震动、煤炮；弱冲击弱冲击煤岩抛出，规模及破坏性不大；强冲击强冲击煤岩大量抛出，破坏严重。级轻微冲击（10t以下）级中等冲击（1050t）级强烈冲击（50t以上）24第页4、冲击矿压的危害：、冲击矿压的危害：1）对井下巷道：）对井下巷道：强冲击将大量破坏煤岩抛入巷道，破坏巷道支护系统及围岩结构。小型冲击影响不大。2）对井下人员：）对井下人员：遭受突然伤害，现场人员大多遭受脑部受伤，其次是胸部机械受伤，内部器官损伤等。3）对地表建筑：）对地表建筑：冲击伴发矿震，对地表可造成震害。25第页二、冲击矿压发生机理：二、冲击矿压发生机理：1、强度理论：、强度理论：煤、岩体发生冲击矿压，是由于所受
12、应力超过其强度所致。（夹持煤体理论夹持使煤体具有更高弹性能，一旦应力突然加大，或系统阻力突然减小，发生冲击）2、能量理论：、能量理论：煤、岩体受力积蓄弹性能，当系统破坏时，消耗能量少于积蓄能量时，多余能量促使发生冲击。（似炸弹爆炸杀伤原理）26第页3、冲击倾向理论：、冲击倾向理论：煤、岩体发生冲击是几个方面性能的反映，当某性能达到冲击引发标准时，可发生冲击。冲击倾向度冲击倾向度煤、岩产生冲击破坏的能力。弹性变形指数；有效冲击能指数；极限刚度比；破坏速度指数。27第页依三种理论有三个准则：依三种理论有三个准则：强度准则：强度准则：能量准则：能量准则：冲击准则：冲击准则：全部应力大于强度煤岩释放能
13、量大于消耗能量冲击倾向度大于实验临界值第一个为破坏准则，后两个为突然破坏准则。第一个为破坏准则，后两个为突然破坏准则。同时满足三个准则，才可能发生冲击。同时满足三个准则，才可能发生冲击。28第页三、冲击矿压影响因素：三、冲击矿压影响因素：影响因素影响因素1、地质条件影响：、地质条件影响：采深；采深；煤岩力学性质；煤岩力学性质；顶板岩层结构；顶板岩层结构；地质构造地质构造自然地质条件（原岩应力、煤岩力学性质）开采技术条件（局部应力集中）组织管理措施（作业质量、技术设备）29第页1）采深：）采深：体积变形能体积变形能形状变形能形状变形能可见：可见：H越大，体积能越大，越容易冲击越大，体积能越大，越
14、容易冲击破坏煤并使其运动破坏煤并使其运动消耗于塑性变形消耗于塑性变形冲击发生采深：冲击发生采深：式中：应力状态系数c体积能变形常数30第页一般：H350m不发生冲击矿压；350mH500m危险增大；H500m冲击危险急剧增加。采深与冲击矿压发生频次关系采深与冲击矿压发生频次关系31第页2）煤岩力学性质：）煤岩力学性质：煤的冲击倾向性指标煤的冲击倾向性指标任何煤层均可发生冲击；任何煤层均可发生冲击；煤越脆硬，所需冲击能越小，越容易发生冲击。煤越脆硬，所需冲击能越小，越容易发生冲击。冲击能指数冲击能指数弹性能指数弹性能指数动态破坏时间动态破坏时间冲击能指数冲击能指数全应力应变曲线，峰前能量与峰后能
15、量之比。（比值越大，则冲击能力越大）32第页弹性能指数弹性能指数单压破坏前，弹性能与塑性消耗能之比。（弹性能所占比重越大，则冲击可能性越大）动态破坏时间动态破坏时间单压时，从极限载荷到完全破坏所经历的时间。（破坏时间越短，则越容易发生冲击）弹性能指数计算图弹性能指数计算图动态破坏时间曲线动态破坏时间曲线33第页煤煤冲击倾向鉴定指标值冲击倾向鉴定指标值指指标标强冲击强冲击弱冲击弱冲击无冲击无冲击冲击能指数冲击能指数5.05.01.51.5弹性能指数弹性能指数/kj5.05.02.02.0动态破坏时间动态破坏时间/ms5050500500煤层含水，可增加塑性，减小弹性能积存，减缓冲击危险。厚煤层比
16、薄煤层更容易发生冲击。34第页3）顶板岩层结构：）顶板岩层结构：具有厚层坚硬砂岩顶板是发生冲击矿压的主要原因。煤层内弹性能煤层内弹性能体积弹性能变形弹性能顶板弯曲弹性能顶板弯曲能计算图顶板弯曲能计算图35第页4）地质构造影响：）地质构造影响：冲击多发地点：冲击多发地点：向斜轴处；向斜轴处；断层附近；断层附近；煤层倾角变化处；煤层倾角变化处；构造应力带。构造应力带。36第页2、开采技术影响：、开采技术影响：影响分两类影响分两类产生高应力区产生高应力区煤柱、采空边缘、孤岛、采序；减小阻力减小阻力放炮、截煤。1）采序）采序影响煤岩体内应力分布；采向采向采面向采空区方向推采，易发生冲击；2）上层煤柱、
17、停采线）上层煤柱、停采线推进、穿过时冲击危险大；3）采空区）采空区距采空区2030米，冲击危险大；4）开采面积）开采面积开采面积大，冲击危险增大。冲击矿压发生在巷道多（冲击矿压发生在巷道多（72.6%），发生在采场少），发生在采场少（27.4%）在残采区、停采线、断层及超采处发生冲击多（在残采区、停采线、断层及超采处发生冲击多（89%）37第页四、冲击矿压预测方法：四、冲击矿压预测方法：1、综合指数法：、综合指数法：实质：实质：对已发生冲击矿压进行统计，分析其各方面影响因素并确定各因素的影响权重，综合建立预测预报指标。1）地质因素指数：）地质因素指数：第i个因素实际影响指数第i个因素最大影响指
18、数地质因素冲击危险指数38第页2）开采因素指数：）开采因素指数：第i个开采因素实际危险指数第i个开采因素最大危险指数开采因素冲击危险指数3）危险等级评定综合指数：）危险等级评定综合指数：无冲击弱冲击中等冲击强冲击不安全39第页2、计算机模拟法：、计算机模拟法：通用软件：通用软件：FLAC；UDEC；ANSYS等。等。（因计算机模拟对煤岩力学参数进行了简化，故此法仅适用于确定冲击危险区域）3、钻屑法：、钻屑法：实质：实质：通过钻孔排粉量的变化确定支承压力的特征，从而确定冲击的可能性。（钻孔排粉量与支承压力具有定量关系）40第页钻屑量指数：钻屑量指数：钻出煤量正常排粉量41第页五、冲击矿压的防治五
19、、冲击矿压的防治1、防范措施：、防范措施：主要解决开采技术不合理问题1）开拓布置应有利于开采解放层；）开拓布置应有利于开采解放层；2）最大限度避免形成煤柱高应力区；）最大限度避免形成煤柱高应力区；3）避免工作面相向开采；）避免工作面相向开采；4）工作面由断层、褶曲轴始采；）工作面由断层、褶曲轴始采；5）巷道布置在底板岩层或无冲击危险煤层；）巷道布置在底板岩层或无冲击危险煤层；6）采用长壁无煤柱全部垮落法；）采用长壁无煤柱全部垮落法；7）选择整体性强的可缩性支架。）选择整体性强的可缩性支架。42第页2、解危措施：、解危措施：主要解决卸压降能问题1）卸压爆破：）卸压爆破：震动卸压爆破震动卸压爆破撤人、引发、移压。震动落煤爆破震动落煤爆破撤人、引发、落煤移压。震动卸压落煤爆破震动卸压落煤爆破长钻孔爆破、合一。顶板爆破顶板爆破长短钻孔爆破，降能、引发。2）煤层注水：）煤层注水：短钻孔注水短钻孔注水机道，间距610米，孔深10米，影响生产。长钻孔注水长钻孔注水巷道，超前60米，间距1020米，孔深为面长，薄煤层难用。联合注水联合注水长短结合。
