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1、采场顶板控制与监测技术采场顶板控制与监测技术 1前言 我国煤矿中，因顶板事故而死亡的人数，多少年来一直居各种事故死亡人数之首，只有极个别年份与瓦斯事故而死亡的人数相当。本书要解决的就是预防发生顶板事故问题，对采矿工程专业的学子，这无疑是一门非常重要的课程。2 实践表明，只要领导重视，狠抓技术与管理，完全可能降低顶板事故的百万吨死亡率。例如，原煤炭部自1985年开始狠抓这项工作，至1996年煤炭部被撤销，部属大型煤矿顶板事故的百万吨死亡率由1.8减小到0.36。在这段时间中，技术上在采场大力推广应用液压自移支架与单体液压支柱，在巷道大力推广应用U形钢可缩支架及锚杆支护；管理上制定了许多控制措施与
2、指标并大力推广应用“支护质量与顶板动态监测”新技术，把顶板管理工作由经验型推进到科学型。有关内容，本书中都有反映，而且在一些方面还有所发展。3 本书是按四年制本科采矿工程专业的要求编写的。由于学时的限制，一些只为定性用的力学推导，只保留其结论而不介绍其过程，这样做一点也没有降低解决实际问题的水平。此外，本书在紧密与生产实践相结合方面，可能做得更好一些。4概概 述述1、在在我我国国煤煤矿矿（国国有有重重点点煤煤矿矿）中中，顶顶板板事事故故伤伤亡亡人人数数占占煤煤炭炭行行业业总总伤伤亡人数的比重较大。亡人数的比重较大。2、顶顶板板事事故故又又分分为为采采场场（工工作作面面）顶顶板事故和巷道顶板事故
3、板事故和巷道顶板事故3、54年年85年年期期间间，顶顶板板事事故故占占总总死死亡人数的亡人数的45%。4、 采采 场场 （ 工工 作作 面面 ） 顶顶 板板 事事 故故 占占 3/4， 巷道顶板事故占巷道顶板事故占 1/45采场事故采场事故按按支支护护类类型型分分：磨磨擦擦支支柱柱、木木支支柱柱占占93%、其它支柱占、其它支柱占7% 按按顶顶板板类类型型分分：直直接接顶顶板板事事故故占占93%、老顶事故占老顶事故占7% 按按冒冒顶顶类类型型分分：局局部部冒冒顶顶占占70% 、大型冒顶占大型冒顶占30% 按按 地地 点点 分分：机机道道炮炮道道占占26%、放放顶顶线线占占15%、上上下下出出口口
4、占占15% 、其其他地点占他地点占44% 6采场事故采场事故1986年年-1992年顶板事故死亡人数年顶板事故死亡人数占总死亡人数的占总死亡人数的40%，有所下降，有所下降，但比例也发生变化。但比例也发生变化。其中：采场顶板事故占其中：采场顶板事故占2/3 巷道顶板事故占巷道顶板事故占1/3科技发展；工作面支护改革；巷道断科技发展；工作面支护改革；巷道断面加大、长度加长面加大、长度加长7采场事故采场事故 1999年年，顶顶板板事事故故死死亡亡1997人人，占占30.8% 2000年年，顶顶板板事事故故死死亡亡人人数数1546人人，占占26.5% 2001年年，顶顶板板事事故故死死亡亡人人数数2
5、679人人，39.79% （瓦斯（瓦斯2546） 2002年年，顶顶板板事事故故死死亡亡人人数数2766人人，占占39.5%（瓦斯（瓦斯2407人）人）8 煤矿企业一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故占死亡人数的77%。92002、2003年按事故类别统计分析年按事故类别统计分析 10112004年全国年全国20亿亿t,死亡死亡6000人人,百万吨死亡率百万吨死亡率3南方十省产煤南方十省产煤近近2亿亿t,死亡死亡3000人人,占全国的占全国的1/2,百万吨死亡率为百万吨死亡率为15国有煤矿产量国有煤矿产量占占61%,死亡死亡1746人人百万吨死亡率为百万吨死亡率为1.4全国乡镇煤矿产煤为总产全国
6、乡镇煤矿产煤为总产量的量的39%,死亡死亡4263人占全国的人占全国的70%,百万吨死亡率为百万吨死亡率为6全国高产高效矿井全国高产高效矿井177处处(含瓦斯大的矿井含瓦斯大的矿井)产量产量5.6亿亿t,百万吨死亡率百万吨死亡率0.06地质条件差地质条件差(瓦斯与地应力复杂瓦斯与地应力复杂),经济状况不好经济状况不好,很易引发大事故很易引发大事故1213 中国煤炭资源埋藏浅、开采条件较好的地区主要集中在秦岭一太行以北的晋陕蒙宁和新疆地区，其余地区的开采条件都比较复杂。特别是浙江、福建、湖北、湖南、广西等省区的煤炭资源大部分不适宜机械化开采。 内蒙古2008年产煤4.73亿t，百万吨死亡率0.0
7、53。湖南煤炭产量5856万t，百万吨死亡率为4.66，湖北煤炭产量1205万t，百万吨死亡率8.38,百万吨死亡率分别是内蒙的88倍和158倍。 今年上半年，内蒙古煤炭产量达2.86亿t，同比增加6160万t，上半年煤炭增量几乎是湖南、湖北两省全年产量之和，折算并压减此两省煤炭产量，可以减少全国煤矿死亡人数近400人，见表2。 1415科学的顶板管理科学的顶板管理1.科学管理顶板：科学管理顶板：“合理顶板控制设计合理顶板控制设计”和和“支护质量与顶板动态监测支护质量与顶板动态监测”。2.管好顶板、最大限度地消除冒顶事故，管好顶板、最大限度地消除冒顶事故，必须：必须：合理顶板控制设计；支护质量
8、与合理顶板控制设计；支护质量与顶板动态监测（矿压观测）。顶板动态监测（矿压观测）。3.支护质量监测：支护参数是否符合合理支护质量监测：支护参数是否符合合理顶板控制设计的要求。顶板控制设计的要求。4.顶板动态监测：保证顶板处于良好状态，顶板动态监测：保证顶板处于良好状态，保证采场正常而安全的生产。保证采场正常而安全的生产。16顶板事故发生原因分析顶板事故发生原因分析（1）自然因素）自然因素（2）技术因素）技术因素（3）人为因素）人为因素17u煤矿重大事故构成及发展动态分析煤矿重大事故构成及发展动态分析1 1 我国煤矿工亡事故构成及动态分析我国煤矿工亡事故构成及动态分析19951995年年2001
9、2001年年182 2 不同体制管属煤矿工亡事故构成及动态分析不同体制管属煤矿工亡事故构成及动态分析 （1 1）不同体制管属煤矿产量比重及发展态势）不同体制管属煤矿产量比重及发展态势 产量比重及态势产量比重及态势19951995年年20012001年年19（2 2）不同体制管属煤矿工亡事故（比重）构成）不同体制管属煤矿工亡事故（比重）构成 比重及态势比重及态势19951995年年20012001年年 结论（分析）结论（分析）尽管乡镇煤矿产量比重较大幅度减少，居高不下的百万吨死亡率并没有得到尽管乡镇煤矿产量比重较大幅度减少，居高不下的百万吨死亡率并没有得到根本性的转变。根本性的转变。20我国煤矿
10、工伤事故控制的差距及原因分析 （1）差距对比（百万吨死亡人数与先进国家对比）我国百万吨死亡人数是美国等先进采煤国家的我国百万吨死亡人数是美国等先进采煤国家的5010倍倍21 2000年 百万吨死亡率：百万吨死亡率：百万吨死亡率：百万吨死亡率：5.685.685.685.68是美国（是美国（是美国（是美国（0.0390.0390.0390.039）的）的）的）的145145145145倍；倍；倍；倍； 工伤总数：超过工伤总数：超过工伤总数：超过工伤总数：超过6000600060006000人，是世界工亡总数的人，是世界工亡总数的人，是世界工亡总数的人，是世界工亡总数的3 3 3 3倍；倍；倍；倍
11、； 与与与与印印印印度度度度（发发发发展展展展中中中中国国国国家家家家）对对对对比比比比：是是是是印印印印度度度度（0.420.420.420.42）的的的的13131313倍倍倍倍 （2）原因分析 开采煤层条件复杂；开采煤层条件复杂； 乡镇煤矿比重大；乡镇煤矿比重大； 采掘机械化装备水平低；采掘机械化装备水平低； 管管理理水水平平低低（缺缺少少高高素素质质技技术术人人员员和和管管理理干干部部，缺缺乏高新技术武装的安全监控装备）；乏高新技术武装的安全监控装备）； 针对国情的事故控制理论、方法、手段研究不深入。针对国情的事故控制理论、方法、手段研究不深入。221.1984年开始，顶板事故调查。年
12、开始，顶板事故调查。2.1988年，支护质量与顶板动态监测。年，支护质量与顶板动态监测。3.1992年，顶板控制设计。年，顶板控制设计。4.19851996年，全国顶板管理工作会年，全国顶板管理工作会议。议。5.1989、1991年全国统配煤矿九次支护年全国统配煤矿九次支护质量与顶板动态监测新技术培训班。质量与顶板动态监测新技术培训班。2324第一章第一章 采场顶板控制基础知识采场顶板控制基础知识一、顶板：煤层上方的岩层一、顶板：煤层上方的岩层第一节 顶板与底板25 1. 顶板运动方式顶板运动方式1.1.1 1）采煤后，顶板岩层按）采煤后，顶板岩层按“分层分层”由由下而上依次逐个下沉、断裂、冒
13、落。下而上依次逐个下沉、断裂、冒落。2.2.2 2）“分层分层”可能是：可能是：3.3.同一岩性的整体岩层同一岩性的整体岩层4.4.同一岩性中较厚岩层中的一部分同一岩性中较厚岩层中的一部分岩层岩层5.5.由下硬上软不同岩性岩层组成的由下硬上软不同岩性岩层组成的岩层，此时软岩层为硬岩层的附加岩层，此时软岩层为硬岩层的附加岩层。岩层。26 2. 分层的硬分层的硬(强度大强度大)与软与软(强度小强度小)1.1）分层的硬与软，不仅与岩性和强）分层的硬与软，不仅与岩性和强度有关，而且与分层的厚度有关。度有关，而且与分层的厚度有关。2.2）分层厚度小的岩层，分层强度较）分层厚度小的岩层，分层强度较小。小。
14、3.3）分层厚度大的岩层，分层强度较）分层厚度大的岩层，分层强度较大。大。273. 老顶与直接顶老顶与直接顶1.1）顶板：煤层上方的岩层。）顶板：煤层上方的岩层。2.2）老顶）老顶(牢顶牢顶)：厚度大于：厚度大于1.52.0m，较坚硬的分层，岩性多为砂岩、，较坚硬的分层，岩性多为砂岩、砂砾岩、石灰岩等。砂砾岩、石灰岩等。3.3）直接顶：直接在煤层上面，厚度）直接顶：直接在煤层上面，厚度小于小于1.52.0m，较软弱、下面又无老，较软弱、下面又无老顶的分层，岩性多为页岩、砂页岩顶的分层，岩性多为页岩、砂页岩等。等。4.4）底板：直接在煤层下面的岩层。）底板：直接在煤层下面的岩层。28 在煤层和直接顶(或老顶)之间，有时存在一层厚度小于0.5 m、随采随冒的软弱岩层，叫做伪顶，常见的伪顶有碳质页岩、泥质页岩等。 当老顶分层基础岩层厚度大于4m时为厚层难冒顶板。 与煤层顶板相对应，直接在煤层下面的岩层叫做直接底。 顶板管理主要是管好直接顶和老顶。直接底过于软弱时，也会给顶板管理带来一定困难。29
