1、第七章第七章 頂板災害性事故及其防治頂板災害性事故及其防治 頂板事故與水、火、瓦斯、煤塵并列，被稱為煤礦五大災害。一直是影響安全生產(chǎn)的主要因素。 據(jù)統(tǒng)計，在上世紀90年代以前，因頂板事故死亡人數(shù)占總死亡人數(shù)的45%以上，目前，雖然隨支護技術(shù)的進步有所降低，但仍占25%左右，給國家財產(chǎn)和人民生命安全帶來極大威脅。 必須重視頂板災害事故，采取措施，杜絕隱患，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。必須重視頂板災害事故，采取措施，杜絕隱患，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。1;.2第一節(jié)第一節(jié) 局部冒頂事故的防治局部冒頂事故的防治 一、鑲嵌型頂板局部冒頂事故的防治：一、鑲嵌型頂板局部冒頂事故的防治：1. 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：鍋底石、魚背石，局部煤頂2.

2、 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：落煤后，無支護，在無支護區(qū)冒險作業(yè)，沒有前兆3. 措施：措施： 調(diào)查 選及時支護架型 不許在無支護區(qū)工作 敲幫向頂 嚴格架設質(zhì)量、插嚴背實，補換支柱 3二、支護突然失效局部冒頂事故的防治：二、支護突然失效局部冒頂事故的防治：唐山礦1982年5188綜采面4m，50kg/m鋼軌，二死一傷1. 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 支架內(nèi)傷 2. 措施：措施： （1）支架無損 （2）合理設計結(jié)構(gòu)，使彎距較小支架損傷造成事故示意圖支架損傷造成事故示意圖4三、空頂冒落沖擊局部冒頂事故的防治：三、空頂冒落沖擊局部冒頂事故的防治：1. 局部空頂（空洞）的形成：局部空頂（空洞）的形成：（1）局部漏頂沒

3、填實）局部漏頂沒填實糊頂，不充填空間加大（2）頂板冒落抽空）頂板冒落抽空30頂碎，網(wǎng)上冒落抽空（3）上分層大塊矸石參差冒落）上分層大塊矸石參差冒落最初穩(wěn)定，下層開采翻滾（4）上分層支架回收不凈）上分層支架回收不凈留有空間，下層開采易冒（5）上分層冒落不充分）上分層冒落不充分采空區(qū)四周形成（初采、上下端頭）（6）分層頂板離層）分層頂板離層下沉量加大，離層空間，再冒，形成沖擊5局部空頂?shù)男纬桑壕植靠枕數(shù)男纬桑?漏頂未填實漏頂未填實 頂板冒落抽空頂板冒落抽空 矸石參差冒落矸石參差冒落 切眼及停采邊界冒落不充分切眼及停采邊界冒落不充分 上分層支柱回收不凈上分層支柱回收不凈 62. 防治冒頂措施：防治冒

4、頂措施：（1）防止漏頂空頂：）防止漏頂空頂： 超前支護掏梁窩，提前掛梁 插嚴背實 超前錨桿頂碎時（2）封堵漏頂：）封堵漏頂： 打樁楔 泡沫封堵材料（3）處理空間：）處理空間： 調(diào)查上分層位置、大小、標示 空洞較小時點柱+木垛接頂（先加固空間周邊支架） 空洞較大時3m以下打高柱支柱（先加固空間周邊 支架），在其下架設木垛（最后回收），空洞再大則繞行開采 72. 防治冒頂措施：防治冒頂措施： （1）防止漏頂空頂：）防止漏頂空頂： 超前支護掏梁窩，提前掛梁 插嚴背實 超前錨桿頂碎時 （2）封堵漏頂：）封堵漏頂： 打樁楔 泡沫封堵材料 （3）處理空洞：）處理空洞： 調(diào)查上分層位置、大小、標示 空洞較小

5、時點柱+木垛接頂（先加固空間周邊支架） 空洞較大時3m以下打高柱支柱（先加固空間周邊支架）， 在其下架設木垛（最后回收）， 空洞再大則繞行開采8防治局部冒頂措施：防治局部冒頂措施：掏梁窩超前支護掏梁窩超前支護 超前錨桿超前錨桿 打樁楔處理冒頂打樁楔處理冒頂 木垛接頂木垛接頂 高柱接頂高柱接頂 木垛支撐木垛支撐93. 空頂處回柱放頂措施：空頂處回柱放頂措施：（1）加大控頂距）加大控頂距上下周邊各5m不回，留安全空間（2）對空洞區(qū)周圍充填）對空洞區(qū)周圍充填超過邊界1.52.0m（3）空頂區(qū)）空頂區(qū)“拉大網(wǎng)拉大網(wǎng)”回柱回柱嚴禁人員進老塘 加大控頂距加大控頂距 矸石局部充填矸石局部充填 10四、工作面

6、上下端頭局部冒頂：四、工作面上下端頭局部冒頂：1. 端頭礦壓顯現(xiàn)特點：端頭礦壓顯現(xiàn)特點：（1）上下順槽已產(chǎn)生較大變形和破壞時間1-2年，1000mm（2）上下順槽支護基本無初撐力，促使離層下沉（3）支承壓力產(chǎn)生疊加，加劇對圍巖破壞作用（4）面積大，煤巖體承載能力低，支架控頂負擔重（5）端頭移溜改柱，支架多工作在初撐階段，阻力低，穩(wěn)定性差，頂板下沉量大。112. 端頭冒頂類型：端頭冒頂類型：（1）推垮型冒頂）推垮型冒頂掘巷破壞、離層、漏頂、有空間（2）端頭大面積懸頂壓跨型）端頭大面積懸頂壓跨型頂硬、懸露、突冒（3）移留時壓垮）移留時壓垮回撤機頭機尾支架，支撐力降低、突冒 下端頭推垮型冒頂下端頭推

7、垮型冒頂 上端頭推垮型冒頂上端頭推垮型冒頂123. 防止端頭冒頂措施：防止端頭冒頂措施：（1）十字頂梁支護（2）端頭回梁八柱支護（倒移）（3）提高支護強度為正常時的1.6倍（增支柱密度、特殊支架）（4）局部錨桿一端頭支架混合支護（5）選用端頭支架 端頭錨固端頭錨固13 十字鉸接頂梁十字鉸接頂梁 十字頂梁支護十字頂梁支護14第二節(jié)第二節(jié) 大型冒頂事故的防治大型冒頂事故的防治 一、復合型頂板條件下的冒頂事故一、復合型頂板條件下的冒頂事故1. 復合頂板巖性與結(jié)構(gòu)：復合頂板巖性與結(jié)構(gòu)： 下軟上硬層狀巖層下軟上硬層狀巖層2. 礦壓特點：礦壓特點： 平時頂板壓力小，支架承載不大； 離層后，形成不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，

8、有橫向移動傾向； 支護失穩(wěn)，推垮。 堅硬頂板放頂后，懸頂，斷裂，沖擊推垮。15復合頂板推垮型冒頂復合頂板推垮型冒頂復合頂板老頂沖擊砸垮型冒頂復合頂板老頂沖擊砸垮型冒頂163. 防治措施：防治措施：（1）合理布置工作面：）合理布置工作面：嚴禁爬山開采；嚴禁下順槽與工作面銳角相交階梯形布置（2）減少對頂板破壞：）減少對頂板破壞：不得挑頂掘進； 切眼錨桿加固（錨桿+液柱） （3）安全控制：）安全控制：提高初撐力；初次放頂時，沿傾斜分段布置錨桿；降低初步階段采高，充填、炮崩；（調(diào)整采高有一定限度）復合頂薄時，挑頂開采；增大控頂距。17工作面不得爬山開采不得與下順槽銳角相交不得挑頂掘進巷道18切眼內(nèi)錨桿

9、支護沿工作面斜長分階段錨桿支護19二、金屬網(wǎng)下推跨型下頂：二、金屬網(wǎng)下推跨型下頂：1. 網(wǎng)下事故：網(wǎng)下事故： 推垮型支架穩(wěn)定性差，大巖塊翻轉(zhuǎn)，漏頂發(fā)展為砸垮型。大塊矸石翻轉(zhuǎn)造成推垮型冒頂大塊矸石翻轉(zhuǎn)造成推垮型冒頂放頂抽空造成砸垮型冒頂放頂抽空造成砸垮型冒頂202. 防治措施：防治措施：（1）調(diào)研頂分層冒落狀況，危險區(qū)標注；（2）預防處理：煤壁深孔爆破（第一分層）；（3）金屬網(wǎng)假頂控制： 1）盡可能延長分層開采間隔時間； 2）適當降低第二分層工作面初采高度； 3）適當加大控頂距特殊情況下用； 4）及時處理網(wǎng)兜放矸，托板； 5）上分層開采不扯網(wǎng)，及時補網(wǎng)。適當加大控頂距適當加大控頂距確保安全空間確

10、保安全空間及時處理網(wǎng)兜及時處理網(wǎng)兜21;.第三節(jié)第三節(jié) 沖擊礦壓沖擊礦壓 一、沖擊礦壓及其特點：一、沖擊礦壓及其特點： 1、沖擊礦壓、沖擊礦壓發(fā)生在高應力區(qū)井巷、回采工作面圍巖體內(nèi)， 以突然、急劇、猛烈破壞為特征的礦壓動力現(xiàn)象。 2、特點：、特點： 突發(fā)性突發(fā)性無明顯前兆，發(fā)生時間短； 瞬時震動性瞬時震動性過程急劇，似爆炸，有強烈震動； 巨大破壞性巨大破壞性常造成慘重傷亡和巨大損失； 復雜性復雜性發(fā)生范圍廣泛。與煤瓦斯突出區(qū)別：與煤瓦斯突出區(qū)別：外觀形式相似，但動力來源不同， 突出時伴有大量瓦斯涌出。22;.233、沖擊礦壓分類：、沖擊礦壓分類：1）按沖擊強度分）按沖擊強度分2）按拋出煤量分）

11、按拋出煤量分彈射彈射單個碎塊射落，微沖擊現(xiàn)象；礦震礦震內(nèi)部沖擊，不外拋，外觀為震動、煤炮；弱沖擊弱沖擊煤巖拋出，規(guī)模及破壞性不大；強沖擊強沖擊煤巖大量拋出，破壞嚴重。級輕微沖擊（10t以下）級中等沖擊（1050t）級強烈沖擊（50t以上）244、沖擊礦壓的危害：、沖擊礦壓的危害： 1）對井下巷道：）對井下巷道： 強沖擊將大量破壞煤巖拋入巷道，破壞巷道支護系統(tǒng)及圍巖結(jié)構(gòu)。小型沖擊影響不大。2）對井下人員：）對井下人員： 遭受突然傷害，現(xiàn)場人員大多遭受腦部受傷，其次是胸部機械受傷，內(nèi)部器官損傷等。3）對地表建筑：）對地表建筑： 沖擊伴發(fā)礦震，對地表可造成震害。25二、沖擊礦壓發(fā)生機理：二、沖擊礦壓

12、發(fā)生機理：1、強度理論：、強度理論： 煤、巖體發(fā)生沖擊礦壓，是由于所受應力超過其強度所致。 （夾持煤體理論夾持使煤體具有更高彈性能，一旦應力突然加大，或系統(tǒng)阻力突然減小，發(fā)生沖擊）2、能量理論：、能量理論： 煤、巖體受力積蓄彈性能，當系統(tǒng)破壞時，消耗能量少于積蓄能量時，多余能量促使發(fā)生沖擊。 （似炸彈爆炸殺傷原理）263、沖擊傾向理論：、沖擊傾向理論： 煤、巖體發(fā)生沖擊是幾個方面性能的反映，當某性能達到?jīng)_擊引發(fā)標準時，可發(fā)生沖擊。 沖擊傾向度沖擊傾向度煤、巖產(chǎn)生沖擊破壞的能力。 彈性變形指數(shù)； 有效沖擊能指數(shù)； 極限剛度比； 破壞速度指數(shù)。27依三種理論有三個準則：依三種理論有三個準則： 強度

13、準則：強度準則： 能量準則：能量準則： 沖擊準則：沖擊準則：1Ri1dtdUdtdUdtdUpSE1*KK全部應力大于強度煤巖釋放能量大于消耗能量沖擊傾向度大于實驗臨界值第一個為破壞準則，后兩個為突然破壞準則。第一個為破壞準則，后兩個為突然破壞準則。同時滿足三個準則，才可能發(fā)生沖擊。同時滿足三個準則，才可能發(fā)生沖擊。28三、沖擊礦壓影響因素：三、沖擊礦壓影響因素： 影響因素影響因素1、地質(zhì)條件影響：、地質(zhì)條件影響： 采深；采深； 煤巖力學性質(zhì)；煤巖力學性質(zhì)； 頂板巖層結(jié)構(gòu)；頂板巖層結(jié)構(gòu)； 地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造自然地質(zhì)條件（原巖應力、煤巖力學性質(zhì)）開采技術(shù)條件（局部應力集中）組織管理措施（作業(yè)質(zhì)量、

14、技術(shù)設備）291）采深：）采深： 體積變形能體積變形能 形狀變形能形狀變形能222216121HEUV222213211HEUf可見：可見：H 越大，體積能越大，越容易沖擊越大，體積能越大，越容易沖擊破壞煤并使其運動破壞煤并使其運動消耗于塑性變形消耗于塑性變形沖擊發(fā)生采深：沖擊發(fā)生采深：cKRHc073. 1式中： 應力狀態(tài)系數(shù) c體積能變形常數(shù)0K30一般： H350m 不發(fā)生沖擊礦壓； 350m H500m危險增大； H500m 沖擊危險急劇增加。采深與沖擊礦壓發(fā)生頻次關系采深與沖擊礦壓發(fā)生頻次關系312）煤巖力學性質(zhì)：）煤巖力學性質(zhì)： 煤的沖擊傾向性指標煤的沖擊傾向性指標 任何煤層均可發(fā)

15、生沖擊；任何煤層均可發(fā)生沖擊；煤越脆硬，所需沖擊能越小，越容易發(fā)生沖擊。煤越脆硬，所需沖擊能越小，越容易發(fā)生沖擊。沖擊能指數(shù)沖擊能指數(shù)彈性能指數(shù)彈性能指數(shù)動態(tài)破壞時間動態(tài)破壞時間沖擊能指數(shù)沖擊能指數(shù) 全 應力應變曲線， 峰前能量與峰后 能量之比。（比值越大，則沖擊能力越大）EK32 彈性能指數(shù)彈性能指數(shù) 單壓破壞前，彈性能與塑性消耗能 之比。 （彈性能所占比重越大，則沖擊可能性越大） 動態(tài)破壞時間動態(tài)破壞時間 單壓時，從極限載荷到完全破壞所 經(jīng)歷的時間。 （破壞時間越短，則越容易發(fā)生沖擊）ETWtD 彈性能指數(shù)計算圖彈性能指數(shù)計算圖 動態(tài)破壞時間曲線動態(tài)破壞時間曲線33煤沖擊傾向鑒定指標值煤沖

16、擊傾向鑒定指標值指指 標標強沖擊強沖擊弱沖擊弱沖擊無沖擊無沖擊沖擊能指數(shù)沖擊能指數(shù)5.05.01.51.5彈性能指數(shù)彈性能指數(shù) /kj5.05.02.02.0動態(tài)破壞時間動態(tài)破壞時間 /ms5050500500EKETWtD煤層含水，可增加塑性，減小彈性能積存，減緩沖擊危險。厚煤層比薄煤層更容易發(fā)生沖擊。343）頂板巖層結(jié)構(gòu)：）頂板巖層結(jié)構(gòu)： 具有厚層堅硬砂巖頂板是發(fā)生沖擊礦壓的主要原因。 煤層內(nèi)彈性能煤層內(nèi)彈性能體積彈性能變形彈性能頂板彎曲彈性能 頂板彎曲能計算圖頂板彎曲能計算圖354）地質(zhì)構(gòu)造影響：）地質(zhì)構(gòu)造影響：沖擊多發(fā)地點：沖擊多發(fā)地點： 向斜軸處；向斜軸處； 斷層附近；斷層附近； 煤

17、層傾角變化處；煤層傾角變化處； 構(gòu)造應力帶。構(gòu)造應力帶。362、開采技術(shù)影響：、開采技術(shù)影響： 影響分兩類影響分兩類產(chǎn)生高應力區(qū)產(chǎn)生高應力區(qū)煤柱、采空邊緣、孤島、采序；減小阻力減小阻力放炮、截煤。1）采序）采序影響煤巖體內(nèi)應力分布； 采向采向采面向采空區(qū)方向推采，易發(fā)生沖擊；2）上層煤柱、停采線）上層煤柱、停采線推進、穿過時沖擊危險大；3）采空區(qū)）采空區(qū)距采空區(qū)2030米，沖擊危險大；4）開采面積）開采面積開采面積大，沖擊危險增大。沖擊礦壓發(fā)生在巷道多（沖擊礦壓發(fā)生在巷道多（72.6%），發(fā)生在采場少（），發(fā)生在采場少（27.4%）在殘采區(qū)、停采線、斷層及超采處發(fā)生沖擊多（在殘采區(qū)、停采線、斷

18、層及超采處發(fā)生沖擊多（89%）37四、沖擊礦壓預測方法：四、沖擊礦壓預測方法： 1、綜合指數(shù)法：、綜合指數(shù)法： 實質(zhì)：實質(zhì)：對已發(fā)生沖擊礦壓進行統(tǒng)計，分析其各方面影響 因素并確定各因素的影響權(quán)重，綜合建立預測預 報指標。 1）地質(zhì)因素指數(shù)：）地質(zhì)因素指數(shù)：11max111niiniitWWW 第 i 個因素實際影響指數(shù) 第 i 個因素最大影響指數(shù) 地質(zhì)因素沖擊危險指數(shù)iWmaxiW1tW38 2）開采因素指數(shù)：）開采因素指數(shù)：21max212niiniitWWW 第 i個開采因素實際危險指數(shù) 第 i 個開采因素最大危險指數(shù) 開采因素沖擊危險指數(shù)iWmaxiW2tW3）危險等級評定綜合指數(shù)：）危險等級評定綜合指數(shù)：21,maxtttWWW 無沖擊弱沖擊 中等沖擊強沖擊 不安全 3 . 0tW5 . 03 . 0tW75. 05 . 0tW95. 075. 0tW95. 0tW392、計算機模擬法：、計算機模擬法： 通用軟件：通用軟件：FLAC ； UDEC ； ANSYS 等。等。 （因計算機模擬對煤巖力學參數(shù)進行了簡化