在正常情况下,顶板冒落事先都有预兆。
预兆有下面几种:响声岩层下沉断裂、顶板压力急剧加大时,木支架就会发生劈裂声,紧接着出现折梁断柱现象;金属支柱的活柱急速下缩,也发出很大声响。有时也能听到采空区内顶板发生断裂的闷雷声。
掉碴顶板严重破裂时,折梁断柱就要增加,随着就出现顶板掉碴现象。掉碴越多,说明顶板压力越大。
在人工顶板下,掉下的碎矸石和煤碴更多,工人叫“煤雨”,这就是发生冒顶的危险信号。片帮冒顶前煤壁所受压力增加,变得松软,片帮煤比平时多。
裂缝顶板的裂缝,一种是地质构造产生的自然裂隙,一种是由于采空区顶板下沉引起的采动裂隙。老工人说:“流水的裂缝有危险,因为它深;缝里有煤泥、水锈的不危险,因为它是老缝;茬口新的有危险,因为它是新生的”。
如果这种裂缝加深加宽,说明顶板继续恶化。人们常常在裂缝中插上木楔子,看它是不是松动或掉下来,观察裂缝扩大了没有,作出预报。
脱层顶板快要冒落的时候,往往出现脱层现象。检查脱层要用“问顶”的方法,如果声音清脆,表明顶板完好;顶板发出“空空”的响声,说明上下岩层之间已经脱离。
漏顶破碎的伪顶或直接顶,在大面积冒顶以前,有时因为背顶不严或支架不牢出现漏顶现象。漏顶如不及时处理,会使棚顶托空,支架松动。
顶板岩石继续冒落,就会造成没有声响的大冒顶。
局部冒顶的发生主要决定于顶板的岩石性质以及支架对每一块顶板的支撑力。
当顶板破碎、节理发育时,不进行支护,就会发生冒顶。在地质条件变化的区域,也易发生冒顶。
有时尽管顶板比较稳定,但忽视支架规格质量,违反操作规程,也会引起局部冒顶。 1.局部冒顶的预兆 (1)工作面遇到小地质构造; (2)顶板裂隙张开,裂隙增多,敲帮问顶时发出不正常的声音; (3)顶板裂隙内卡有活矸,并有掉碴、掉矸现象,先小后大; (4)煤层与顶板接触面上,极薄的矸石片不断地脱落; (5)滴淋水从顶板劈裂面滴落。
2.预防局部冒顶的措施 (1)支护方式必须和顶板岩石性质相适应。 (2)采煤机采后要及时支柱。
(3)整体移置输送机要采取必要的安全措施。 (4)工作面上下出口要有特种支架。
根据《煤矿安全规程》的规定,一般采取在上、下平巷中超前工作面架抬棚,在机头、机尾处架抬棚,有时要加打密集支柱或木垛等措施加以特别支护。 (5)防止放炮崩倒棚子。
(6)认真做好回柱放顶工作。回柱放顶一定要及时,控顶距超过作业规程规定时,禁止采煤。
回柱后顶板仍不冒落,超过规定悬顶距离时,必须采取人工放顶或其他有效措施进行强制放顶。 (7)坚持正规循环作业。
(8)坚持执行必要的制度。如敲帮问顶制度、验收支架制度、岗位责任制度、金属支架检查制度、交接班制度、顶板分析制度等。
【顶板事故频繁发生的基本原因】
1、地质结构:煤矿所处的地区,地质结构较其他地区复杂,地壳、地层等多因为长期的断层和挤压而不断地发生变化,最终形成了独特的地质结构。一旦煤矿开采遇到这些相对特殊的地质结构,就十分容易造成顶板破碎,由此导致冒顶、漏雨等事故。另外在进行煤矿开采或者回采时,由于对顶板各种力的作用,致使顶板的下沉速度及下沉量发生迅猛的变化,顶板在短时间内承受的压力剧变,也容易造成顶板破裂。
2、支护不及时或质量差:在煤矿的开采中,支护不及时和支护质量差都容易引发顶板事故。在煤矿开采时,由于支护不及时,再加上没有合理的安全措施和补救措施等都很容易发生冒顶的危险。而支护质量差则很容易发生断裂,引发顶板事故发生。
3、不合理开采煤矿:我国除了几个大型的煤矿之外,煤矿也不断崛起,但是这些型煤矿由于经济实力有限,煤矿开采技术不够成熟,开采顺序不当,对煤矿当地的地质结构、支设情况等方面的了解也不足,常常是一边开采的同时一边进行勘探,破坏了地质结构的均衡,使支护的压力不断增加,由于支护不及时而造成了空顶现象。
4、不合理放炮:在任何煤矿开采中,都必须打炮眼放炮。许多为了追求煤矿的产量和进度,忽略了炮眼的布置,不合理的打炮眼或者火过量,都容易发生冒顶事故。
5、操作顺序不合理:开采煤矿的方法不合理,开采顺序不当,对回柱操作先后顺序不当,严重破坏了煤层的稳定结构,可引起破碎顶板落下,引发顶板事故。
6、管理不够规范:煤矿开采是一项高危工作,所以在每一次煤矿开采时都应该确保每位开采人员的安全,要对每一次编制作业采取针对性的安全措施,针对每一个地区的地质特征、支护情况等采取不同的安全措施,只有这样,才能够有效的控制顶板事故的发生。
7、管理不够完善,安全意识不足:根据资料显示,在调查了多起顶板事故后,大多数事故的发生都是因为安全意识不足,对安全措施的管理意识淡薄,因为违章作业而引发的顶板事故不在少数。
【顶板事故】是指在采煤、掘进、巷修过程中,顶板意外冒落造成人员伤亡、设备损坏、生产中止等的事故。过去,顶板事故死亡人数占煤矿全部死亡人数的40%以上。随着科技进步,设备更新,工艺改革,顶板事故每年成下降趋势,但仍是煤矿生产的主要灾害之一。顶板事故按冒顶范围分局部和大型冒顶;按力学原因分为压垮型冒顶、漏垮型冒顶和推垮型冒顶。
1、控制顶板事故发生是减少目前煤矿安全事故的重要内容。为此,要强化安全技术培训,严格落实现场管理责任,切实加强煤矿顶板管理,确保煤炭行业安全发展。 1、强化培训,提高管理技能。提高煤矿从业人员的顶板管理意识和技能,是预防和减少顶板事故的前提。行业管理部门要聘请煤矿顶板管理方面的专家,对所有煤矿安全技术管理人员和采煤队长、班组长进行一次培训,全面分析煤矿顶板管理工作的难点和重点,并就典型顶板事故做出科学剖析,围绕煤层顶板运动规律研究、加强矿压监测预报、改善支护质量、强化现场管理、依靠科技进步促进管理等方面,提出做好煤矿顶板管理的工作思路和方法。
2、推进改革,淘汰落后方式。结合资源整合、标准化建设和煤矿灾后重建,进一步贯彻落实小煤矿基础管理指导意见,全面推行煤矿安全质量标准化建设,督促各煤矿借鉴和学习成功的经验和做法,强力推行矿井支护材料改革。要在所有煤矿采煤工作面全面采用金属支柱支护,取消技改扩能矿井开拓巷道和准备巷道木支护,积极推广岩巷锚喷(锚网喷)支护和煤巷锚杆支护技术,壁式回采工作面要求实现单体液压支架支护和摩擦支架支护,实现“以钢代木”的支护材料改革。对顶板长期悬空暴露的采空区,采取人工放炮强制放顶卸压,推广应用顶板支护新技术、新工艺、新材料,推广采掘机械化,推广锚杆、锚索、锚网、锚喷等支护技术,彻底改变煤矿顶板管理薄弱的状况。
3、严把关口,加强现场管理。一是技术规范关。煤矿工程技术人员在制定技术措施和编制采掘计划时,要严格依照有关政策规范,要做到切实可行,不能照抄照搬其他煤矿的技术规范。积极探索适合本矿地质条件和有利于顶板管理的设计方案,从源头上减少顶板事故发生的可能性。在没有明显脱落征兆的巷道也必须明确规定临时和永久支护措施,编制规程决不能粗制滥造。二是规程审批和学习关。要根据地质资料和矿压观测资料,编制每个采掘工作面的采掘作业规程,使规程真正起到指导生产、保证安全的作用;对地质构造不清、顶板管理措施不具体、措施没有针对性的规程严格执行“三不批”制度,班次安排上要合理,确保掘进放炮后立即出碴支护,及时消除冒顶因素。要组织干部和职工认真学习“三大规程”,让大家领会和掌握。三是工程质量关。采掘工程质量是顶板管理的基础,煤矿井下各单项工作必须严格按照单项工作作业规程施工。要严把支护质量关,由安监员对每个采掘面的支护质量进行安全检查,实行动态管理,做到工程质量不合格不验收。四是初次和周期来压关。初次来压和周期来压时易造成大冒顶垮面事故。要摸索和掌握来压步距,在来压前采取加木垛、丛柱等加强支护的措施,确保不发生事故。五是事故多发地点顶板管理关。
具体措施如下: (1)在发生漏顶地段,现场人员要冷静,处理问题要果断,要立即停止工作面其他工作,迅速把漏顶区维护好。
漏顶区以外支架初撑力达到24Mpa以上,卡口,防止漏顶区扩大。 (2)要及时停止采煤机、运输机,并闭锁,不经作业现场人员同意不得开机。
(3)割煤过程中,采煤机司机要密切注意观察冒落区顶板的情况,以防冒落矸石伤人,拉架工要及时拉架,及时升直前探梁和护帮板,起到挡矸的作用,尽量不要让大块矸石掉入机道内,严格执行“带压擦顶移架”,并伸出前探梁、护帮板及时支护。 (4)在处理漏顶区顶板时,要安排有经验的老工人观顶。
观顶人要注意顶板及煤壁的动静,发现问题及时通知作业人员撤离或处理。 (5)人员不能站在漏顶区正前方,人员进入煤壁侧作业前,要清理好退路,用长柄工具处理掉可能掉落的煤与矸石,严格执行“敲帮问顶”制度。
(6)工作面乳化液泵工作压力≥30Mpa,液压支架前立柱初撑力≥24Mpa。 (7)倒架的配合单体液压支柱及时修复扶正,提前往前靠支架,且煤机速度放慢,减少煤量防止机电设备故障延误处理漏顶的时间。
(8)乳化泵要保证两泵正常使用,一用一备,保证24小时正常使用。 (9)自动落架的支架用单体点柱在支架顶梁下维护好。
(10)加强综采工作面的设备检修,特别是煤机、溜子、装载机、破碎机,从而保证综采设备能够正常运行。 (11)处理冒顶期间,调度室要组织相关部门进行跟班作业,现场指挥,确保施工安全。
支架前脚及架间矸石必须清理干净,大块矸石必须破碎至300mm以下,破碎时进入溜子前必须闭锁溜子、煤机。 1.5采用注马丽散技术加固顶板时,严格执行以下规定 (1)待顶板稳定后,从漏顶区上下两侧开始注马丽散加固顶板和煤帮,在距煤层顶板下300-800mm处开孔,仰角20-35°,孔深6米,间距6米。
(2)注浆时要保证压风压力大于4MPa以上。 (3)注浆孔采用锚杆钻机打眼,眼深6米,然后使用风钻将钻孔外2米的孔径掏至不小于46mm。
(4)注浆时,注浆孔的前方及其附近严禁站人,以防伤人。 (5)现场作业人员要采取个体防护措施,并佩戴专用手套和眼镜。
2、井巷冒顶后工程处理 (1)控制冒顶范围扩大防止和减弱大面积切冒危害的原则是改变岩体的物理力学性质,以减小顶板悬露及冒落面积,减小顶板冒落高度,降低空气排放速度。一是用坑木装顶,控制顶板垮落;二是喷浆,可以弱化顶板和扩大岩层中裂隙以弱面的作用。
(2)局部绕灌混凝土充填井巷冒顶空间大,高度5~6米以上,装顶控制顶板难度较大及无法操作,混凝土砌拱过冒顶区,按正规的程序作业施工困难,基础无法先挖。必须根据空间掌握,能施工拱体或墙体先局部浇灌上混凝土。
冒顶区附近围岩往往压力大、破碎。为保证新施工绕灌的砌体有一定抗压初撑力,一般都使用轨拱,或型钢做骨架。
最后逐步对砌体不完整的部位进行修整完善。 3、加强支护技术的措施 加大顶板锚杆的强度,原则上锚杆直径增加2mm,如锚杆直径超过22mm,则改用更优的材质。
(3)A>A,D>D或E>0.7E(顶板锚杆)。 (1)加强顶板支护的技术措施: 一是加大顶板锚杆黏结段长度,提高锚杆黏结力;二是减少顶板锚杆间排距,原则上每排先增加一根锚杆。
(4)AB。五是加大顶板锚杆长度,原则上先增加200mm。
(2)加强两帮支护的技术措施: 一是加强锚杆,原则上每帮先增加一根,或在两帮和等角注浆,防止锚固区外顶板离层;二是顶板打锚索。3.3.2.3两帮存在的问题。
三是加大两帮锚杆的强度和长度,增加两帮锚杆黏结段长度,提高锚杆黏结力;原则上直径先增加2mm长度增加200mm;如锚杆直径超过22mm,则改用更优质的材质。四是减小两帮锚杆间排距,原则上每排先增加一根锚杆。
根据现场监测结果及时对初始设计进行分析研究,判断其是否需要进行修改,并对修改的设计继续进行监测与监控,使之趋于完善 4、结语 总之,要想管理好顶板,首先要掌握清煤层地质构造、特性,围岩保持了较好的完整性,顶板未发生离层,表明锚网支护结构是可靠的,支护参数是合理的。 由于锚杆、锚索、网、钢筋托梁及Π形钢棚加强支护已经形成一个有机的支护结构,在纵向横向都能相互制约,从而能够有效地抑制围岩的变形。
假如局部薄弱地段有可能出现诸如离层、冒顶等问题,可以通过矿压观测监测到,及时采取措施,是能够避免的。针对实际,采取合理的支护形式,施工时要按章作业,加大管理力度,杜绝偷工减料、违章行为的发生;同时,对薄弱环节、重点地点重点监控。
煤矿井巷工程施工顶板冒顶事故灾害的预防和处理,是生产施工管理过程一项不可避免的工作,影响到矿井安全、生产、效益多方面。
预防冒顶片帮事故发生的措施有:(1) 根据矿床地质条件,合理选择采矿方法和采场布置。
天井、漏斗等应布置在矿床的下盘,避免破坏上盘,造成片帮。开采时,要严格按采掘顺序,自上而下,由远而近,有计划的回采,尽量减少顶板暴露时间,加快采矿速度,缩短回采周期。
(2) 按照安全技术操作规程作业,建立正常的生产秩序和作业制度,加强职工安全技术教育、培训,提高职工安全防范意识和技术水平。(3) 加强采场顶板观察、检查,加强顶板管理。
根据已掌握的地质资料,加强现场顶板管理。同时要对采场矿岩情况经常进行检查,及时掌握其变化规律,根据不同情况,采取相应的预防措施。
发现岩石松软时,应及时支护,尽量避免在空顶下作业。采场和附近作业点放炮后,应仔细地检查采场顶帮的岩石和支护。
检查时人要站在安全的地方,由外向里用尖头长钎子或带矛头的长竹竿撬下松动的岩石。检查处理完毕,再通知其他人员进人采场作业。
(4) 注意观测顶板冒落预兆,防止发生大面积冒顶事故。 大多数情况下,顶板冒落之前都会有些预兆,如顶板岩石下沉,支架发出爆裂声、发生折断;顶板岩石发出破裂和撞击声;顶板有岩石碎块掉落,涌水、淋水量增大等现象。
一旦发现采场有大面积冒顶的征兆,应立即停止采场作业,马上撤离作业区内的人员。顶板冒落的观测方法有木楔法、标记法、信号柱法等。
木楔法就是在顶板裂隙中钉入一块小木楔(或小金属楔)。如果顶板变形、裂隙增大,小木楔会自动落下或松动,说明顶板有冒落危险。
标记法是将黄泥、油漆、水泥砂浆抹在顶板裂隙上,观察其变化,也能反映出顶板变形情况。信号柱法是在采场每隔7~10m用一根毛竹(或木柱)支撑在顶底板之间,如果发现毛竹(或木柱)压裂,发出响声,说明顶板下沉有冒落危险,应立即将人员撤离采场,然后制定安全措施进行支护。
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