礦井開采安全管理培訓ppt課件

采掘安全技術講座

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孫祖河

采煤工作麵礦壓顯現規律及頂板控製

初次來壓特征：老頂初次來壓比較突然。來壓前回采工作空間上方的頂板壓力比較小。因而往往容易使人疏忽大意。初次來壓時，老頂垮距比較大，影響的範圍也比較廣，工作麵易出現事故。

老頂初次來壓對工作麵的影響較大，因此必須掌握初次來壓步距的大小，以便及時采取對策。在來壓期間，必須加強支架的支撐力，尤其要加強支架的穩定性。一般可以采用木垛、斜撐等特種支架加強回采工作空間的支護。

2)工作麵周期來壓時的安全措施

(1)通過礦壓觀測，準確判斷周期來壓的時間和位置，做好預測預報工作。

(2)做好來壓前的支護工作，保證支架的規格質量，保證一定的支護密度和支架穩定性。

(3)合理縮小控頂距，以利於工作麵維護。

(4)保證直接頂垮落的質量。采空區冒落的矸石可以減輕老頂的來壓強度。

(5)加強正規循環，保持工作麵推進速度。

由於在第一分層回采時頂板岩層已經曆了一次懸露、破裂、折斷和垮落的過程，完整性受到了破壞;因此，下分層工作麵的老頂來壓將會顯著減弱或者不再顯現，即通常所說的在回采頂分層時可能出現“動壓”，而在回采下分層時則主要表現為“靜壓”。 其基本表現為老頂來壓步距小;強度小;支架載荷變小;頂板下沉量變大。(三小一大)

圖2-2 放頂煤開采技術

由於放頂煤開采的支架上方存在一層厚而破碎且隨采隨放的頂煤，因而與分層開采相比，其礦壓顯現也有一些其自身的特點

放頂煤開采時，一次性采出厚度增大，直接頂的垮落高度成倍增加，並且與煤層的采出厚度顯著相關。綜放開采時，采場上方仍可形成穩定的砌體梁式老頂結構，但其形成的位置相對遠離采場，其穩定性也發生了相應的變化。

頂煤運移規律及對礦壓顯現有顯著影響。支架上方的頂煤經過了支承壓力作用發生了破碎，剛度降低，但破碎程度與頂煤強度，裂隙分布和支承壓力分布情況等有關，堅硬頂煤的運移始動點距煤壁距離較小，累計位移量較小，頂煤的破碎效果較差，傳遞上覆岩層作用的能力較強，則表現出的礦壓顯現明顯。

支承壓力分布區前移。放頂煤開采時，工作麵前方的支承壓力區距煤壁距離較大，發生前移。對軟煤而言，支承壓力峰值點距煤壁距離較硬煤的大，峰值小，分布平坦。

支架工作阻力變化不大。放頂煤工作麵的支架阻力不大於單一煤層或分層開采的頂分層開采的工作麵的。來壓的動載係數也沒有明顯變化，支架以初撐和一次增阻工作狀態為主。前柱工作阻力普遍大於後柱的，一般為10 - 15%，對於軟頂煤而言，頂煤的破碎和放出較充分，支架頂梁後部上方的頂煤較少，不利於傳遞上覆岩層的作用，因此相對硬頂煤而言，支架前柱的工作阻力大於後柱的工作阻力這一特點表現的更明顯。

二、采煤工作麵頂板控製方法

采煤工作空間的直接維護對象是直接頂，直接頂的好壞將對安全生產有直接影響。而直接頂的完整性又受到老頂平衡特征的影響

從一定意義講控製采煤工作麵礦山壓力顯現主要是控製老頂的活動規律，使其不危及到工作麵的安全。

工作麵支護的直接對象是直接頂。通過直接頂間接地對老頂的活動起一定的控製作用

采煤工作麵頂板控製實質是控製采煤工作麵礦山壓力顯現。

(二).單體支柱支護工作麵頂板控製

1.木支柱。

2.摩擦式金屬支柱

3.單體液壓支柱

(三)綜采工作麵頂板控製

綜采工作麵頂板主要是通過液壓自移支架來控製的。

液壓支架按照支架的支撐特點和結構特點分為

1)支撐式

2)掩護式

3)支撐掩護式

(四)特殊條件下采煤工作麵頂板控製

1采煤工作麵初采時的頂板控製

2采煤工作麵過舊巷時的安全措施

3采煤工作麵過小地質構造時的安全措施

4采煤工作麵收尾時預防冒頂的安全措施

由於圍岩性質的不同，在岩體內開掘巷道後，圍岩的變化形式也不一樣。

1.圍岩為比較穩定的堅硬岩石：

巷道開掘後，在巷道兩側形成支撐壓力既是加上回采形成的支撐壓力，由於岩石強度高，巷道圍岩仍在彈性變化範圍內，此時巷道甚至不用支護，極易維護。

2.圍岩為中等穩定的堅硬岩石：

巷道開掘後，在巷道兩側形成支撐壓力和回采影響形成的支撐壓力的作用下，頂板及兩幫可能形成局部破碎和片落，支撐壓力的最高點外移,巷道上方可以形成自然平衡拱。此時用支架對圍岩進行維護，由於支架具有一定的工作阻力，使巷道變形穩定下來。

3.圍岩為不穩定的岩石：

巷道開掘後，由於圍岩比較軟弱，很快便會發生變形、移動和破壞，甚至可能發生冒落，底版也可能發生底臌，在支架支撐下，圍岩可以處於極限平衡狀態。有時雖有支架支撐也難以阻止其變形，如再受到采動的影響，變化將更劇烈，這時用一般的支架是無法維護的。

二、巷道掘進與支護

巷道掘進和支護是按照設計要求從岩體 中把岩石破碎下來，並對所形成的空間進行支護，防止圍岩繼續破壞和垮落，其中心問題是破岩和支護。

支護的作用在於改善圍岩穩定狀況和控製圍岩運動的發展速度，以維護安全的工作空間。

巷道掘進方法有機掘和炮掘兩種，而炮掘占絕大多數，對頂板的管理影響也以炮掘最大，采用鑽爆法掘進的岩石巷道必須采用光麵爆破技術。機掘與炮掘相比，巷道成型規整，圍岩免遭炮震影響，對巷道圍岩穩定性影響小，有利於頂板的管理。

對炮掘作業，為減小爆破與支護對圍岩的影響，保證巷道符合設計要求，必須做到以下幾點：

1.合理布置炮眼並正確打眼。

2.合理確定爆破參數和爆破順序。

3.按規定質量標準進行支護.

掘進機掘進破岩技術

1、選擇截割煤岩的原則

1)有利於頂板維護。

2)有利於鑽進開切，截割阻力小。

3)截割工作效率高。

4)截齒損耗小，震動小。

5)避免出現大塊，利於裝載轉運。

2、截割質量要求

1)按設計對斷麵形狀，支架規格和間距要求，截割時要一次達到夠高、夠深、夠寬。

2)截割出的巷道斷麵周邊輪廓規整，不欠挖、不超挖。

3)截割功率消耗低、截割損耗少。

巷道支護

支護的作用：

改善圍岩穩定狀況和控製圍岩運動的發展速度，以維護安全的工作空間。

支護的分類：

根據支護對圍岩的作用形式不同

支：以抵抗圍岩變形為主的各種支架形式。

如棚式支架、砌镟等。

護：以提高圍岩自身支撐能力和穩定性為

主的各種維護形式。如錨杆支護、錨 噴支護和注凝固劑等。

巷道支護的方式：

木支架

金屬支架

錨杆支護

錨噴支護

料石混泥土砌镟

支護方式的選擇，決定與圍岩穩定狀況，動壓小的巷道，可采用沉縮量小的剛性支架，動壓大的不穩定巷道，應選用可縮性支架。

1)具 有 一 定 的 支 撐 力 。

2) 具 有 一 定 的 可 縮 性 。

3) 具 有 一 定 的 適 應 性 。

巷 道 支 架 應 具 備 的 性 能

3.錨杆支護

錨杆支護是一種快速、安全、經濟的的巷道支護方式。

1)錨杆支護理論

⑴懸吊理論：錨杆支護的作用是將巷道頂板較軟弱的岩層懸吊在上部堅固的岩層上，控製和減弱岩層的下沉和離層，保持頂板的穩定。

頂板錨固的總體強度應大於軟弱岩層的重量，並保持1.5~3.0的安全係數。

(2)組合梁理論：通過錨杆的支護作用，將頂板中不穩固的若幹較薄的層狀岩層鎖緊成一個較厚的岩層，由疊合梁變成組合梁，顯著提高岩梁抗彎曲能力並減小跨度。

(3)緊固理論：在塊狀圍岩中，錨杆可將巷道周圍的危岩彼此擠緊，從而加固成能承受載荷的整體結構。

(4)壓縮(組合)拱理論：在鬆軟岩層中，各個錨杆形成的壓應力圓錐體交錯重疊，形成一個連續的均勻壓縮(組合)拱，以承受其外部破碎岩石施加的徑向載荷。

2)錨杆的種類及適用範圍

按 錨杆的種類很多，現在普遍使用的有：木錨杆、壓縮木錨杆、金屬楔縫式錨杆、金屬倒楔式錨杆和鋼筋舊鋼絲繩錨杆。

(1)木錨杆：結構簡單、製造容易、成本低。但錨固力小(1噸左右)，使用期短。

一般用於圍岩壓力不大、服務年限不長(一年左右)的巷道。如經防腐處理，可以服務2~3年。

(2)壓縮木錨杆：這種錨杆安裝後，逐漸吸收空氣中的水分，整體膨脹，擠壓孔壁，形成整體錨固。因此其錨固力比普通木錨杆大，如進行防腐處理，使用期限可達，使用期可達5年以上。

(3)金屬楔逢式錨杆：結構簡單，工作可靠。但使用後一般不能回收，岩層較軟時不能使用。

(4)金屬倒楔式錨杆：錨固力可達4噸以上。適用於服務年限3年以上的巷道。

(5)鋼筋沙漿錨杆：結構簡單、製造容易、成本低、錨固力大。但不能立即實現初錨力。如配合噴漿使用，可用在服務年限較長1的主要巷道和硐室，此外還可用來防止巷道底臌。

3)錨杆支護的優缺點

(1)優點：堅固、耐用、安全、可靠，巷道維護量小、施工工程簡單、勞動強度低，可緊跟掘進工作麵，便於組織掘進、支護平行作業和一次成巷。有利於實現快速掘進和支護機械化。可縮小巷道掘進麵的10%~20%，節省大量建築材料，掘進費用低。

(2)缺點：打頂眼困難。

4、噴漿支護

能夠防止圍岩風化，充填圍岩裂隙，補平圍岩凹凸，防止圍岩裂隙的發育和圍岩表麵應力的集中，提高圍岩的穩定性和支撐能力。

1)優點：工藝簡單、機械化程度高、速度快、效率高、成本低和應用範圍廣等。

2)缺點：粉塵大，回彈物多。

頂板事故的統計分析

常見頂板事故的分類

(一)局部冒頂事故

局部冒頂事故的特點是範圍小，每次傷亡人數較少，很容易被人忽視，以致於這類事故不斷發生。統計分析證明，每年因局部冒頂事故造成的死亡人數比重占60%一70%， 重傷事故比重高達80%以上。

局部冒頂就其觸發的原因主要有兩個方麵：

一是已破碎的頂板未能及時支護而局部冒落;

二是老頂下沉迫使直接頂破壞支護係統，而造成局部冒落。這類事故就其發生的時間和地點而言，存在著一定的規律性，即絕大部分發生在臨近斷層、褶曲軸部等構造帶範圍。在正常頂板條件下，則多數發生在老頂宋壓前後，特別是發生在直接頂是巾強度較低、分層厚度較小的岩層組成的條件下。

采煤工作麵常見的頂板事故類型

常見頂板事故的統計

事故發生的時間及地點

采煤工作麵從開切眼推進到停采線為止，按頂板運動和礦壓顯現特征可分為兩個階段，其一是老頂的初次來壓階段;其二是老頂的周期來壓階段。

事故的類型及作用力來源

統計分析表明，所有重大切頂事故都是由直接頂來壓或老頂來壓所引起的，由表可知，其中直接頂來壓所造成的事故占61%，而老頂來壓所造成的事故僅占39%。由此可知，準確預報直接頂來壓和老頂來壓的時間和位置，提前采取措施，用正確的采煤方法、合理的支護方式及特殊的支護形式，是完全可以避免重大事故發生的。

事故的範圍

通過對30多次工作麵切頂垮麵事故的分析，由表可知，絕大部分垮麵事故的範圍是有限的，全工作麵塌垮的嚴重事故極少。除直接頂和老頂來壓可能分段進行外，事故的發生與工作麵的生產工藝過程、各過程的操作情況以及工作麵有關部位的支護狀況有關。例如，直接頂在煤壁附近斷裂時，采煤機盲目高速向前推進，造成大麵積空頂，極易在直接頂和老頂來壓時造成推垮工作麵事故。所以，應掌握頂板來壓的規律，事前掌握頂板活動的信息，從操作工藝、支護方式上采取正確的措施，多數事故是可以避免的。

事故發生的煤層統計

對30次頂板事故發生的煤層厚度條件統計分析的結果。由表可知，80%的冒頂事故發生在中厚及厚煤層條件下;薄煤層的采高小，頂板允許活動的空間小，頂板事故僅占20%;開采厚煤層下分層時所發生的頂板事故占58%，其主要原因是工作麵人工頂板膠結不好，很容易發生局部冒頂，導致發生大麵積推垮工作麵事故。

事故發生的工藝技術條件

由表可知，采煤工作麵使用不同支護類型支架對頂板事故發生有很大影響。采用金屬摩擦支柱的工作麵占66.7%，其主要原因是金屬摩擦支柱初撐力小，支護質量難以保證，而單體液壓支柱初撐力高，可縮量大，呈恒阻特性，能適應頂板下沉和作用力的要求，很少出現工作麵垮麵現象。

局部冒頂事故的防治

據統計，采煤工作麵冒頂事故中，局部冒頂事故約占70%左右。由於這類事故範圍較小，有時僅為1～2架或3～5架支架的範圍，每次傷亡為1—2人，因而沒有引起人們的足夠重視。

局部冒頂的原因有兩類：

一類是由於直接頂被破壞後失去有效的支護而造成局部冒落;另一類是老頂下沉迫使直接頂破壞工作麵支架而造成局部冒頂。

從事故發生的地點來看，局部冒頂町分為靠近煤壁附近的局部冒頂、上下出口局部冒頂、回柱放頂線附近的局部冒頂和斷層帶附近的局部冒頂。

大型冒頂事故的防治

工作麵大麵積冒頂的預兆

采煤工作麵隨回柱放頂工作進行，直接頂逐漸垮落，如果直接頂垮落後未能充滿采空區，則堅硬的老頂要發生周期來壓。來壓時煤壁受壓發生變化，造成工作麵壓力集中，在這個變化過程中工作麵頂板、煤幫、支架都會出現老頂來壓前各種預兆。

1)頂板的預兆

頂板連續發出斷裂聲，這是由於直接頂和老頂發生離層，或頂板切斷而發出的聲音。有時采空區頂板發出像悶雷的聲音，這是老頂和上方岩層產生離層或斷裂的聲音。頂板岩層破碎下落，稱之為掉渣。這種掉渣一般由少逐漸增多，由稀而變密。頂板的裂縫增加或裂隙張開，並產生大量的下沉。

當巷道圍岩應力比較大、圍岩本身又比較軟弱或破碎、支架的支撐力和可縮量又不夠時，在較大應力作用下，可能損壞支架，形成巷道冒頂，導致頂板事故。

巷道頂板事故形式多種多樣，發生的條件也各不同，但它們在某些方麵存在著共同點。根據這些事故發生的原因與條件，可以製定出防範頂板事故發生的相應措施。

過斷層等構造變化帶的安全措施

(1)加強構造變化帶的地質調查工作，查清地質資料，及時製定具體的施工方法與安全措施。

(2)減小空頂距離，縮短圍岩暴露時間，及時架設臨時支架，盡可能快地架設永久支架。永久支架滯後距離一般不能大於2m～4m，采用砌镟支護時，每次掘砌寬度不得超過1 m。

(3)適當改變巷道支護方式。巷道穿越地質破碎帶時，可縮小棚距或改用砌镟及U型可縮性金屬支架支護。

(4)減少放炮裝藥量，降低因放炮對斷層帶附近破碎頂板的震動。如果放炮法難以控製與管理頂板，可改用手鎬方法掘進。

(5)不穩定頂板采用超前探梁支護，絕對禁止在空頂條件下作業。

(6)施工中嚴格執行操作規程、交接班和安全檢查製度，隨時注意圍岩穩定狀況的變化，發現異常要及時處理。

(7)巷道接近斷層構造帶時，放炮前還必須檢查掘進工作麵瓦斯等有害氣體的積存情況，做好斷層水的探查工作，有異常情況要及時處理。

在鬆軟膨脹岩層或破碎煤體中掘進的安全措施

在施工方法上可采用超前導硐法、短段掘砌法、撞楔法等施工方法。

采用錨噴支護或錨、噴、支混合支護來減少圍岩暴露時間，控製不穩定頂板。

采用注漿法加固破碎岩石，即往正在掘進或已掘好的巷道圍岩中加注水泥漿或水泥砂漿，使圍岩膠結加固。

改變巷道斷麵形式。在鬆軟易膨脹岩層中，可采用受力狀態好的巷道斷麵形式，如拱形、圓形、橢圓形等。

大斷麵巷道施工時頂板控製措施

(1)要有專人負責檢查和處理頂板，根據頂板穩定情況及時采取適當的臨時支護。

(2)在施工時(特別是在交岔點施工時)及時支護暴露出來的頂板，並注意保證支護質量。

(3)處理留下的岩柱時，應采用縮小眼距、眼深，減少裝藥量的爆破方法，防止震裂巷道頂板。

開幫與貫通時的安全措施

(1)開幫和貫通地點要選在圍岩條件比較好、遠離交岔點與停采線、煤柱等各種受集中應力影響的地方。

(2)在兩巷貫通前15m開始打超前鑽進行超前探測，探鑽眼深不得小於3m，並保持1.5m的超前探眼。貫通時要放小炮。

(3)要加固好開幫貫通點附近的支架，及時進行支護，縮短頂板暴露時間。

(4)處理好開幫貫通點的積水，及時對有害氣體進行檢測、處理。

巷道維修及冒頂處理的一般原則

先外後裏

先檢查該處前後5 m範圍內支架的完整情況，有問題先處理。必要時可采取臨時加固措施，例如加密支架，加打木垛。前後支架拉緊支牢，加打抬板，插嚴背牢等，以增加後路、外圍支架的支護能力和穩定性，確保後路暢通。

對一段範圍巷道維修和冒頂處理時，也必須堅持先處理外麵的(離安全出口近的那一頭)，逐漸向前處理，再處理裏麵的，直至該段範圍全部處理通。禁止在巷道隻存一個安全出口的情況下兩頭處理，這樣可以避免因維修和冒頂地帶再一次發生冒頂，將人員堵在裏麵。

先支後拆

更換巷道支護時，在拆除原有支護前，應先加固臨近支護，拆除原有支護後，必須及時除掉頂幫後矸和架沒永久支護，必要時還應采取臨時支護措施。 如需更換柱腿，應該先用內注式單體液壓支柱或金屬摩擦支柱在頂梁下打好立柱，再拆去舊柱腿。

巷道維修及冒頂處理的一般原則

先上後下

傾斜巷道維修支架和處理冒頂時應改由上至下進行。特別是傾角在15°以上時，必須有防止矸石、物料滾落和支架歪倒的安全措施。

先近後遠

當一條巷道存有幾處需要維修支架和處理冒頂的地段，應該先處理距安全出口較近的那段，再向前處理較遠的那一段，直至把巷道內的各段都維修好或處理通。這樣可以避免因距安全出口較近的那一段再次冒頂，將裏麵那一段的作業人員堵在裏麵。

先頂後幫

為了保證操作人員的人身安全，在處理程序上必須注意先維護，支撐住頂板，再維護好兩幫。如巷道一側片幫需要處理，這時必須在頂梁下靠片幫側打—卜一根立柱，使頂板穩住，然後對片幫空間進行架設支架。

巷道冒頂事故的處理方法

1.局部冒頂時的處理方法

(1)先加固整理好冒頂區前後的完好支架，支架間用拉杆或繩子連好，背頂封幫要嚴密。

(2)及時封頂、控製冒頂範圍的擴大。一般情況下可采用木垛法進行處理，處理人員站在安全一側處理掉冒頂區頂部活動矸石塊，確認無危險後抓緊安沒支架，砌好護頂木垛，並逐步加高護頂木垛使其托住頂板。

(3)在具備錨噴支護條件時，可考慮使用錨噴支護法處理冒頂區域。

巷道冒頂事故的處理方法

2.大麵積冒頂的處理方法

如果冒頂範圍較大(如冒頂區長6m～8m、冒高3m左右)時，可以采用從冒落區兩邊相向處理、利用絞架控製頂板的方法。

(1)加固冒落區附近的支架。可在巷道兩幫打木板抬棚，以提高支架穩定性與支撐能力。

(2)架設絞架前要用長杆工具站在有支架掩護的地方敲下鬆動浮矸，確認無危險時再進行工作，並隨時注意頂板變化情況。

(3)架設絞架地點至少要有高2m左右、寬1m以上的安全出口，如果頂板破碎、冒高過大時，則禁止架設絞架。

(4)如果巷道內冒頂高度與範圍都很大，用絞架方法進行處理可能要消耗大量坑木，而且也不安全時，可另開繞道，繞過冒頂區。