煤礦生產(chǎn)與頂板災(zāi)害防治培訓(xùn)教案

　　煤礦生產(chǎn)與頂板災(zāi)害防治培訓(xùn)教案

　　二OO七年四月

　　一、煤礦生產(chǎn)

　　(一)煤的形成

　　煤是由古代植物遺體變化而成的。在礦區(qū)煤層和頂?shù)装鍘r層中經(jīng)常見到植物枝葉等化石。煤的形成過程大致分為三個階段。

　　1、泥炭化階段

　　該階段是由植物遺體變成泥炭的階段。在古代泥炭沼澤中，植物生長十分茂盛。植物不斷地繁殖、生長和死亡，其遺體倒在水中，被水淹沒而隔絕了空氣，不斷聚積加厚;同時又不斷分解、化合，形成了泥炭。

　　2、煤化階段

　　該階段是由泥炭變成褐煤的階段。泥炭層形成以后，由于地殼下降，被泥沙等沉積物復(fù)蓋掩埋，在壓力和地?zé)岬淖饔孟拢嗵繉娱_始脫水、壓緊，體積縮小，密度和硬度增加，碳含量逐漸增加，氧含量進一步減小，從而形成褐煤。

　　3、變質(zhì)階段

　　該階段是由褐煤變成無煙煤的階段。褐煤形成以后，如果地殼繼續(xù)下沉，則在溫度和壓力更大的條件下，褐煤內(nèi)部成份將進一步變化，最終變成了煙煤，煙煤繼續(xù)變質(zhì)就形成了無煙煤。

　　(二)煤的埋藏特征

　　1、煤層結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)煤層中有無夾石層，可把煤層分為簡單和復(fù)雜結(jié)構(gòu)兩種。簡單結(jié)構(gòu)煤層不含夾石層;復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層含夾石層。夾石層有的為一層，有的有多層，而且夾石層厚度也不一樣。

　　2、煤層厚度

　　煤層厚度是指煤層頂?shù)装逯g的垂直距離。煤層厚度差別很大，從幾厘米，到幾十厘米，有的厚達幾十米，甚至百余米。根據(jù)采煤方法的需要，將煤層厚度分為三類：

　　(1)薄煤層：煤層厚度小于1.30米。

　　(2)中厚煤層：煤層厚度在1.30—3.50米

　　(3)厚煤層：煤層厚度大于3.50米。

　　在生產(chǎn)工作中，習(xí)慣將厚度在6米以上煤層稱為特厚煤層。

　　3、煤層傾角

　　煤層傾角是指煤層傾斜面相對水平面的夾角。根據(jù)煤層傾角大小將煤層分為四類：

　　(1)近水平煤層：煤層傾角小于8度。

　　(2)緩傾斜煤層：煤層傾角在8—25度。

　　(3)傾斜煤層：煤層傾角在25—45度。

　　(4)急傾斜煤層：煤層傾角在于45度。

　　(三)煤層頂?shù)装?/p>

　　位于煤層上面的巖層稱為頂板，煤層下面的巖層稱為底板。

　　煤層頂板自下而上分為偽頂、直接頂和基本頂;

　　煤層底板自上而下分為直接底和基本底。

　　煤層頂?shù)装鍘r性及賦存條件與頂板安全管理關(guān)系十分密切。頂板破碎容易冒頂;頂板過于堅硬，放頂時不冒落，采煤工作面形成很大的壓力，常常將工作面摧垮，使附近巷道塌冒，甚至造成礦毀人亡。對這些特殊的頂板必須采取有效的技術(shù)措施，確保頂板安全。

　　(四)地質(zhì)構(gòu)造

　　煤層形成以后，由于受到地殼運動作用力的結(jié)果，使其形態(tài)發(fā)生變化，形成多種多樣的地質(zhì)構(gòu)造。煤田地質(zhì)構(gòu)造主要有以下三大類。

　　1、單斜構(gòu)造

　　單斜構(gòu)造就是在一定范圍內(nèi)，煤層大致向同一方向傾斜。煤層傾斜的方向稱為傾向;煤層傾斜面與水平面的交線方向稱為走向。

　　2、褶皺構(gòu)造

　　褶皺構(gòu)造指的是煤層因受地殼運動的作用力，被擠成彎彎曲曲的狀態(tài)，但仍保持完整性。其中每一個彎曲部分稱為“褶皺構(gòu)造”，褶曲又分為背斜和向斜。背斜指的是煤層向上凸起的褶曲;向斜指的是煤層向下 的褶曲。

　　3、斷裂構(gòu)造

　　斷裂構(gòu)造就是煤層因受地殼運動的作用力而遭到斷裂，失去了原來的連續(xù)完整性。斷裂構(gòu)造又可分為裂隙和斷層。

　　裂隙指的是斷裂面兩側(cè)的煤層沒有發(fā)生顯著的錯動。

　　斷層指的是斷裂面兩側(cè)的煤層已經(jīng)發(fā)生了顯著的錯動。

　　斷層對采掘安全影響極大。

　　斷層根據(jù)斷裂面兩側(cè)煤層錯動的方向分為三種類型

　　(1)正斷層：上盤相對下降，下盤相對上升。

　　(2)逆斷層：上盤相對上升，下盤相對下降。

　　(3)平移斷層：兩側(cè)煤層沿斷層面做水平移動。

　　(五)巷道掘進

　　為了開采地下煤炭，需要從地面向地下開掘一系列巷道通達煤層。巷道通達煤層以后，需要形成采煤工作面，才能對煤炭進行開采。開采出來的煤炭需要運到井底，然后由井底提升到地面。這些環(huán)節(jié)涉及到礦井一系列系統(tǒng)，如開拓系統(tǒng)、采煤系統(tǒng)、運輸提升系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、防排水系統(tǒng)等。(詳見掘進工藝)

　　(六)工作面回采

　　采煤的基本工序是：破煤、裝煤、運煤、支護和回柱放頂。

　　由于使用的采煤工藝和支護設(shè)備不同，采煤工作面分為三種類型：

　　1、炮采工作面。指的是使用煤電鉆打眼、放炮落煤、人工裝煤的工作面。

　　2、普采工作面。指的是使用采煤機破煤和裝煤的工作面。

　　3、綜采工作面。指的是使用液壓自移支架的工作面。其采煤工序為：割煤——降柱——移架——升柱——移溜，全部實現(xiàn)機械化作業(yè)。綜采工作面安全好、產(chǎn)量高、效率高、消耗低，是實現(xiàn)煤炭工業(yè)發(fā)展和安全生產(chǎn)的重要技術(shù)途徑之一。

　　二、頂板災(zāi)害防治

　　頂板事故是指：在井下建設(shè)和生產(chǎn)過程中，因為頂板意外冒落造成的人員傷亡、設(shè)備損壞和生產(chǎn)中止等事故。任何一個井下作業(yè)人員每時每刻都在和頂板打交道，疏忽了就要挨砸。

　　頂板事故是煤礦五大自然災(zāi)害之一。它的特點是：占全國煤礦事故總起數(shù)的比例和總死亡人數(shù)的比例最高;在特大事故中所占比例較小和一次死亡人數(shù)較少。據(jù)統(tǒng)計，2005年全國煤礦頂板事故起數(shù)占全國煤礦事故總起數(shù)的52.92%;頂板事故死亡人數(shù)占死亡總?cè)藬?shù)的33.33%;頂板事故一次死亡平均人數(shù)為1.13人。

　　(一)冒頂原因

　　井下采掘工作面發(fā)生冒頂?shù)脑蚝芏?，也很?fù)雜。但總的來說主要有以下兩個方面的原因。

　　1、客觀原因

　　(1)采煤過程中因圍巖應(yīng)力重新分布、采煤方法選擇不當(dāng)和巷道布置位置不合理，所需支承壓力大于支護的支撐力，從而造成頂板垮落冒頂事故。

　　(2)工作面遇到突然出現(xiàn)的地質(zhì)構(gòu)造，在按章作業(yè)情況下，因設(shè)計時資料不全，也會發(fā)生冒頂現(xiàn)象。如采煤工作面出現(xiàn)小斷層，工作中沒有注意分析與觀察，采取通常的支護方法往往發(fā)生冒頂事故。

　　2、主觀原因

　　(1)采掘工作面規(guī)格質(zhì)量低劣。作業(yè)時不堅持敲幫問頂，發(fā)現(xiàn)隱患不及時排除;控頂距離掌握不當(dāng);空頂作業(yè);違章放炮;冒險回柱作業(yè)。

　　(2)管理不善。煤礦生產(chǎn)管理不同于其他行業(yè)，井下生產(chǎn)條件隨時有所變化，生產(chǎn)管理者不深入現(xiàn)場，不帶班作業(yè)，不嚴(yán)格按三大規(guī)程辦事，盲目開采、違章指揮、紀(jì)律松馳等，常常會造成事故。

　　(二)冒頂預(yù)兆

　　(1)響聲：頂板壓力急劇增大時，支架或支柱下縮發(fā)生很大聲響，有時還會出現(xiàn)頂板發(fā)生斷裂的悶雷聲(即煤炮、板炮)。

　　(2)掉碴：頂板嚴(yán)重破裂時，出現(xiàn)頂板掉碴現(xiàn)象，掉碴越多，說明頂板壓力越大。

　　(3)片幫：冒頂前，煤壁所承受的支承壓力增加，煤變松軟，片幫煤比平時增多，甚至還有煤的壓出和突出。

　　(4)裂隙：一旦出現(xiàn)新的裂隙或裂隙加寬加深時，就有冒頂?shù)目赡堋?/p>

　　(5)漏頂：破碎的偽頂或直接頂，在大面積冒落以前，有時會因背頂不嚴(yán)或支架不牢出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象。漏頂后，支架棚梁托空，支架松動，當(dāng)巖石繼續(xù)冒落時，就會出現(xiàn)大面積冒頂事故。

　　(6)脫層：頂板將要冒落時，往往出現(xiàn)頂板脫層現(xiàn)象，采用敲幫問頂法不容易發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基本頂冒落時，則將發(fā)生沒有預(yù)兆的大面積冒頂或切頂。

　　(三)采煤工作面頂板災(zāi)害防治

　　按照發(fā)生冒頂事故的力學(xué)原因分析，可將采煤工作面頂板災(zāi)害分為三大類。它們的防治措施也不相同。

　　1、堅硬頂板壓垮型冒頂

　　堅硬頂板壓垮型冒頂是指采空區(qū)內(nèi)大面積懸露的堅硬頂板在短時間內(nèi)突然塌落，將工作面壓垮而造成的大型頂板事故。

　　堅硬頂板壓垮型冒頂事故的預(yù)防措施是：改變頂板巖層的物理力學(xué)性質(zhì)及減小頂板懸露面積，加強工作面支護。

　　(1)頂板高壓注水。從工作面平巷向頂板打深孔，進行高壓注水，通過頂板注水可以弱化頂板和擴大巖體中的裂隙及弱面，使頂板巖石強度顯著降低。

　　(2)強制放頂。采用爆破方法人為地將頂板切斷，控制頂板懸露和冒落面積，減弱頂板冒落時對工作面產(chǎn)生的沖擊力。爆破時主要在工作面內(nèi)向放頂線處進行鉆孔，也有的在工作面上下平巷內(nèi)向頂板鉆孔。

　　(3)加強支護。在工作面加打木垛、抬棚、戧柱等特殊支護，加密支柱等?；蜻x擇工作阻力大的液壓自移支架。

　　2、破碎頂板漏垮型冒頂

　　在采煤工作面某個地點由于支護失效而發(fā)生局部漏冒，破碎頂板就有可能從該處開始沿工作面往上全部漏完，造成支架失穩(wěn)，導(dǎo)致漏垮型冒頂事故。

　　破碎頂板漏垮型冒頂事故的預(yù)防措施是：首先要求支護完整，不致出現(xiàn)頂板局部漏洞;若出現(xiàn)局部漏洞;立即加以堵塞，以防其進一步擴大。

　　(1)選用合適的支柱，使工作面支護系統(tǒng)有足夠的支撐力和可縮性。

　　(2)頂板必須插嚴(yán)背實。

　　(3)嚴(yán)禁因放炮、移輸送機、回柱放頂和移絞車等工序撞、刮倒工作面基本支護，防止出現(xiàn)局部冒頂。

　　(4)一旦出現(xiàn)局部冒頂，即使是很小范圍內(nèi)的一個漏洞，也必須及時將其維護好，不再漏冒碎矸。

　　3、復(fù)合頂板摧垮型冒落

　　所謂復(fù)合頂板就是由下軟上硬多層巖石組成的頂板。在工作面開采過程中，由于下部軟巖下沉，與上部硬巖離層，支架處于失穩(wěn)狀態(tài)。一旦遇有外力作用，工作面支架因水平方向的推力而發(fā)生傾倒，造成摧垮型冒頂事故。

　　復(fù)合頂板摧垮型冒頂事故的預(yù)防措施是：

　　(1)在工作面上下平巷掘進時不要破壞其復(fù)合頂板，應(yīng)托偽頂施工。

　　(2)工作面初次回采時不要向采空區(qū)側(cè)前進。

　　(3)避免上下平巷與工作面斜交形成三角形。

　　(4)嚴(yán)禁仰斜開采。

　　(5)提高支柱的初撐力。

　　(6)用拉鉤器將工作面支架上下連成一體。

　　(7)靈活地應(yīng)用戧柱或戧棚，使它們迎著頂板巖層可能推移的方向支設(shè)。

　　(四)巷道頂板災(zāi)害防治

　　井下巷道常發(fā)生冒頂?shù)牟课挥腥?，冒頂原因和預(yù)防措施如下。

　　1、掘進工作面磧頭冒頂事故的預(yù)防措施

　　掘進工作面磧頭支架架設(shè)時間短，未壓上勁，容易被爆破崩倒;人員作業(yè)經(jīng)常在空頂條件下進行;同時受到地質(zhì)構(gòu)造變化影響，所以掘進磧頭冒頂事故較多。

　　(1)根據(jù)掘進工作面頂板巖石性質(zhì)，嚴(yán)格控制空頂距，堅持使用超前支護(前探梁)。

　　(2)嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂。

　　(3)在地質(zhì)破碎帶或?qū)永砹严栋l(fā)肓區(qū)等壓力較大處要縮小棚距。

　　(4)合理布置炮眼和裝藥量，以防崩倒支架或崩冒頂板。

　　(5)在掘進磧頭10米范圍內(nèi)采用金屬拉桿或木拉條把棚子連成一體，必要時還須打中柱以抵抗頂板突然來壓和爆破沖擊。

　　2、巷道交叉處冒頂事故的預(yù)防措施

　　巷道交叉處控頂面積大，支護復(fù)雜，是預(yù)防巷道冒頂?shù)闹攸c部位。

　　(1)開岔口應(yīng)盡量避開原來巷道冒頂范圍、廢棄巷道和硐室。

　　(2)必須在開口抬棚支設(shè)穩(wěn)定后，再拆除原巷道棚腿。

　　(3)注意選用抬棚材料的質(zhì)量與規(guī)格，保證其強度。

　　(4)當(dāng)開口處圍巖尖角被壓壞時，應(yīng)及時采取加強抬棚穩(wěn)定性措施。

　　(5)抬棚上頂空洞必須堵塞嚴(yán)實，空洞高度較大時必須碼木垛接頂。在碼木垛時，作業(yè)人員應(yīng)站在安全地點，并設(shè)專人看安全。

　　3、錨桿支護巷道冒頂事故的預(yù)防措施

　　錨桿支護巷道發(fā)生冒頂事故，除地質(zhì)因素外，主要是由于錨桿支護的錨固力不足所造成的。提高錨桿的錨固力的措施有：

　　(1)合理選擇錨桿間、排距。

　　(2)科學(xué)選擇錨桿支護材料。

　　(3)提高錨桿支護施工質(zhì)量。

　　(五)冒頂處理

　　1、冒頂處理的一般原則

　　在處理冒頂時，首先必須注意防止冒頂范圍繼續(xù)擴大，確保搶救人員自身安全，做到“五先五后”

　　(1)先外后里。先檢查冒落帶以外5米范圍內(nèi)支架的完整性，有問題先處理。如巷道一段范圍冒頂，堅持先處理外面的，再逐漸向里處理。

　　(2)先支后拆。更換巷道支護時，先加打臨時支護或架設(shè)新支架，再拆除原有支架。

　　(3)先上后下。處理傾斜巷道冒頂事故時，應(yīng)該由上端向下端進行，以防矸石、物料滾落和支架歪倒砸人。

　　(4)先近后遠。一條巷道內(nèi)多處冒頂時，必須先處理離安全出口較近的一處，再向前處理離安全出口較遠的一處。

　　(5)先頂后幫。在處理順序上，必須注意先維護、支撐好頂板，再護好兩幫，確保搶救人員的安全。

　　2、冒頂處理的方案

　　(1)全斷面處理，即整巷法或一次成巷法。當(dāng)冒頂范圍不大，垮落矸石塊較小時可采取全斷面處理方案。這時，沿冒頂范圍的兩端，由外向里，一次架設(shè)的新棚子與原棚子斷面基本一致。它的優(yōu)點是可避免多次松動原已破碎的頂板，缺點是進度較慢。

　　(2)小斷面處理。如果頂板冒落的矸石非常破碎，采取全斷面處理方案不易通時，可沿煤壁在底部先刷出一條小巷，以此作為臨時通風(fēng)、運輸和行人之用，然后再擴大為原斷面永久支架。它的優(yōu)點是處理冒頂進度快，缺點是需要二次支護。

　　(3)繞道處理。在冒頂范圍很大、冒落高度很大和頂板巖石極不穩(wěn)定的條件下，采用(1)和(2)兩種處理方案相當(dāng)困難、危險時，可采用開補繞道，然后由繞道向冒落帶進行處理的方案。

　　3、冒頂處理的特殊施工方法

　　冒頂處理要根據(jù)冒頂?shù)姆秶?、冒頂高度、頂板巖性和當(dāng)時當(dāng)?shù)氐牟删蛟O(shè)備等因素而確定最佳施工方法。

　　(1)撞楔法。當(dāng)冒落范圍內(nèi)仍在冒落頂板巖石，或者一動頂板碎矸就止不住地往下流，應(yīng)該采取撞楔法。撞楔法是交預(yù)先制定的楔棍(鐵或木)用力撞進冒落的碎矸中，搶救人員在撞楔保護下清除煤矸等物，然后進行支架。

　　(2)探板法。在冒頂范圍不大，頂板沒有冒落且矸石暫時停止下落時可采用探板法。這時先觀察頂板，加固冒落帶附近的支架，然后探木板，木板上方的空隙要背嚴(yán)。在木板保護下清除煤矸等物。

　　(3)木垛法。當(dāng)冒落高度較大、原支架基本完整和冒落范圍內(nèi)頂板比較穩(wěn)定，不再繼續(xù)冒落矸石時，可采用木垛法。這時在原支架上方碼放木料，直至接頂。碼木垛時要注意頂要接實背好，防止掉矸，并抵住冒落周邊，以防止片幫掉矸。

　　(4)搭涼棚法。當(dāng)冒頂高度不大，頂板巖石不再繼續(xù)冒落、冒頂范圍又不大時，可用采搭涼棚法。這時用5—8根長木料搭在冒落區(qū)兩端完好的支架上，搶救人員在涼棚保護下進行清理煤矸、架棚等工作，架好棚子后，再在涼棚上用木料把頂板接實。