一、工程概況:1507采煤工作面中下段存在地質構造,隨著回采的推進,2010年10月16日下午,由于周期來壓引起1507采煤工作面中下段冒頂。2010年10月17日,葉傳淑(副總)、祖章賢(工程師)等人到現場進行實地踏勘。冒頂的主要原因:一是由于工作面的正常推進,導致工作面初次來壓,礦山壓力大難以維護;二是1507工作面中下段存在地質構造,煤層變薄,在推進過程中挑頂支護,破壞頂板結構,導致抗壓能力減弱;三是在施工過程中,支護工程質量差(柱排距不均衡),初撐力不夠。為了確保安全生產,不發生冒頂事故,經2010年10月17日葉傳淑,祖章賢等人到現場與施工人員進行了實地踏勘并征求了施工隊人員的部分意見,特作如下安全技術措施:

二、處理冒頂前的工作準備及必備條件

1、在處理冒頂前,冒頂兩端要加強支護,防止冒頂范圍繼續擴大。出現掉頂時,必須及時穿梁護頂,防止掉頂范圍擴大引起冒頂。

2、處理順序:待礦山壓力穩定后,由冒頂兩端向冒頂區域處理,從支架和頂板好的地方向支架和頂板差的地方處理。在處理過程中,必須嚴格執行先支后回,嚴禁從采空一側一邊回柱子,一邊在靠煤壁一側進行支護。因此,在支護過程中必須備足備齊單體液壓支柱、絞接頂粱等材料。

3、在處理前,先維護好上下兩端安全出口,加固好安全出口支架,確保安全出口和退路的安全,再處理冒頂區域的支架,最后在回撤靠采空一側的支架。

4、在處理冒頂過程中,必須由采煤隊隊長或采煤隊副隊長、安全員等人在現場指揮,組織精干隊員處理。

5、處理冒頂時,必須有專人在現場觀山(即觀察頂板),嚴格執行敲幫問頂制度,隨時撬掉懸浮煤、矸石,防止冒頂事故的再次發生,

6、冒頂較高時,支架上面必須架設木垛,穿梁護頂要打結實,不許出現再次漏頂。

7、冒頂范圍較大時,可縮短溜槽進行出貨。

三、逮頂扒料措施:

1、在處理冒頂后要進行逮頂和扒料。

2、逮頂時必須加強掉頂(冒頂)處的支護,向掉頂處靠煤壁打一排戧柱,以防煤壁頂板再掉。

3、如果要刷煤壁時,必須采取密打眼、少裝藥,一次連一炮,只許放松動炮,以手鎬落煤為主的方法施工。

4、放一次炮維護一次,實行間隔洞采煤。

5、逮著一擋頂板后,移過溜槽,溜槽靠老塘一側立即架設正規柱子,直到頂板正常。

6、被壓柱、梁必須扒出,不準丟失,萬噸丟失率為3;

7、扒被壓埋柱、梁時,必須先處理冒頂地方,找好退路方可扒料。

8、扒柱、梁必須先清理好退路,維護好安全,由頂板好的地方向頂板不好的地方進行,且保證退路暢通無阻。

9、每向前1.0m,必須支護好再前進.

10、被壓被埋柱梁,視其情況、處理好煤矸,由里向外回。

11、扒料時,必須設專人觀山(觀察頂板),跟班領導現場指揮。

12、如發現頂板有異常響聲,頂板下沉速度增大,頂板掉渣、支柱脫鎖、煤壁片幫嚴重,應立即通知工作面所有人員從上、下安全出口撤到安全地帶,頂板穩定后方可操作。

篇2:采煤工作面推垮型冒頂機理分析預防措施

14272b11b頂分層工作面概況

礦井開采緩傾斜煤層,可采煤層13層,總厚度33m,其中頂板為復合頂板的可采煤層6層,總厚度17m,占礦井可采煤層總厚的52%。4272b11b頂分層工作面系該礦四水平、42采區、7階段北翼b11b頂分層工作面,其回采上限標高為-573m,下限標為-633m,煤層平均厚度4?1m,傾角21°,工作面傾向長168m,走向長240m。工作面采高2.0m,初采期間采高1.8m,煤層直接頂為厚1.2m的深灰色細砂質泥巖,其上為厚0.8m的煤線,基本頂為厚2.0m的深灰色條帶狀細砂巖,其上為灰色中厚層狀細砂巖。根據復合頂板的特征,本工作面為典型的復合頂板工作面。

2采煤方法和頂板管理

工作面采用傾斜分層走向長壁采煤法,炮采落煤工藝。

支護方式為齊梁直線柱鉸接走向棚支護頂板,支柱型號為dz22-30/100型單體液壓支柱,頂梁型號為hdja-1000型金屬鉸接頂梁,柱距0.5m,排距1.0m。工作面采用三、四排控頂,即3~4m管理,放頂步距1.0m。初采期間特殊支架為單體液壓支柱和金屬鉸接頂梁架設的一梁一柱順山鉸接挑棚。

采空區采用全部垮落法處理。

3勞動組織及循環方式

勞動組織形式為單鎬采煤,雙人分段放頂回柱。工作面作業方式為“兩采一準”,日進2個循環。

4冒頂事故情況

事故發生時間為2004年3月12日下午,事故當班為檢修班。事故發生時工作面上端距切眼11m,下端距切眼4m。冒頂范圍為工作面下端頭向上3~50m段,冒頂傾向長度47m,走向長度4m。采空區懸露的頂板(傾向長30m、走向長3m)也跟隨冒落。

5冒落機理分析

5.14272b11b頂分層工作面冒頂特點

5.1.1冒頂前,采場頂板壓力不大,支架沒有壓縮變形。

5.1.2冒頂前無明顯征兆,推垮發生時速度快,來勢兇猛。

5.1.3冒頂發生在開切眼附近。

5.1.4冒頂發生在回柱放頂即將結束時。

5.1.5復合頂板軟巖層呈整體冒落。

5.1.6冒頂后,基本頂大面積懸露。

5.1.7冒頂后,單體支柱沿煤層傾斜方向倒下。

5.1.8冒頂后,冒頂段以上4m工作面煤壁頂板出現斷裂。

5.2冒頂機理分析

冒頂事故發生在工作面回柱放頂即將結束時,回柱放頂前工作面支護為四排正規支架加一排順山挑棚,這些支架中支柱的工作阻力勉強可以支撐住復合頂板中的軟巖層;回柱放頂即將結束時,工作面僅有三排正規支架,支撐不住軟巖層,加上軟巖層因淋水等原因離層,從而導致軟巖層斷裂形成六面體。冒頂前工作面采空區下口向上近30m、走向長3m(懸頂面積90m2)范圍頂板未冒,下順槽破復合頂板下位軟巖層施工以及工作面冒頂前下口曾發生小面積冒頂等狀況,為六面體提供了去路;另外,六面體自重較大(約1.12×104kn),向去路方向的傾角較大,最終導致六面體下移,推垮工作面。

5.2.1復合頂板下位軟巖層離層工作面初設支柱初撐力均不小于50kn,但因底板為b11b煤層,較軟;同時,頂板淋水使底板煤層軟化,抗壓強度降低,使原來初撐力不小于50kn的支柱工作阻力降至20kn以下。由于支柱的工作阻力小,支柱鉆底量大,再加上頂板淋水,造成復合頂板下位軟巖層下沉,而上位硬巖層因開切眼附近受兩側煤體支撐基本未下沉,從而導致復合頂板軟、硬巖層離層。

5.2.2下位軟巖層內斷裂出六面體由于支柱工作阻力小于20kn,支撐不住復合頂板下位軟巖層,使軟巖在支柱低阻區下沉并產生斷裂;靠采空區側軟巖層從開切眼處已經斷裂,形成一個由單體支柱支撐的不穩定的不規則六面體。

5.2.3六面體存在去路且有較大傾角工作面下端冒頂前一天曾發生小面積冒頂;工作面采空區從下端頭向上30m、走向長3m處范圍頂板未冒落,形成大的六面體。由于下順槽沿頂施工,破壞了復合頂板,為六面體提供了去路,再加上六面體沿去路方向傾角達21°,既有去路并且沿去路方向又有較大傾角的六面體,很容易冒落。

5.2.4六面體下推力大于阻力該六面體受到的下推力大約是4000kn,幾乎全靠工作面下口軟巖層頂板的阻力阻止其下推,而這一部分軟巖層又受到破環,實際阻力很小,不能阻止其下移。

6預防措施

6.1增大并保持單體液壓支柱的初撐力

單體支柱的初撐力小時,支撐不住復合頂板中的軟巖層,便可導致軟巖離層推垮工作面。為解決這個問題,必須提高單體支柱的初撐力p0,使初撐力不僅能支撐住復合頂板下位軟巖層,而且使軟巖層壓緊硬巖層,其間的摩擦阻力足夠阻止軟巖層下滑,從而使支架自身也能穩定。p0可按下式計算:

p0≥γh0/n(cosα+1/fsinα)(1)

式中,p0為每根支柱初撐力,kn/根;n為支護密度,根/m2;γ為軟巖層平均密度,kn/m3;h0為軟巖層厚度,m;α為煤層傾角,(°);f為軟硬巖層間的滑動摩擦系數。

對4272b11b頂分層工作面來講,n=2根/m2,γ=20?19kn/m3,h0=2.0m,α=21°,f=0.3。經過計算p0≥50kn時,能夠滿足防止復合頂板推垮工作面的要求。

單體液壓支柱的初撐力達到50kn以上是先決條件,關鍵是保證其工作阻力也在50kn以上,這樣,就必須采取穿木鞋或鐵鞋措施,減少支柱鉆底量。另外,增大支護密度可增大支柱對頂板的支護強度,防止推垮型冒頂的發生。

6.2提高支架穩定性

一是在工作面采空區側鉸接頂梁下,沿傾斜方向中中10m采用長方木裝設“井”形木垛,這樣會形成整體支架,增強了支架的穩定性,增加了工作面支撐頂板的能力;二是使用拉鉤式連接器把每排支柱從工作面上口至下口都連接起來,這樣整個工作面形成了一個可以阻止六面體下推的整體支架。三是工作面采用下偽傾3~5°方向施工;四是控制采高,復合頂板下部軟巖層垮落后超過采高,一方面可以堵住六面體的去路,另一方面可以增加六面體下推時的摩擦阻力,采高控制一般在1.8m以下;五是掘進順槽及開切眼時不破壞復合頂板,這樣可以保持復合頂板的完整性,不給六面體以去路;六是加強工作面頂板壓力和狀況觀察,支柱支設時要從嚴要求,初撐力達不到50kn時要采取穿木鞋或鐵鞋等措施增大初撐力,確保初撐力不小于50kn;觀察頂板狀況,發現頂板出現裂隙要及時采取裝木垛、使用迎山抗棚等措施加強支護;七是強制放頂,工作面采空區頂板懸頂面積大于2×5m2時,要采取強制放頂措施,即在頂板內打眼、裝藥、放炮,強迫其冒落,以減少工作面懸頂面積,防止發生冒頂,六是工作面初采時不要反推,復合頂板下位軟巖層在開切眼處已離層斷裂,當在反推范圍內初次放頂時,極容易在原開切眼處誘發推垮型冒頂。

7結語

復合頂板下采煤是一個比較難的課題,但復合頂板推垮型冒頂事故也是可以預防的,關鍵在于措施得力,現場執行到位。

篇3:采煤工作面發生冒頂原因及預防措施

頂板事故是指:在井下采煤過程中,頂板意外冒落造成的人員傷亡、設備損壞、生產中止等事故。

按冒頂范圍可將頂板事故分為局部冒頂和大型冒頂兩類。

局部冒頂指范圍不大,有時僅在3~5支架范圍內,傷亡人數不多(1~2人)的冒頂,常發生在靠近煤壁附近、工作面兩端以及放頂線附近。在實際煤礦生產中,局部冒頂事故的次數遠遠多于大型冒頂事故,約占工作面冒頂事故的70%,總的危害比較大。從開采工序與頂板事故發生的地點來看,局部冒頂可分成:靠近煤壁附近的局部冒頂;工作面兩端的局部冒頂;放頂線附近的局部冒頂;地質破壞帶附近的局部冒頂。

大型冒頂指范圍較大,傷亡人數較多(每次死亡3人以上)的冒頂。它包括老頂來壓時的壓垮型冒頂、厚層難冒頂板大面積冒頂、直接頂導致的壓垮型冒頂、大面積漏垮型冒頂、復合頂板推垮型冒頂、金屬網下推垮型冒頂、大塊游離頂板旋轉推垮型冒頂、采空區冒矸沖人工作面的推垮型冒頂及沖擊推垮型冒頂等。

(一)采場局部冒頂的原因分析與防治

1.局部冒頂的預兆

局部冒頂,由于預兆不明顯,零打碎敲,易被人忽視,但只要仔細觀察,也可以發現一些征兆。對以下異常情況要特別注意:

1)響聲。巖層下沉斷裂、頂板壓力急劇加大時,木支架就會發生劈裂聲,緊接著出現折梁斷柱現象;金屬支柱的活柱急速下縮,也發出很大聲響。有時也能聽到采空區內頂板發生斷裂的悶雷聲。

2)掉渣。頂板嚴重破裂時,折梁斷柱就要增加,隨后就出現頂板掉渣現象。掉渣越多,說明頂板壓力越大。在人工頂板下,掉下的碎矸石和煤渣更多,工人叫“煤雨”,這就是發生冒頂的危險信號。

3)片幫。冒頂前煤壁所受壓力增加,變得松軟,片幫煤比平時多。

4)裂縫。頂板的裂縫,一種是地質構造產生的自然裂隙,一種是由于采空區頂板下沉引起的采動裂隙。老工人的經驗是:“流水的裂縫有危險,因為它深;縫里有煤泥、水銹的不危險,因為它是老縫;茬口新的有危險,因為它是新生的。”如果這種裂縫加深加寬,說明頂板繼續惡化。

5)脫層。頂板快要冒落的時候,往往出現脫層現象。

6)漏頂。破碎的偽頂或直接頂,在大面積冒頂以前,有時因為背頂不嚴和支架不牢出現漏頂現象。漏頂如不及時處理,會使棚頂托空、支架松動,頂板巖石繼續冒落,就會造成沒有聲響的大冒頂。

7)瓦斯涌出量突然增大。

8)頂板的淋水明顯增加。

試探有沒有冒頂危險的方法主要有:(1)木楔法。在裂縫中打入小木楔,過一段時間,如果發現木楔松動或夾不住了,說明裂縫在擴大,有冒落的危險。(2)敲幫問頂法。用鋼釬或手鎬敲擊頂板,聲音清脆響亮的,表明頂板完好;發出“空空”或“嗡嗡”聲的,表頂板巖層已離層,應把脫離的巖塊挑下來;(3)震動法。

2.局部冒頂的原因與防治

局部冒頂的原因有兩類:一類是已破碎了的直接頂板,失去有效的支護而局部冒落;另一類是老頂下沉迫使直接頂破壞支護系統而造成的局部冒落。

從發生地點來看,局部冒頂大致分為煤幫附近局部冒頂、上下出口局部冒頂、放頂線附近局部冒頂、地質構造破壞帶局部冒頂。現分述如下:

1)煤幫附近的局部冒頂

由于采動或放炮震動影響,在直接頂中“鍋底石”游離巖塊式的鑲嵌頂板或破碎頂板,因支護不及時而造成局部冒頂;當用炮采時,因炮眼角度或裝藥量不適當,可能在放炮時崩倒支柱造成局部冒頂;當老頂來壓時,煤質因松軟而片幫,擴大無支護空間,也可能導致局部冒頂。

目前主要防治措施是:(1)采用能及時支護懸露頂板的支架,如正懸臂支架,橫板連鎖棚子,正倒懸臂支架及貼幫點柱等;(2)嚴禁工人在無支護空頂區操作。

2)上下出口的局部冒頂

上下兩出口位于采場與巷道交接處,控頂范圍比較大,在掘進巷道時如果巷道支護的初撐力很小,直接頂板就易下沉、松動和破碎。有效防止局部冒頂措施如下:(1)支架必須有足夠的強度,不僅能支承松動易冒的直接頂,還能支承住老頂來壓時的部分壓力;(2)支護系統必須能始終控制局部冒頂,且具有一定穩定性,防止老頂來壓時推倒支架。實踐證明,十字交接頂梁和“四對八梁”支護,效果好。

3)放頂線附近的局部冒頂

采煤工作面放頂線上的支柱受壓是不均勻的。當人工回拆承壓大的支柱時,往往柱子一倒頂板就冒落,這種情況在分段回柱回拆最后一根時,尤其容易發生。

防止放頂線附近局部冒頂的主要措施是:(1)如果是金屬支柱工作面,可用木支柱作替柱,最后用絞車回木柱;(2)為了防止金屬網上大塊游離巖塊在回柱時滾下來,推倒采面支架發生局部冒頂,應在此范圍加強支護。

4)地質破壞帶附近的局部冒頂

采煤工作面如果遇到垂直工作面或斜交于工作面的斷層,在頂板活動過程中,斷層附近破斷巖塊可能順斷層面下滑,推倒支架,造成局部冒頂。另外褶曲軸部或頂板巖層破碎帶等部位易冒頂。防止這類事故措施如下:應在斷層兩側加設木垛加強支護,并迎著巖塊可能滑下的方向支設戧棚或戧柱。加強褶曲軸部斷層破碎帶的支護。

3.局部冒頂事故的處理

1)當冒頂范圍不大時,可采用掏梁窩探大扳梁或支懸臂梁的方法處理。首先要觀察頂板動態,加強冒頂區上下部位支架,防止冒頂范圍擴大,再掏梁窩、探大板和掛梁。棚梁頂上的空隙要剎嚴或架小木垛接頂,然后再清除煤浮矸,打好貼幫柱,支好棚梁。

2)工作面局部冒頂范圍沿傾斜超過10m時,應從冒頂區上下兩頭向中間處理,在檢查認定冒頂地帶的頂板已經穩定的基礎上,再加固頂板區上方支架,并準備好材料,清理好人員的安全退路,設專人監視頂板。

3)金屬網假頂下的冒頂,如果是小冒頂,可扒出碎矸、鋪上頂網,重新架棚后即可安全通過;如果冒頂區沿傾斜超過5m,則必須將支架改為一梁三柱,梁的一端探入煤壁再鋪網剎頂,或垂直工作面架雙腿套棚用撞楔法通過;如果冒頂范圍較大,亦可避開冒頂區沿煤壁重新掘開切眼采煤。

(二)采場大面積冒頂原因分析與防治

1.采場大面積冒頂的預兆

采煤工作面隨回柱放頂工作進行,直接頂逐漸垮落,如果直接頂垮落后未能充滿采空區,則堅硬的老頂要發生周期來壓。

1)頂板的預兆

頂板連續發出斷裂聲,這是由于直接頂和老頂發生離層,或頂板切斷而發出的聲音。有時采空區內頂板發出響悶雷的聲音,這是老頂和上方巖層產生離層或斷裂的聲音。

2)煤幫的預兆

由于冒頂前壓力增大,煤壁受壓后,煤質變軟變酥,片幫增多。使用電鉆打眼時省力。

3)支架的預兆

使用木支架,支架大量的被壓彎或折斷,并發出響聲。使用金屬支柱時,耳朵貼在柱體上,可聽見支柱受壓后發出的聲音,支柱“破頂、鉆底”。

4)含瓦斯煤層,瓦斯涌出量突然增加;有淋水的頂板、淋水增加。

2.采場大面積冒頂的原因分析

按頂板垮落類型可把采場大冒頂分為壓垮型、推垮型、漏垮型三種。

壓垮型冒頂事故是由于堅硬直接頂或老頂運動時,垂直于頂板方向的作用力,壓斷或壓彎工作阻力不夠、可縮量不足的支架,或使支柱壓入抗壓強度低的底板,造成大面積切頂垮面事故。

在采場中容易發生大面積冒頂的地點是:

1)開切眼附近。在這個區域頂板上部硬巖層老頂兩邊都受煤柱支承不容易下沉,這就給下部軟巖層直接頂的下沉離層創造了有利條件。

2)地質破壞帶(斷層、褶曲)附近。在這些地點頂板下部直接頂巖層破斷后易形成大塊巖體并下滑。

3)老巷附近。由于老巷頂板破壞,直接頂易破斷。

4)傾角大的地段。這些地段由于重力作用而巖石傾斜下滑力大。

5)頂板巖層含水地段。這些地段摩擦系數降低,阻力大為減少。

6)局部冒頂區附近也有可能導致大冒頂。

近幾年來,在采場大面積冒頂事故中,“復合頂板”下推垮型事故比較多,傷亡也較大。

漏垮型冒頂的原因如下:由于煤層傾角較大,直接頂又異常破碎,采場支護系統中如果某個地點失效發生局部漏頂,破碎頂板就有可能從這個地點開始沿工作面往上全部漏空,造成支架失穩,導致漏垮型事故發生。

3.采場大面積冒頂的預防措施

總結現行有效的經驗歸納出幾條預防采場大面積冒頂的基本措施:

1)提高單體支柱的初撐力和剛度

小煤礦使用的木支柱和摩擦金屬支柱初撐力小,剛度差,易導致煤層復合頂板離層,又使采場支架不穩定,所以有條件的礦要推廣使用單體液壓支柱。

2)提高支架的穩定性

煤層傾角大或在工作面仰斜推進時,為防止頂板沿傾斜方面滑動推倒支架,應采用斜撐、抬棚、木垛等特種支架來增加支架的穩定性。在摩擦金屬支柱和金屬鉸接頂梁采面中,用拉鉤式連接器把每排支柱從工作面上端頭至下端頭連接起來,形成穩定的“整體支架”。

3)嚴格控制采高

開采厚煤層第一分層要控制采高,使直接頂冒落后破碎膨脹能達到原來采高。這種措施目的在于堵住冒落大塊巖石的滑動。

4)采面從開切眼初采時不要反向開采

有的礦為了提高采出率,在初采時向相反方向采幾排煤柱,如果是復合頂板,開切眼處頂板暴露日久已離層斷裂,當在反向推進范圍內初次放頂時,很容易在原開切眼處誘發推垮型冒頂事故。

5)掘進上下順槽時不得破壞復合頂板

挑頂掘進上下順槽,就破壞了復合頂板的完整性,易造成推垮冒頂事故。

6)對于堅硬難冒頂板可以采用頂板注水和強制放頂等措施。

7)加強礦井生產地質工作,加強礦壓的預測預報。

4.大冒頂事故的處理方法

大冒頂發生后,采取的方法基本上有兩種:一種是恢復工作面的方法;另一種是開補巷繞過冒頂區方法。

1)恢復工作面的方法處理冒頂

(1)從工作面冒頂處的兩頭,由外向內,先用雙腿套棚維護好頂板,保持后路暢通無阻。棚梁上用板皮剎緊背嚴,防止頂板繼續錯動、垮落。梁上如有空頂,要用小木垛插緊背實。

(2)邊清理工作面邊支護,把塌落的矸石清理并倒入采空區,每清理0.5m工作面,支一架棚子管理頂板。若頂板壓力大,可在冒頂區兩頭用木垛維護頂板。

(3)遇到大塊矸石不易破碎時,應采用電鉆(如有壓風,最好是用風鉆)打眼放小炮的辦法破碎巖石。

(4)如頂板冒落的矸石很破碎,一次整修巷道不易通過時,可先沿工作面煤幫運輸機道整修一條小巷,修通小巷,使風流貫通,運輸機開動后,再從冒頂區的兩頭向中間依次放矸支棚。

2)開繞補巷過冒頂

(1)冒頂區在工作面的機頭側時,可以沿工作面煤幫錯過一段,留3m~5m煤柱,由進風巷向工作面斜打一條補巷和采煤工作面相通,就可正常生產出煤。

(2)冒頂區在工作面的中部時,可以平行于工作面留3m~5m煤柱,重新開一條開切眼。新開切眼的支架,可根據頂板情況而定。

(3)冒頂區在工作面的機尾時,處理的方法與處理機頭側冒頂完全相同。收銀制度