厚层稳固顶板冒顶的预防及处置

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【摘要】引见了厚层稳固顶板冒顶事故类型、事故案例分析以及事故的猜测、预告和处置方法。

【关键词】厚层稳固;顶板冒顶;预防;处置

0.概述

位于煤层下面的岩层叫煤层顶板。依据顶板的稳固水平和距煤层的远近,可将煤层顶板分为伪顶、直接顶和基本顶三种。从顶板管理角度分析可将顶板分为:易垮落的坚实顶板、中等垮顶板、难垮落的稳固顶板、极难垮落的稳固顶板和塑性弯曲顶板等五类顶板。

顶板事故是指在地下采掘进程中,由于顶板不测冒落形成人员伤亡、设备损害和消费中止等事故,是煤矿消费的主要灾祸之一。

当煤层顶板是全体厚层硬岩(如砂岩,砂砾岩,砾岩等,其分层厚度大于5-6m)时,它们要悬露几千平方米,甚至十几万平方米才冒落,这样大面积的顶板在极短的时间内冒落上去,不只由于重量的作用会发生严重的冲击破坏力,而且更严重的是会把已采空区的空气瞬时挤出,构成庞大的暴风,破坏力极强。

1.厚层稳固顶板冒顶的机理

关于厚层稳固顶板冒顶的机理,其一顶板大面积悬露后,因弯曲应力超越其强度招致顶板岩层断裂,并大面积垮落,其二,顶板大面积悬露后,采空区周边煤柱上方岩层内的剪应力超越其极限强度招致顶板岩层大面积冒落。

这类事故的特点是冒顶面积大、来势凶猛、结果严重。事故缘由是直接顶和基本顶大面积运动形成的。由直接顶运动所形成的垮面事故,按其作用力性质和顶板运动时的始动方向又可分为以下两类:①推垮型事故,②压垮型事故;由基本顶运动所形成的垮面事故,按其作用力性质和顶板运动始动方向不同又可分为以下两类:①冲击推垮型(即砸垮型)事故。②压垮型事故。

2.厚层稳固顶板冒顶事故分析

某矿煤层顶板为块状、厚层稳固、裂隙不发育的中砂岩,平均厚3.05m。任务面回采工艺:长壁任务面,人工打眼,分段爆没落煤,人工攉煤,40型刮板保送机转载到顺槽刮板保送机。顶板支护为金属摩擦支柱、金属绞接顶梁齐梁直线柱正悬梁方式,三、四排管理,最大控顶距4m、最小控顶距3m。采空区顶板管理采用自然垮落法结合人工强迫放顶。任务面两个平安出口采用带帽点柱超前增强支护20m,设计每班一个循环。采区开采煤层厚度为1.8～2.2m,基本无伪顶,直接顶与底板均为砂岩。在开采中遇小层较多,节理裂隙较发育,还发现局部无炭柱,地质结构较复杂。

事故当天零点至八点班,采煤队共22名职工担任任务面消费作业。召开班前会后,职工从23时30分陆续入井抵达各自作业岗位。其中有1名跟班队长、1名分队长,此二人活举措业,任务面人员对下班余煤停止清算并移机头,之后由于刮板保送机缺点,检修停止了两个多小时,约清晨3时将机械缺点扫除,末尾停止打眼爆破等回采作业。当第二茬炮的落煤快出完时,约清晨4时30分,任务面中部顶板突然发作垮落,形成大面积压垮型冒顶事故。形成12人死亡、3人受伤特大事故。

事故缘由分析:

3.1 任务面煤层顶板为块状、厚层稳固顶板,采空区大面积悬顶,在继续推进中缺乏对顶板压力变化状况的把握 ,前方煤体顶板中有一原生裂隙,断裂的直接顶将变薄的任务面煤壁压垮,瞬间摧毁任务面支护,是形成这起大面积冒顶事故的直接缘由。

3.2 对构成三角形顶板、顶板较硬不易垮落的状况实施强迫放顶效果不好,也没有发现顶板变厚的状况,没有进一步采取针对性措施,现场管理水平低,是形成事故的重要缘由。

3.3 运用壁式采煤法,没有先进的矿压监测手腕,顶板管理技术力气和技术水平不高,未能预见复杂消费条件下能够出现的不测状况,也是形成这起事故的一个缘由。

3.4 总的来说,招致这起事故的直接缘由,一是由于直接顶厚度增大,顶板不易垮落,致使空顶面积增大;二是在任务面前方有一条与其平行的原生裂隙,顶板在煤壁前方曾经断开。随着任务面推进,空顶面积加大,距裂隙越近而顶板的受力及支撑形状越加不稳,当推近至裂隙一定距离时,顶板动摇形状完全被打破,形成压垮型冒落。

4.厚层稳固直接顶和基本顶顶板冒顶的主要预兆

4.1 顶板断裂声响的频率和音响增大

4.2 煤帮有清楚的受压与片帮现象

4.3 底板出现底鼓或沿煤柱左近的底板发作裂隙

4.4 巷道(上,下平巷)超前压力较清楚

4.5 任务面中支柱载荷和顶板下沉速度清楚增大

4.6 有时采空区顶板发作裂痕或淋水加大,向顶板中打的钻孔原先流清水后变为流白糊状的液体,这是断裂岩块相互摩擦构成的岩粉和水的混合物

5.厚层稳固顶板冒顶的猜测、预告和处置方法

5.1猜测、预告

厚层稳固顶板冒顶可以用微震仪、地音仪和超声波应力仪等停止猜测,由于厚层稳固岩层的破坏进程,长的在冒顶前几十天就出现声响和其它异常现象,短的在冒顶前几天,甚至几小时也会出现预兆。因此,依据仪器测量的结果,再结合历次冒顶预兆的特征,可以对冒顶作出较准确的预告,防止形成灾祸。

5.2 处置方法

防止和削弱冒顶危害的准绳是:改动顶板岩体的物理力学性质,以增加顶板悬露及冒落面积,减小冒顶冒落高度,降高空气排放速度,具体有下列措施:

5.2.1 顶板高压注水从任务面上,下平巷向顶板打深孔,停止高压注水,注水泵最大压力不小于15mpa。顶板注水可起弱化顶板和扩展岩层中的裂隙及弱面的作用。其主要机理是:注水后能溶解顶板岩石中的胶结物和局部矿物,削弱层间黏结力,高压注水可以构成水楔,扩展和添加岩石中的裂隙和弱面。因此,注水后岩石的强度将清楚降低。

5.2.2 强迫放顶就是用爆破的方法人为地将顶板切断,使顶板冒落一定厚度构成矸石垫层。切断顶板可以控制顶板冒落面积,削弱顶板冒落时发生的冲击力,构成矸石垫层则可以紧张顶板冒落时发生的冲击涉及暴风,为了构成垫层,挑顶的高度可按需求构成垫层的厚度停止计算。

强迫放顶主要有在任务面内向顶板放顶线处停止钻孔爆破放顶,关于综采任务面,由于无法设置钻眼的设备,可区分在上,下平巷内向顶板打深孔,在任务面未采到之行停止爆破,预先破坏顶板的完整性,对由于历史上已形成有大面积冒顶隐患的地域目前又无法从井下采取措施时,可在采空区的上方空中打垂直钻孔,到达已采区顶板的适当位置,停止爆破,将悬露的大面积顶板崩落。

6.完毕语

关于厚层难冒顶板来说,不论是采取高压注水还是强迫放顶,不论是在采空区处置还是超前任务面处置,所应处置的顶板厚度均应为采高的2―3倍(包括直接顶在内),其目的就是使处置上去的岩块基本上能填满采空区,从而保证平安消费。■