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1、煤矿顶板事故防治技术煤矿顶板事故防治技术 华北科技学院副院长华北科技学院副院长中国煤矿安全技术培训中心副主任中国煤矿安全技术培训中心副主任段绪华段绪华 教授教授煤矿顶板事故防治技术煤矿顶板事故防治技术第一部分：煤矿顶板事故综述；第一部分：煤矿顶板事故综述；第二部分：矿山压力的基本知识；第二部分：矿山压力的基本知识；第三部分：顶板事故的致因与防治；第三部分：顶板事故的致因与防治；第四部分：煤矿事故隐患分析；第四部分：煤矿事故隐患分析；第五部分：冲击地压的基本知识；第五部分：冲击地压的基本知识；第六部分：深井矿压知识分析。第六部分：深井矿压知识分析。第一部分：煤矿顶板事故综述第一部分：煤矿顶板事故
2、综述一、顶板事故在煤矿事故中的比重一、顶板事故在煤矿事故中的比重图图1-1 19502003年煤矿各类事故原因分析年煤矿各类事故原因分析第一部分：煤矿顶板事故综述第一部分：煤矿顶板事故综述一、顶板事故在煤矿事故中的比重一、顶板事故在煤矿事故中的比重23.59.933.552.316.139.3725.620.3961.574.12.25.2529.51.772.8812.720.161.020.82.4811.288.810102030405060123456789101112事故次数占百分比死亡人数占百分比%横坐标：事故次数及伤亡人数纵坐标：事故次数及伤亡人数百分比 事故性质1水灾事故;2瓦
3、斯煤尘爆炸;3顶板事故;4火灾事故;5瓦斯窒息中毒事故;6煤尘爆炸事故;7提升运输事故;8其他;99自救伤亡;10机电;11煤与瓦斯突出;12爆破图图1-2 19502003年煤矿各类事故发生起数及死亡人员统计分析年煤矿各类事故发生起数及死亡人员统计分析 第一部分：煤矿顶板事故综述第一部分：煤矿顶板事故综述二、回采工作面与巷道顶板事故发展趋势分析二、回采工作面与巷道顶板事故发展趋势分析 19541985年期间，顶板事故的死亡人数占总事故死亡人数的45%，其中，采煤工作面顶板事故占75%，巷道顶板事故占25%。19861992年期间顶板事故死亡人数占总死亡人数的40%，其中，采煤工作面顶板事故占
4、顶板事故总数的66%，巷道顶板事故上升到34%。第一部分：煤矿顶板事故综述第一部分：煤矿顶板事故综述三、顶板事故的特点三、顶板事故的特点顶板事故具有四个属性（一）突发性（一）突发性（二）灾难性（二）灾难性（三）破坏性（三）破坏性（四）继发性（四）继发性四、对顶板事故的认识和加强顶板管理的重要性四、对顶板事故的认识和加强顶板管理的重要性 第一部分：煤矿顶板事故综述第一部分：煤矿顶板事故综述思考题：思考题：1.试分析煤矿顶板事故在煤矿事故中的所占的比重，说明了什么试分析煤矿顶板事故在煤矿事故中的所占的比重，说明了什么？2.试分析煤矿顶板事故各种原因说明了什么？如何预防？试分析煤矿顶板事故各种原因说
5、明了什么？如何预防？3.工作面的顶板事故与巷道顶板事故有何变化趋势，为什么？工作面的顶板事故与巷道顶板事故有何变化趋势，为什么？4.顶板事故具有何特点？顶板事故具有何特点？5.如何认识加强顶板管理的重要性？如何认识加强顶板管理的重要性？第二部分：矿山压力基本知识第二部分：矿山压力基本知识一、开采后上覆岩层的移动特征一、开采后上覆岩层的移动特征四、采煤工作面顶板的控制四、采煤工作面顶板的控制 二、采煤工作面矿压显现的基本规律二、采煤工作面矿压显现的基本规律 三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析 一、开采后上覆岩层的移动特征一、开采后上覆岩层的移动特征1.岩层移
6、动和破坏的影响因素2.上覆岩层移动的破坏特征（一）三带的形成（一）三带的形成冒落带裂隙带弯曲下沉带一、开采后上覆岩层的移动特征一、开采后上覆岩层的移动特征（一）三带的形成（一）三带的形成图图图图2-1 2-1 顶板岩层移动和破坏现象顶板岩层移动和破坏现象顶板岩层移动和破坏现象顶板岩层移动和破坏现象一、开采后上覆岩层的移动特征一、开采后上覆岩层的移动特征（一）三带的形成（一）三带的形成3.上覆岩层运动规律的研究内容 （1 1）冒落带的高度；）冒落带的高度；（2 2）裂隙带的高度；）裂隙带的高度；（3 3）直接顶的发展变化规律；）直接顶的发展变化规律；（4 4）基本顶各岩梁的发展变化规律；）基本顶
7、各岩梁的发展变化规律；（5 5）支承压力发生、发展变化规律；）支承压力发生、发展变化规律；（6 6）内外应力场的形成条件及其发展变化规律。）内外应力场的形成条件及其发展变化规律。一、开采后上覆岩层的移动特征一、开采后上覆岩层的移动特征（一）三带的形成（一）三带的形成4.上覆岩层运动规律对顶板事故的影响uu事故原因：采动诱发顶板运动和破坏；事故原因：采动诱发顶板运动和破坏；uu事故形成条件事故形成条件uu支护不及时支护不及时uu支护决策失误：支护方式不合理（没有针对顶支护决策失误：支护方式不合理（没有针对顶板运动破坏等特点），没有满足板运动破坏等特点），没有满足“合理位态合理位态”控控制制的要求
8、，表现为支护阻力不足或可缩量不够。的要求，表现为支护阻力不足或可缩量不够。一、开采后上覆岩层的移动特征一、开采后上覆岩层的移动特征（二）上覆岩层的移动特点分析（二）上覆岩层的移动特点分析图图图图2-2 2-2 上覆岩层移动的实测曲线上覆岩层移动的实测曲线上覆岩层移动的实测曲线上覆岩层移动的实测曲线一、开采后上覆岩层的移动特征一、开采后上覆岩层的移动特征（二）上覆岩层的移动特点分析（二）上覆岩层的移动特点分析图图图图2-3 2-3 回采工作面上覆岩层沿工作面推进方向的分区回采工作面上覆岩层沿工作面推进方向的分区回采工作面上覆岩层沿工作面推进方向的分区回采工作面上覆岩层沿工作面推进方向的分区二、采
9、煤工作面矿压显现的基本规律二、采煤工作面矿压显现的基本规律 （一）直接顶的初次垮落（一）直接顶的初次垮落 初次放顶步距一般为620米。步距的大小是根据直接顶的岩石强度、厚度、节理裂隙发育程度等因素确定。初次垮落应注意：在掌握步距或冒落规律的同时，放顶时应采取必要的加固措施，以保证生产安全。二、采煤工作面矿压显现的基本规律二、采煤工作面矿压显现的基本规律 （二）老顶的初次来压（二）老顶的初次来压 初次来压步距大小与老顶厚度、岩性、地质构造有关，一般为2035米，有时可达5070米，甚至更大。初次来压的特点：顶板急剧下沉，支架载荷明显增加，顶板出现沿煤壁的裂隙，甚至发生台阶下沉现象，煤壁严重片帮、
10、采空区顶板大面积垮落，形成巨大的声响和风流等。二、采煤工作面矿压显现的基本规律二、采煤工作面矿压显现的基本规律 （三）周期来压（三）周期来压 周期来压步距，一般比初次来压步距要小，通常为初次来压步距的1/21/4倍，一般为512米，有时可达2030米。三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析 （一）回采工作面周围的矿压规律及特点（一）回采工作面周围的矿压规律及特点 1.层面内图图2-4 2-4 采空区周围应力重新分布的概貌采空区周围应力重新分布的概貌11工作面前方超前支承压力；工作面前方超前支承压力；2 2、3 3、44沿倾斜、仰斜及工作面后方残余支承压力沿倾斜
11、、仰斜及工作面后方残余支承压力三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析 （一）回采工作面周围的矿压规律及特点（一）回采工作面周围的矿压规律及特点 1.层面内图图2-5 2-5 回采工作面周围支承压力在煤层平面内分布示意图回采工作面周围支承压力在煤层平面内分布示意图 三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析 （一）回采工作面周围的矿压规律及特点（一）回采工作面周围的矿压规律及特点 2.顶底板方向图图2-6 2-6 支承压力在被开采煤层顶底板中分布示意图支承压力在被开采煤层顶底板中分布示意图11采动影响带边界；采动影响带边界；22支承
12、压力区；支承压力区；33卸载区边界卸载区边界 三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析 （一）回采工作面周围的矿压规律及特点（一）回采工作面周围的矿压规律及特点 2.顶底板方向图图2-7 2-7 煤体与采空区交界处底板岩层中的不同矿压显现区煤体与采空区交界处底板岩层中的不同矿压显现区 A.A.应力增高区，不应应力增高区，不应 布置巷道布置巷道B.B.应力降低区，受采应力降低区，受采动影响且距离较远，动影响且距离较远，不宜布置巷道不宜布置巷道C.C.影响轻微区，适合影响轻微区，适合布置巷道布置巷道D.D.未受采动影响区。未受采动影响区。三、采掘工作面周围的矿压显现
13、特点分析三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析 （一）回采工作面周围的矿压规律及特点（一）回采工作面周围的矿压规律及特点 3.工作面端头图图2-8 2-8 煤层凸出角处的叠合支承压力煤层凸出角处的叠合支承压力三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析 （二）巷道矿压特点分析（二）巷道矿压特点分析 1.受采动影响的沿走向方向的平巷 图图2-9 2-9 工作面下顺槽顶底板移动的全过程曲线工作面下顺槽顶底板移动的全过程曲线11移动速度曲线；移动速度曲线；22移近量曲线移近量曲线 .巷道掘进阶段巷道掘进阶段巷道掘进阶段巷道掘进阶段 每天移近量，从每天移近量，从每天移近量，从
14、每天移近量，从几毫米至几十毫米，稳定期一般小几毫米至几十毫米，稳定期一般小几毫米至几十毫米，稳定期一般小几毫米至几十毫米，稳定期一般小于于于于1 1毫米毫米毫米毫米/天天天天.无采掘影响阶段无采掘影响阶段无采掘影响阶段无采掘影响阶段 每天每天每天每天0.20.50.20.5毫毫毫毫米米米米/天天天天.采动影响阶段采动影响阶段采动影响阶段采动影响阶段 采前几毫米到几采前几毫米到几采前几毫米到几采前几毫米到几十毫米，占总移近量的十毫米，占总移近量的十毫米，占总移近量的十毫米，占总移近量的1015%1015%；采；采；采；采后为后为后为后为20302030毫米毫米毫米毫米/天，少数情况下天，少数情况
15、下天，少数情况下天，少数情况下40504050毫米毫米毫米毫米/天，占天，占天，占天，占5060%5060%.采动影响稳定带采动影响稳定带采动影响稳定带采动影响稳定带 1 1毫米毫米毫米毫米/天，高天，高天，高天，高达达达达1212毫米毫米毫米毫米/天，占天，占天，占天，占58%58%.二次采动影响带二次采动影响带二次采动影响带二次采动影响带 10301030毫米毫米毫米毫米/天，天，天，天，占占占占2025%2025%。从掘进到报废整个服务期从掘进到报废整个服务期间，顶底板移近总量为：间，顶底板移近总量为：U=UU=U0 0+v+v0 0t t0 0+U+U1 1+v+v1 1t t1 1+
16、U+U2 2三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析三、采掘工作面周围的矿压显现特点分析 （二）巷道矿压特点分析（二）巷道矿压特点分析 1.采动影响区沿倾斜方向的矿压显现分区 图图2-10 2-10 采区斜巷中沿倾斜不同矿压显现带采区斜巷中沿倾斜不同矿压显现带I.I.卸载带：卸载带：卸载带：卸载带：宽为宽为1313米米II.II.支撑压力带支撑压力带支撑压力带支撑压力带：宽为宽为12251225米，米，k=23 k=23III.III.原岩应力带原岩应力带原岩应力带原岩应力带四、采煤工作面顶板的控制四、采煤工作面顶板的控制 （一）支护对支架的要求（一）支护对支架的要求 采掘工作面支架的“支、护、稳
17、”与常见的顶板事故有着密切的联系。四、采煤工作面顶板的控制四、采煤工作面顶板的控制 （一）支护对支架的要求（一）支护对支架的要求 1.要考虑不同的煤层顶板条件和煤层倾角 uu当基本顶来压比较强烈，直接顶很完整，煤层倾角又比较小时，当基本顶来压比较强烈，直接顶很完整，煤层倾角又比较小时，主要考虑主要考虑“支得起支得起”问题。问题。uu对于来压不明显，直接顶比较破碎，煤层倾角又大时，主要考虑对于来压不明显，直接顶比较破碎，煤层倾角又大时，主要考虑“护得好护得好”问题。问题。uu当基本顶来压强烈，直接顶比较破碎，煤层倾角又不大时，此时，当基本顶来压强烈，直接顶比较破碎，煤层倾角又不大时，此时，要考虑
18、要考虑“支得起、护得好支得起、护得好”问题。问题。uu当煤层倾角较大时，顶板又属覆合顶板类型，或分层开采铺有金当煤层倾角较大时，顶板又属覆合顶板类型，或分层开采铺有金属网时，主要考虑属网时，主要考虑“稳得住稳得住”问题。问题。uu当基本顶来压强烈，直接顶又比较破碎，煤层倾角又较大时，支当基本顶来压强烈，直接顶又比较破碎，煤层倾角又较大时，支架的架的“支、护、稳支、护、稳”都要一并考虑。都要一并考虑。四、采煤工作面顶板的控制四、采煤工作面顶板的控制 （一）支护对支架的要求（一）支护对支架的要求 2.要考虑不同地点对支护的不同要求uu靠近煤壁附近的无支护空间要特别注意靠近煤壁附近的无支护空间要特别
19、注意“护顶护顶”问题。问题。uu放顶线附近要特别注意放顶线附近要特别注意“支和稳支和稳”问题。问题。uu对上下出口处要尤其注意对上下出口处要尤其注意“支、护、稳支、护、稳”问题。问题。四、采煤工作面顶板的控制四、采煤工作面顶板的控制 （一）支护对支架的要求（一）支护对支架的要求 3.要考虑支架性能uu综采支架综采支架uu单体微增阻式支柱和单体液压支柱单体微增阻式支柱和单体液压支柱uu单体刚性支柱和急增阻式金属摩擦支柱单体刚性支柱和急增阻式金属摩擦支柱 在选择支架类型和布置时，应充分考虑煤层顶板和倾在选择支架类型和布置时，应充分考虑煤层顶板和倾角等条件要求，性能要和条件要求相匹配，才能把顶板事角
20、等条件要求，性能要和条件要求相匹配，才能把顶板事故减少到最低限度。故减少到最低限度。四、采煤工作面顶板的控制四、采煤工作面顶板的控制 （二）支架与围岩的关系（二）支架与围岩的关系 1.围岩是一种天然的承载结构图图2-11 “2-11 “支架支架 围岩围岩”相互作用原理示意图相互作用原理示意图四、采煤工作面顶板的控制四、采煤工作面顶板的控制 （二）支架与围岩的关系（二）支架与围岩的关系 2.支架与围岩共同承载原理的支护方式 uu二次支护二次支护uu节式结构的巷道支架节式结构的巷道支架符合上述原理的支护方式及支架结构与性能有：第二部分：矿山压力基本知识第二部分：矿山压力基本知识思考题思考题1.煤层
21、被采后，煤层上方和工作面推进方向的岩体移动有何煤层被采后，煤层上方和工作面推进方向的岩体移动有何2.特点和规律？特点和规律？3.2.试分析顶板事故的自然原因与事故的形成条件。试分析顶板事故的自然原因与事故的形成条件。4.3.试分析采煤工作面矿压显现的基本规律，如何预防顶板试分析采煤工作面矿压显现的基本规律，如何预防顶板5.事故的发生？事故的发生？6.4.采掘工作面周围的矿压显现特点对安全生产有何意义？采掘工作面周围的矿压显现特点对安全生产有何意义？7.5.采掘支护工作对支架有何要求，如何实现？采掘支护工作对支架有何要求，如何实现？第三部分：第三部分：顶板事故的致因与防治顶板事故的致因与防治 一
22、、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 二、巷道顶板事故的致因及防治二、巷道顶板事故的致因及防治 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （一）顶板事故的分类（一）顶板事故的分类 采场顶板事故按力源可分为u压垮型u漏冒型u推垮型冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （一）顶板事故的分类（一）顶板事故的分类 由垂直层面方向的顶板力压坏采场支架而导致的冒顶，又分为：老顶来压时压垮型冒顶厚层难冒顶板大面积冒顶直接顶导致的压垮型冒顶 1.压垮型冒顶 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （一）顶板事故的分类（一）顶板事故的分
23、类 因破碎顶板没有得到有效的防护而冒落导致的冒顶，又分为：2.垮漏型冒顶 u大面积漏垮型冒顶u局部漏冒型冒顶u工作面上下出口的局部冒顶u放顶线及其附近的局部冒顶u地质破坏带附近的局部冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （一）顶板事故的分类（一）顶板事故的分类 由于平行于层面方向的顶板力推倒支架而导致的冒顶，又分为：3.推垮型冒顶 u复合顶板推垮型冒顶 u金属网下推垮型冒顶 u大块游离顶板旋转推垮型冒顶 u采空区冒矸冲入采场的推垮型冒顶 u此外，还可能出现综合类型冒顶 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （一）顶板事故的分类（一）顶板事故的分类 煤
24、矿中习惯把采场冒顶分为两大类：u局部冒顶u大型冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （一）顶板事故的分类（一）顶板事故的分类 范围不大，伤亡人数不多（每次12人）的冒顶，可分为：1.局部冒顶 u靠近煤壁附近的局部冒顶 u放顶线附近的局部冒顶u上下出口的局部冒顶 u地质破坏带附近的局部冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （一）顶板事故的分类（一）顶板事故的分类 范围较大，伤亡人数较多（每次3人以上）的冒顶，可分为：2.大型冒顶 u两端来压时的压垮型冒顶 u厚层难冒落大面积冒顶u直接导致的压垮型冒顶u大面积漏垮型冒顶 uu复合顶板推垮型冒顶复合顶板
25、推垮型冒顶 uu金属网下推垮型冒顶金属网下推垮型冒顶 uu大块游离顶板旋转推垮型冒顶大块游离顶板旋转推垮型冒顶一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 原因分析1.靠近煤壁附近的局部冒顶 u节理、裂隙发育，岩石强度低 u支护质量差，支撑力不足造成离层u炮采时，装药量过多，放顶崩倒支架，顶板失控u老顶来压时，煤壁附近直接顶破碎uu新暴露的顶板没有及时支护新暴露的顶板没有及时支护uu综采时，端面距过大综采时，端面距过大案例分析一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及
26、勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 防治措施1.靠近煤壁附近的局部冒顶 u对新暴露的顶板及时支护，如图3-1、3-2、3-3所示u炮采时，炮眼布署及装药量要合理u煤层的节理方向与工作的推进方向垂直或斜交u来压期间，若煤壁片帮，要进行超前支护，减小端面距uu综采时，对破碎顶板要注入粘结剂进行固化综采时，对破碎顶板要注入粘结剂进行固化uu加快工作面推进速度加快工作面推进速度uu采高大，煤体松软时，加设护帮装置采高大，煤体松软时，加设护帮装置 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 1.靠近煤壁附近的局部冒顶
27、 图图3-13-1正悬臂交错顶梁支护正悬臂交错顶梁支护 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 1.靠近煤壁附近的局部冒顶 图图3-23-2错梁直线柱支架布置错梁直线柱支架布置1-1-临时柱；临时柱；2-2-正式柱正式柱 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 1.靠近煤壁附近的局部冒顶 图图3-33-3短顶梁与基本顶梁配合情况短顶梁与基本顶梁配合情况一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶
28、板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 原因分析2.上下出口局部冒顶 u此处为应力叠加区域，顶板完整性可能遭到破坏u换棚时，破碎顶板冒落u移机头机尾，交换抬棚，破碎顶板冒落u老顶来压时，支柱侧向力不足，推倒支架造成 局部冒落uu老顶来压时，压坏部分支柱，导致的局部冒顶老顶来压时，压坏部分支柱，导致的局部冒顶案例分析一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 防治措施2.上下出口局部冒顶 u及时架设有足够支撑力和可缩性的支柱 u支护糸统必须具有一定的侧向力u换棚时，要模清顶板情况，采取必要的措施
29、 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 原因分析3.放顶线附近的局部冒顶 u回柱方式不合理，先回“吃劲”柱子，引起周围破碎 顶板的冒落 u顶板存在由断层、裂隙、层理等切割而成的大块游离 岩块时，回柱后游u离岩块推倒支架，导致冒顶。如图34所示u在金属网假顶下回柱放顶时，如果网上有大块游离岩，也会发生因游岩块旋转而推倒支架的局部冒顶 案例分析一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 3.放顶线附近的局部冒顶 图图3-43-
30、4顶板中游离岩块旋转推倒支架顶板中游离岩块旋转推倒支架一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 防治措施3.放顶线附近的局部冒顶 u采用正确的回柱方法，防止顶板压力向局部支柱 集中而造成回柱的困难u若工作面使用木支柱，可直接用铰车远距离回柱u加强地质工作，记载大岩块的位置与尺寸u在大岩块下用木垛等加强支护 uu当大岩块尺寸超过一次放顶步距时，在大岩块下当大岩块尺寸超过一次放顶步距时，在大岩块下 延长控顶距延长控顶距 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（
31、二）各种顶板事故的原因分析及勘察 原因分析4.地质破坏带附近的局部冒顶 u工作面与断层垂直或斜交u在顶板活动过程中，断层附近的破断岩块顺断面 下滑，推倒工作面支架局部冒顶 案例分析一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 防治措施4.地质破坏带附近的局部冒顶 u断层破坏带在工作面出现后，加强支护，背好背板u在放顶线处，断层两侧架好木垛，加强支护u迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或戗柱 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察
32、冒顶特点5.复合顶板推垮型冒顶 u顶板压力不大，支架无变形，无折损u多数情况下，直接顶已沿煤壁断裂u冒顶后，支柱多数沿煤层向下倾倒 uu多数情况下，发生在回柱放顶过程多数情况下，发生在回柱放顶过程一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 冒顶机理5.复合顶板推垮型冒顶 u离层图图3-53-5下位软岩层离层断裂下位软岩层离层断裂u断裂一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 冒顶地点5.复合顶板推垮型冒顶 u开切眼附近 u地质
33、破坏带附近u旧巷附近uu掘进破坏复合顶板的地点掘进破坏复合顶板的地点uu倾角大的地段倾角大的地段uu顶板岩层含水的地段顶板岩层含水的地段uu局部冒顶区附近局部冒顶区附近uu尖灭构造地段尖灭构造地段案例分析一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 防治措施5.复合顶板推垮型冒顶 u掘进上下顺槽时，不破坏复合顶板u应用伪倾斜工作面，以增加阻力u控制采高，使软岩冒落后超过采高，增加六面体 下推的阻力u采用整体支架，用拉钩联接器把每排支柱连起来，与铰接顶梁十字交叉，形成整体结构，如图3-6所示。u利用戗棚、戗柱加强支
34、护u系统布置树脂锚杆，将开切眼附近和控顶区内的 软硬岩层锚在一起，防止冒顶 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 5.复合顶板推垮型冒顶 图图3-63-6拉钩式连接器拉钩式连接器1-1-金属支柱；金属支柱；2-2-拉钩式连接器拉钩式连接器 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 冒顶特点6.金属网下推垮型冒顶 u发生在初次放顶前后及回柱时u推垮前支柱受力一般不大u推垮时，支柱无折损uu推垮速度快，人力无法抵抗推垮速度快
35、，人力无法抵抗uu煤层倾角一般在煤层倾角一般在2020以上发生以上发生uu支护方式一般为单体金属磨擦支柱支护方式一般为单体金属磨擦支柱一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 冒顶机理6.金属网下推垮型冒顶 u由于支护失效，首先形成网兜u由于支柱初撑力小，刚度小，在碎块压力下，支架失稳。如图3-7所示。案例分析一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 6.金属网下推垮型冒顶 图图3-73-7金属网假顶下推垮型冒顶过程金属网假
36、顶下推垮型冒顶过程一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 防治措施6.金属网下推垮型冒顶 u提高初撑力及刚度，增加稳定性u在二分层及以下分层开采时，用内错式布置开切眼，避免网下碎矸之上存在空隙u用“整体支架”增加支架的稳定性u初次放顶，要把金属网下放到底板一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 冒顶特点7.大块游离顶板旋转推垮型冒顶 u发生在回柱时或放顶后 u游离岩块的重力与支反力不在同一条作用线上，重力大于支反力，且重
37、力靠老塘侧u一般将支柱推向煤壁一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 冒顶机理7.大块游离顶板旋转推垮型冒顶 u顶板由断层、裂隙、层理或薄弱岩层切割成 游离大岩块u大岩块形成旋转力矩，将支柱推倒案例分析一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 防治措施u正确判断游离岩块的范围 u对游离岩块加强支护u待游离岩块全部处于采空区时，再用回柱绞车7.大块游离顶板旋转推垮型冒顶 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防
38、治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 顶板条件u直接顶较薄，厚度小于采高23倍 u直接之上的老顶分层厚度小于56米8.压垮型冒顶 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 冒顶前兆u煤壁片帮u顶板下沉速度急剧增加u支柱载荷急剧增大u靠煤帮顶板掉渣u靠煤帮顶板断裂u摩擦柱放炮8.压垮型冒顶 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 冒顶类型8.压垮型冒顶 图图3-8 3-8 压垮型冒顶类型之
39、一、之二压垮型冒顶类型之一、之二一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 案例分析防治措施u加强地质工作，摸清直接顶与老顶的结构和力学特性u进行常规矿压观测，准确掌握来压步距，加强来压预报u合理选择支护方式，合理设计工作面支护强度，特别对 末排支柱要加大支护强度u遇到平行于工作面的断层，要加强维护，不得正常回柱，待断层进入采空区后再回柱8.压垮型冒顶 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 冒顶原因u煤层之上是厚而坚硬的砂
40、岩，常常大面积悬而不冒，老顶来压步距达5070。u当自身强度承受不了自重和上位岩层重量时，即弯曲应力超过了极限强度时，出现断裂及垮落。u回采过程中遇到较发育的原生裂隙或断层，也会导致 冒落9.大面积冒顶 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 冒顶前兆u顶板断裂声响的频率和音响增大u有明显片帮现象u底板有可能出现底鼓uu巷道超前压力明显巷道超前压力明显uu支柱载荷和顶板下沉速度明显增大支柱载荷和顶板下沉速度明显增大 uu有时采空区顶板发生裂缝和淋水加大有时采空区顶板发生裂缝和淋水加大9.大面积冒顶 案例分析
41、一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 防治措施u顶板高压注水，周期来压步距减少6070，如图3-9所示u强制放顶u循环式浅孔放顶（每1-2个循环，打一排钻孔）u步距式深孔放顶（周期来压前，沿工作面向顶板 打钻孔），如图3-10所示u超前深孔松动爆破（在上下顺槽，向顶板打深孔），如图3-11所示 uu地面深孔放顶（地面打钻到放顶位置而后爆破）地面深孔放顶（地面打钻到放顶位置而后爆破）9.大面积冒顶 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故
42、的原因分析及勘察 9.大面积冒顶 图图3-93-9顶板注水钻孔布置方式及其参数顶板注水钻孔布置方式及其参数a-a-四老沟矿四老沟矿82058205工作面顶板注水钻孔的布置方式工作面顶板注水钻孔的布置方式b-b-云岗矿云岗矿82058205工作面顶板注水孔的布置方式工作面顶板注水孔的布置方式一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 9.大面积冒顶 图图3-103-10“步距式步距式”深孔放顶深孔放顶一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原
43、因分析及勘察 9.大面积冒顶 图图3-113-11超前深孔松动爆破超前深孔松动爆破一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 案例分析防治措施u预测回采工作面围岩动态（主要预测顶底板的稳定性）u确定合理的支护强度（垂直分力小、倾斜向下分力大、沿层面下滑是控制的主要问题）。u加强工作面支架不稳定性，防止底板滑移。10.急倾斜煤层顶板事故 一、采煤工作面顶板事故的防治一、采煤工作面顶板事故的防治 （二）各种顶板事故的原因分析及勘察（二）各种顶板事故的原因分析及勘察 防治措施 当煤层倾角超过60，底板开始向下滑动，防
44、止底板滑移的措施有：u推广急倾斜煤层工作面液压支架（支撑力大，具有防倒防滑性能及煤矸滚落保护装置）。u打紧支柱，软底要下底梁，顺山棚梁要对接。u适当控制采高。10.急倾斜煤层顶板事故 二、巷道顶板事故的致因及防治二、巷道顶板事故的致因及防治 （一）巷道顶板事故的分类（一）巷道顶板事故的分类 1.掘进工作面冒顶事故 2.巷道交岔处的冒顶事故 二、巷道顶板事故的致因及防治二、巷道顶板事故的致因及防治 （二）掘进工作面的冒顶事故的原因及防治（二）掘进工作面的冒顶事故的原因及防治 1.冒顶原因 2.案例分析 u掘进破岩后，顶部岩石与岩体失去联系，若支护 不及时，随时可能冒落；u已支护的顶部岩石，若支护
45、失败，可能造成冒落。二、巷道顶板事故的致因及防治二、巷道顶板事故的致因及防治 （二）掘进工作面的冒顶事故的原因及防治（二）掘进工作面的冒顶事故的原因及防治 3.防治措施 u根椐岩性，控制空顶距，当遇到破碎带或层理、裂隙发育时，应紧跟掘进支护；u严格敲帮问顶制度，危石必须挑下，无法挑下时应采取临时 支撑措施，严禁空顶作业；u在破碎带掘进巷道，要缩小支护棚距，用拉条将棚子连成一体，防止推跨；u对破碎带有时可超前注速凝剂，固化岩体；u掘进头有空顶区和破碎带必须背严结实，必要时要挂网防止漏空；u炮眼布置及装药量必须与岩石性质、支架和掘进头距离相适应，防止放炮崩倒棚子；u锚杆支护注意眼深和锚杆密度，必要
46、时锚喷网联合支护二、巷道顶板事故的致因及防治二、巷道顶板事故的致因及防治 （三）巷道交岔处顶板事故的原因与防治（三）巷道交岔处顶板事故的原因与防治 1.冒顶原因 2.案例分析 u交岔处断面大，岩层松动范围大，巷道压力大，可发生冒顶；u交岔处支护复杂，有两巷支架，有抬棚，支架稳定性 要求高，强度大，支护质量不好可发生冒顶。二、巷道顶板事故的致因及防治二、巷道顶板事故的致因及防治 3.防治措施 u开岔口应选择岩性较好的位置u严格操作规程，先支抬棚，后拆除原棚u注意选用抬棚材料的质量与规格，保证抬棚有足够的强度u当开口处围岩夹角被压坏，应及时采取加强和稳定措施 （三）巷道交岔处顶板事故的原因与防治（
47、三）巷道交岔处顶板事故的原因与防治 第三部分：第三部分：顶板事故的致因防治顶板事故的致因防治 思考题思考题1.煤矿顶板事故是如何分类的？煤矿顶板事故是如何分类的？2.采煤工作面的顶板事故可归纳有几种类型？采煤工作面的顶板事故可归纳有几种类型？3.如何分析采煤工作面事故频发的地点及原因？如何分析采煤工作面事故频发的地点及原因？4.巷道顶板事故的主要原因及防治措施是什么？巷道顶板事故的主要原因及防治措施是什么？第四部分：第四部分：煤矿事故隐患分析煤矿事故隐患分析 1.直接顶初次垮落对安全生产的影响直接顶初次垮落对安全生产的影响 图图4-1 4-1 直接顶初次垮落形成过程直接顶初次垮落形成过程 (a
48、)(b)(c)(a)(b)(c)第四部分：第四部分：煤矿事故隐患分析煤矿事故隐患分析 2.老老顶顶的的初初次次来来压压与与周周期期来来压压对对工工作作面面顶顶板板管管理理的影响的影响 图图4-2 4-2 老顶断裂成岩块后的转动老顶断裂成岩块后的转动第四部分：第四部分：煤矿事故隐患分析煤矿事故隐患分析 2.老老顶顶的的初初次次来来压压与与周周期期来来压压对对工工作作面面顶顶板板管管理理的影响的影响 图图4-3 4-3 老顶周期来压的力学模型老顶周期来压的力学模型老顶周期来压的力学模型老顶周期来压的力学模型 第四部分：第四部分：煤矿事故隐患分析煤矿事故隐患分析 3.直接顶的完整性对安全生产的影响直
49、接顶的完整性对安全生产的影响 节理裂隙按生成原因又分为三类：节理裂隙按生成原因又分为三类：uu原生裂隙原生裂隙uu压裂裂隙压裂裂隙uu构造裂隙构造裂隙第四部分：第四部分：煤矿事故隐患分析煤矿事故隐患分析 3.直接顶的完整性对安全生产的影响直接顶的完整性对安全生产的影响 图图4-44-4各类裂隙图各类裂隙图R1:R1:平行于层面平行于层面R2:R2:垂直于层面垂直于层面R3:R3:向煤壁方向倾斜向煤壁方向倾斜R4:R4:向老塘方向倾斜向老塘方向倾斜R5:R5:楔形裂隙楔形裂隙 第四部分：第四部分：煤矿事故隐患分析煤矿事故隐患分析 4.回采工作面作业规程的编制是工作面安全生产回采工作面作业规程的编
50、制是工作面安全生产 的重要依据的重要依据 图图图图4-54-5工作面实际测定的工作面实际测定的工作面实际测定的工作面实际测定的“S St”t”曲线曲线曲线曲线1 1采煤机距测点采煤机距测点采煤机距测点采煤机距测点1515米；米；米；米；2 2采煤机距离测点采煤机距离测点采煤机距离测点采煤机距离测点1010米；米；米；米；3 3放顶过测点放顶过测点放顶过测点放顶过测点S S点；点；点；点；4 4放顶过测点放顶过测点放顶过测点放顶过测点1515米；米；米；米；5 5放震动炮后；放震动炮后；放震动炮后；放震动炮后；6 6采煤机距测点采煤机距测点采煤机距测点采煤机距测点6 6米米米米5.回采工作面推进