顶板支护安全管理规范
一、发生顶板事故的原因:发生顶板事故的原因从地质条件来看是因为矿井地质构造复杂,除此之外还有许多是管理落后和工程质量低劣的问题,顶板事故无论在发生的次数和伤亡的人数上,均排在五大灾害之首,据统计,发生在采煤工作面的占77.5%,发生在掘进工作面的占14.84%。
二、顶板的分类:煤层上面的岩层叫做顶板,煤层下面的岩层叫做底板, 根据顶板是不是容易垮落和距离煤层的远近分为:伪顶、直接顶和老顶。直接位于煤层下面的岩层叫做直接底,直接底下叫老底。
三、伪顶:伪顶直接贴在煤层之上,厚度在0.5m以下,随着放炮或采煤机采煤容易脱落。通常是由粘土、炭质页岩、泥质页岩等强度较低的岩层所组成。有的煤层上面没有伪顶。同一个煤层或同一个工作面伪顶的厚薄也常常发生变化。
四、直接顶:伪顶的上面是直接顶,有的直接顶直接覆盖在煤层上面。直接顶具有一定稳定性。通常是由泥岩、页岩和粉砂岩等比较容易垮落的岩层组成。一般随支架前移或回柱而自行垮落,有时则需人工放顶。
五、老顶:(也称基本顶)在直接顶之上,一般比较厚,大都有坚硬的砂岩、砾岩或石灰岩组成。采空后悬露到一定面积才垮落。少数煤层上面没有直接顶,老顶直接压着煤层。
六、直接底和老底:直接底直接位于煤层之下,通常是有泥岩、页岩、粘土岩等强度较低的岩层组成。有的遇水后容易发生滑动,膨胀隆起等现象,老底位于直接底之下,通常是由砂岩、石灰岩等比较坚固的岩层组成。
七、顶板压力:由于进行采掘活动而在巷道及回采工作面周围岩体中,以及在支架上所引起的力叫做“矿片压力”,人们习惯称为“顶板压力”,在煤层中掘进巷道,如果不支护,顶板就要冒落,最后形成自然平衡拱;支架能承受的压力,主要是拱内破碎岩石的重量。
八、初次来压和周期来压:一个新工作面从开切眼开始向前推进,老顶第一次大面积垮落叫做初次垮落,初次垮落造成的工作面压力突然增大,就是初次来压,工作面继续向前推进,经过一定时间,达到一定距离时,老顶来压又重复出现,就是工作面的周期来压。周期来压时,顶板压力比平时要大30~40%。
九、顶板处理方法:
垮落法:把靠近采空区的支架撤出,让直接顶自行垮落或强制垮落。也就是常说的回柱放顶。
充填法:将沙子、碎矸石充填到采空区。全部充填法多用于开采厚煤层或“三下采煤”(铁路下、水下、建筑物下)。局部充填法一般是垒砌矸石带,适用于开采顶板坚硬的薄煤层。
煤柱支撑法:指工作面推进一定距离后,在采空区内留下适当宽度的煤柱来支撑顶板。这种方法适用于顶板岩石特别坚硬,人工强制放顶也很难垮落的顶板条件。这种方法很少使用,因为一是煤炭回收率低,二是给下部煤层的工作面顶板处理造成极大困难。
缓慢下现法:指顶板岩层韧性较大,回柱后顶板岩层不垮落,而能弯曲下沉,直到与底板自然合拢。这种方法适用于薄煤层工作面。
十、支护形式:巷道里的支架不但受顶底板的作用,还受两帮岩石的作用。因此掘进巷道时就要根据不同的情况选择合理的支架。
木支架:巷道木支架形式有梯形棚子、矩形棚子、完全棚子、加强棚子。采煤工作面木支架的形式有:顶板坚硬完整时用点柱,为了增加托顶面积有时戴上柱帽,顶板压力较大,或有平行工作面的裂缝时用横板棚子,顶板压力较小,或有垂直于工作面的裂缝时用顺板棚子,在压力特别大的地方,一般用木垛或丛柱;在放顶线为了切顶和挡住垮落的矸石时,用密集支柱。
木支架的优点:可就地取材,便于运输、便于加工。顶压大时会折断并发出霹雳声,可作为信号柱。广泛适用于小型煤矿,在重点煤矿的采煤工作面处理冒顶、维修上下顺槽、顶板来压时打木垛、作信号柱子等特殊情况时仍在使用。
木支架的缺点:木支架是一种刚性支柱,可缩量仅为0.5~1.0%,顶板下沉后往往因为它的可缩性不够而压劈压断,失去了支撑顶板的作用,初支撑力小,容易使顶板早期脱层破坏容易造成冒顶。据统计,使用木支架比可缩性金属支架事故高10倍多。
十一、单体金属支架:包括摩擦式支柱和铰接顶梁。金属支柱有两种,急增阻式支柱,适用于顶板稳定,下沉量较小的薄煤层工作面;微增阻式支柱,可用在顶板下沉量较大的工作面。铰接顶梁对起伏不平顶板和金属网假顶的适应性较差。急增阻式支柱可缩量为50~120㎜,最大工作阻力为250~350千牛顿。微增阻式支柱可缩量最大为400mm,最大工作面阻力为350千牛顿。
十二、金属支架的几种形式:戴帽点柱对支护不平整顶板的适应性强但不能在比较破碎的顶板下使用。摩擦支柱与铰接顶梁配合使用。形成支架适用于顶板比较破碎或有局部小地质构造的工作面。摩擦支柱与铰接顶梁可组成悬臂支架,可以减少顶板初期下沉,对破碎顶板的管理非常有利。
十三、单体液压支柱:利用液体压力产生工作阻力的单根可缩性支柱,具有由液压挖制升降,支、回柱速度快,支柱承载力均匀等特点。
十四、单体液压支柱的适用范围:适用于缓倾斜煤层顶板中等稳定,采高3m以下的普、炮采工作面的顶板支护,工作面两巷的超前支护以及综采工作面的端头支护。
十五、使用单体液压支柱注意事项:严禁碰撞、重击支柱,存放时要保持站立状态,架设支柱要在底板挖好柱窝,支柱顶盖要与顶梁接触严密。严禁在挖顶区域内提前摘柱。若有自动卸载降柱,活柱卸载后不升降失效柱,柱体有明显变形的损坏柱,活柱下缩到底的死柱,必须立即恢复或更换。
十六、液压切顶支柱:适用于缓倾斜煤层,顶板中等稳定,顶底板较平稳,采高2.5m以下的回采工作面。液压切顶支柱是由大工作阻力的液压支柱与推移千斤顶组成。它的工作阻力是单体液压支柱的3倍,它的底座大,对底板的比压小。它推移输送机力量大,工人可以不进入机道清浮煤。
十七、自移式液压支架:把支柱和顶梁练成整体,加上底座,以高压液体为动力来升降和推移,就形成了自移式液压支架。它能完成支撑、放顶、移架、推移输送机等一整套工序。
十八、锚杆支护:向巷道围岩打眼,眼内锚入锚杆。锚杆巷道挂上金属网,喷上混凝土,即是锚喷支护。利用围岩自身的强度加固顶板。
十九、顶板事故的常见原因:
地质构造的原因:松软破碎的顶板常有小的局部冒顶,坚硬难冒的顶板会发生大冒顶。少数矿井还有冲击地压。如果采掘过程中遇到断层、褶曲等地质构造,更容易发生冒顶。
顶板压力的变化影响初次来压和周期来压时,顶板下沉量和下沉速度都急剧增加,支架受力猛增,顶板破碎,还会出现平行煤壁的裂缝,甚至顶板出现各阶状下沉,这时冒顶的可能性最大。
回采工序的影响,采煤机切割煤壁或工作面放炮时,改柱、回柱和放顶时,对顶板的震动破坏较大,比进行其他工序时容易冒顶。
工作面部位的影响,输送机机头和机尾处,不按规格要求支护的地方,工作面与回风巷和运输巷连接的上、下出口,工作面煤壁线、放顶线与顶板交接处,都是容易冒顶的地方。
人的因素影响,违章指挥、违章作业是造成顶板事故最根本、最直接的原因。
顶板管理方式的影响:托伪顶、留煤顶开采时,厚煤层用竹笆、塑料网、金属网作假顶开采,工序复杂,管理不好就要冒顶。
二十、冒顶的预兆:
响声:岩层下沉断裂,顶板压力急剧加大时,木支架就会发生霹雳声,紧接着出现折梁断柱现象;金属支架的活柱急速下缩,也发出很大响声。有时也能听到采空区内顶板发生断裂的闷雷声。
掉渣:顶板严重破碎时,折梁断柱增加,随着出现顶板掉渣现象。掉渣越多,说明顶板压力越大。在人工顶板下,掉下的碎矸石和煤渣更多,工人叫“煤雨”这就是发生冒顶的危险信号。
片帮:冒顶前煤壁所受的压力增加,煤变的松软,片帮煤比平时增多。大面积片帮说明冒顶的可能性更大。
裂缝:顶梁的裂缝一种是地质构造产生的自然裂隙,一种是由于采空区顶板下沉引起的采动裂隙。如果裂缝加深加宽,说明顶板继续恶化。人们常常在裂缝中插上木楔子,观察它是不是松动或掉下来。判断裂缝扩大了没有,作出预报。
脱层:顶板快要冒落的时候,往往出现脱层现象。检查脱层要用问顶的方法,如果声音清脆,表明顶板完好;顶板发出“空空”的响声,说明上、下岩层之间已经脱离。
漏顶:破碎的伪顶或直接顶,在大面积冒顶以前,有时因为背顶不严或支架不牢出现漏顶现象。漏顶如不及时处理会使棚顶托空,支架松动。顶板岩石继续冒落,就会造成没声响的大冒顶。
二十一、端头支护:工作面上、下端头是指沿工作面方向,上巷下帮向工作面方向10m,下巷上帮向工作面方向10m的范围内。应使用单体液压支柱支护。运输机头机尾部分要使用4对8根11号工字钢长梁支护,保持一梁三柱交替迈步前移。
二十二、防止煤壁片帮:在采高较大,煤质松软、顶板破碎的回采工作面,冒顶事故多由煤壁片帮引起。新暴漏的顶板要及时支护,炮眼距顶板不要太近。采高大于2米,煤质松软,有片帮现象时,要打横撑。加托梁或超前挂金属铰接顶梁,煤壁要刷直,最好使煤壁向工作面前进方向仰斜一点。
二十三、对回柱放顶的要求:对回柱的要求是安全、快速,支架回收干净,使顶板充分垮落,支架回收复用率高。木柱一般用回柱绞车回撤。回收金属支柱时,如顶板比较稳定,支柱受力不大,可以人工回撤。如顶板比较破碎,支柱插入底板或被垮落的岩块埋住应当用绞车回柱。单体液压支柱不允许用机械设备强行回撤。
二十四、回柱放顶前的准备工作:检查顶板压力是否稳定,工作面支柱有无短缺,折断和歪扭,检查回柱绞车是否完好,戗柱是否打牢,回柱绞车钢丝绳的断丝、断股是否超过规定,回柱钩头是否牢固,绞车操作联系信号是否灵敏等,做好准备工作再进行回柱。
二十五、初次放顶:第一次放顶以放两排柱比较合适,即放够开切眼宽度,沿工作面倾斜方向自下而上顺序回柱,也可以分几段同时回柱。初次放顶时,要密切观察顶板活动和冒落情况,必须有初次放顶安全管理小组人员亲自在场指挥。一般从开切眼向前推进10m左右即可初次放顶,放顶前加固工作面支护,适当增加密度,沿工作面每6-10m增加一个木垛,支上向采空区倾斜的戗柱。
二十六、初次来压时的安全措施:初次来压时,单体支护工作面一般采取下列措施:加强支护提高支架的稳定性。
沿放顶线增设1-2排密集支柱。
沿放顶线每隔5-8m增设一个木垛。
设置一梁三柱的戗棚。
可适当加大工作面控顶距;采取小进度多循环作业方式,落煤后及时支架,并增大支护密度;指派专人严密观察顶压变化,同时在工作面和采空区内设信号点柱,如果劈断折断,便是报警信号。
二十七:周期来压时的安全措施:老顶周期垮落同样会给工作面的安全生产带来不利影响,可以采取同初次来压时一样的安全技术措施。不同的是周期来压时要尽量缩小工作面的控顶距,以减轻老顶对工作面的影响。此外,采空区里的支柱一定要回收干净,使直接顶充分垮落,以缓冲老顶垮落时对工作面支架冲击。
二十八、回收单体支柱的方法:运送、安装和拆除液压支架时,必须有安全措施,明确规定运送方式、安装质量、拆装工艺和控制顶板的措施。(收尾时,工作面每推进一排就新打一排木桩,把替换下来的单体支柱和顶梁由下顺槽外运,拆除机电设备外运,用回柱绞车回收木柱)。
二十九、回收单体液压支柱的安全措施:回采到停采线时要留出支护良好的最小挖顶距空间,作为行人和运料用;用大梁套棚和木垛维护好上出口,保证后路畅通;回柱的次序是由采空区向煤壁,由下向上;对拉工作面及有中巷的工作面,如倾角不大可由两头向中间回收。回柱工作必须由熟悉顶板性质责任心强的工人担任,回柱时还必须有专人观察顶板,采空区内的支柱要回收干净,下部顶板垮落赌塞时,如果工作面温度升高,有害气体积聚,回风巷要安设局部通风机加强通风。
三十、金属网假顶的支护:用倾斜分层垮落法开采缓倾斜及倾斜厚煤层,第一分层工作面要铺设人工顶板。用金属网作假顶材料,在开采分层数目较多的厚煤层时最为适宜。(把金属网托至紧贴顶板,铰接顶梁和金属网之间加板皮使支架牢固,出现“网兜”要在煤壁掏梁窝超前挂梁。放顶线要支戗柱)。
三十一、综采工作面防止顶板事故:
架型与围岩条件不适应:在破碎顶梁下没有采用掩护式支架而使用了垛式支架,引起冒顶和漏矸事故。
支架工作阻力确定不合理:有的工作面顶板压力大,而支架阻力造的偏低,结果活柱下缩量过大,引起冒顶,甚至把支架压死,处理非常困难。解决上面的两个问题的关键是要对顶板进行合理的分类,根据顶板压力及岩性特点正确选择液压支架的架型和工作阻力。
液压支架必须接顶。顶板破碎时必须超前支护。在处理液压支架上方冒顶时,必须制定安全措施。
超高采煤:采煤机割煤高度必须保持在支架最大支撑高度的范围内,如果超过支架最大高度,支架失去了支护的作用,致使顶板大量下沉,引起冒顶。端面距大:支架顶梁前端到煤壁这一段顶板没有支护,是引起冒顶的重要原因。端面距一般应不大于300mm。
三十二、加固老巷:老巷就是在工作面推进中遇到的过去掘的废旧巷道,有的老巷和工作面在同一煤层内,有的在工作面的上方或下方。老巷里的支架由于时间长和受工作面超前压力的影响,拆梁断柱较多,顶板破碎,容易冒顶。因此,工作面过老巷时需要采取预防措施。(工作面快到老巷位置时,要在老巷内维修加固,在原有支架下打上一梁二柱和一梁三柱。如果老巷支架上有局部冒落,要用木垛接顶,分层开采时,还要预先铺好金属或塑料顶网。)
三十三、回采工作面应斜过老巷:老巷顶板破碎,压力很大时,工作面不能与老巷平行推进,应在接近老巷时逐步调整工作面推进方向,是工作面与老巷斜交。工作面与老巷斜交处要增加支护密度,加打木垛。
三十四、回采工作面在老巷的上、下方时过老巷:如果老巷在工作面上方,要用大于老巷宽度的长木梁托顶。木梁一头伸入煤壁深窝,打上贴帮柱,长木梁上用木料刹紧背严,再沿倾斜方向打上抬棚。移设运输机以后,靠采空区一侧打上木垛。老巷在工作面下方时,工作面过老巷前应先用矸石和煤填实。工作面推进到老巷时,底板要下长底梁,支柱支在底梁上,防止支柱下沉。在老巷处要加打木垛托顶。
三十五、回采工作面过断层:断层破坏了煤层的完整性,造成裂隙和破碎带。回采工作面过断层时,先把工作面与断层走向的交角弄清。断层交角越小,工作面出现的破碎带宽度越大,冒顶的可能性越大。断层落差小于0.8m可以直接采过去,断层落差较大时要在两侧打好木垛戴帽戗柱。
三十六、回采工作面过褶曲:回采工作面过褶曲,可能要留下顶煤和底煤,如果顶煤留不住,要及时挑落,并在支架上用小木垛接顶。留底煤时柱子不要穿鞋。在挑顶、卧底处附近,要架设木垛,加强支护。褶曲变化平缓,工作面可以直接采过去。褶曲变化较大,要根据情况采用挑顶或卧底的方法。
三十七、工作面过自然裂隙:煤层和岩层中的自然裂隙,如层理面和节理面等,会降低岩体的强度,破坏顶板的完整性,是工作面发生冒顶的一个重要原因。(1、落煤后要马上支柱,支柱初撑力要高,以减少离层。2、顶梁之间要加撑子。3、要使工作面对着主节理的倾向推进,这样顶板的状态好。4、如果顺着主节理的倾向推进,顶板容易沿节理面下沉脱落)。
三十八、工作面过采动裂隙:采动裂隙也叫“压力裂隙”,往往超前煤壁5-15m就已形成,常与节理裂隙互相交切,使顶板形成楔形岩块,很容易冒落。要及时敲帮问顶,挑落活矸并及时支护。顶板如果出现张开的裂隙或台阶下沉,有大冒顶的危险。
三十九、单体支护工作面矿压观测:单体支护工作面矿压观测的主要内容有:顶板下沉量、顶板下沉速度、支柱所能承受的压力和活柱压缩量(1、从测杆上看标尺,测顶板下沉量。2、从测杆上看百分表,记录顶板下沉速度,从测力计上记录支柱所受的压力)。
四十、观测矿压掌握顶板活动规律:观测完顶板岩石顶板下沉速度、支柱所受的压力,支柱压缩量以后,要对测量数据进行综合分析,一方面得出工作面顶板压力活动规律,一方面发现顶板管理存在的问题。
