頂板事故分析及預(yù)防措施

1、畢 業(yè) 論 文煤礦頂板事故分析及預(yù)防措施 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 函數(shù)站點(diǎn)： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2011年11月摘 要通過(guò)對(duì)20042008 年的5 年間全國(guó)煤礦頂板事故統(tǒng)計(jì)資料分析，總結(jié)了全國(guó)煤礦頂板事故的變化趨勢(shì)，分析了國(guó)有重點(diǎn)、國(guó)有地方、鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體三類煤礦和不同省區(qū)、不同作業(yè)場(chǎng)所、不同月份頂板事故發(fā)生情況。從數(shù)據(jù)分析可知，冒頂引起的傷亡事故，在煤礦傷亡事故中占很大的比重。開(kāi)展防止冒頂事故的對(duì)策研究，對(duì)大幅度降低煤礦傷亡事故，減少經(jīng)濟(jì)損失，具有重大意義，并在此基礎(chǔ)上，論述了頂板事故的相關(guān)情況及其原因，提出了今后預(yù)防頂板事故的具體措施。關(guān)鍵詞：煤礦；頂板事故；統(tǒng)計(jì)分析；預(yù)防措施摘 要21、煤層

2、的頂?shù)装甯攀?2、煤礦頂板事故統(tǒng)計(jì)分析42.1煤礦頂板事故變化趨勢(shì)42.2 不同類型煤礦頂板事故情況42.3 不同省區(qū)煤礦頂板事故情況52.4 不同作業(yè)場(chǎng)所頂板事故發(fā)生情況62.5 不同月份頂板事故發(fā)生情況63 影響采煤工作面頂板管理的主要因素73.1采場(chǎng)圍巖對(duì)礦山壓力和頂板管理的影響73.2影響采煤工作面頂板管理的技術(shù)因素73.3影響采煤工作面頂板管理的地質(zhì)因素94防范措施94.1對(duì)開(kāi)采煤層的礦壓觀測(cè)94.2 合理布置區(qū)段順糟有利于頂板管理104.3根據(jù)頂板巖性，合理選用支架形式及采煤工藝104.4 其他防范措施125、結(jié)語(yǔ)12煤礦屬于高危行業(yè)，在回采工作面推進(jìn)過(guò)程中，經(jīng)常有突然涌水火災(zāi)、瓦

3、斯、煤塵爆炸和大面積冒頂?shù)葹?zāi)害的侵?jǐn)_。其中，頂板事故則是影響工作面生產(chǎn)的一大隱患。因此有必要對(duì)頂板事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，了解掌握冒頂事故發(fā)生的原因和條件，摸清事故發(fā)生規(guī)律，制定針對(duì)性防范措施，促進(jìn)煤礦的安全生產(chǎn)工作。1、煤層的頂?shù)装甯攀雒簩拥捻數(shù)装迨侵该合抵形挥诿簩由舷乱欢ň嚯x的巖層，按照沉積順序，在下常情況下，位于煤層之下，先于煤層生成的巖層是底板；位于煤層之上，在煤層形成之后的巖層叫頂板由于沉積物質(zhì)和沉積環(huán)境的差異，頂?shù)装鍘r層性和厚度各不相同，在開(kāi)采過(guò)程中破碎，冒落的情況也就不同，了解這些巖層的巖性特征厚度層理及節(jié)理發(fā)育程度，強(qiáng)度及含水性等，對(duì)確定頂板管理和巷道支護(hù)方式均有重要意義根據(jù)頂?shù)装鍘r

4、層相對(duì)煤層的位置和垮落性能，強(qiáng)度等特征的不同，從上至下頂板劃分為基本頂（老頂） 直接頂偽頂三個(gè)部分；底板分為偽底、直接底及老底三個(gè)部分。不過(guò)，對(duì)于某個(gè)特定的煤層來(lái)說(shuō)，其頂?shù)装宓倪@六個(gè)組成部分不一定發(fā)育俱全可能缺失某一個(gè)或幾個(gè)組成部分的巖層。2、煤礦頂板事故統(tǒng)計(jì)分析2.1煤礦頂板事故變化趨勢(shì)2004- 2008 年的 5 年間，全國(guó)煤礦共發(fā)生頂板事故7754 起，死亡9009 人，分別占同期煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)（14267 起，死亡23712人）的54.3%和38.0%。5年間，頂板事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別由2004 年的 1985 起、死亡2309 人，逐步下降到2008年1032 起、122

5、2 人，下降了48.0%和47. 1%，見(jiàn)圖1。圖1 2004-2008 年煤礦頂板事故起數(shù)變化情況2.2 不同類型煤礦頂板事故情況在2004- 2008 年的5 年間，國(guó)有重點(diǎn)、國(guó)有地方、鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體三類煤礦發(fā)生頂板事故的情況如下：國(guó)有重點(diǎn)煤礦。5年間國(guó)有重點(diǎn)煤礦頂板事故呈持續(xù)下降的趨勢(shì)，事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別由2004年的170起、死亡189人，下降到 2008年91 起、128 人，分別下降了 46. 5%和 32. 3%。平均每年國(guó)有重點(diǎn)煤礦發(fā)生頂板事故140 起，死亡165人，分別占國(guó)有重點(diǎn)煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)的37. 6%和23.7%。國(guó)有地方煤礦。5 年間國(guó)有地方煤礦頂板事故起數(shù)和

6、死亡人數(shù)分別由 2004 年的 323 起、死亡362 人，下降到 2008 年的 103 起、120 人，分別下降了68.1%和66.9%。平均每年發(fā)生頂板事故199 起，死亡230人，分別占國(guó)有地方煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)的 51. 2%和40.9%。鄉(xiāng)鎮(zhèn)個(gè)體煤礦。5 年間鄉(xiāng)鎮(zhèn)個(gè)體煤礦頂板事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別由2004 年的1493 起、死亡1760 人， 下降到 2008 年 838 起、974 人，分別下降了43.9%和44.7%。平均每年發(fā)生頂板事故1012 起，死亡1408，分別占鄉(xiāng)鎮(zhèn)個(gè)體煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)的57. 9%和 40. 4%。總的說(shuō)來(lái)，這 5年時(shí)間里，在三類煤礦中，

7、雖然國(guó)有地方煤礦頂板事故下降幅度最大，但鄉(xiāng)鎮(zhèn)個(gè)體煤礦頂板事故的下降幅度也高于國(guó)有重點(diǎn)煤礦，究其原因，主要是這5 年的時(shí)間里，通過(guò)強(qiáng)有力的整頓關(guān)閉措施，有效地推動(dòng)了鄉(xiāng)鎮(zhèn)個(gè)體煤礦開(kāi)采技術(shù)裝備水平和安全生產(chǎn)管理水平提高。2.3 不同省區(qū)煤礦頂板事故情況不同省區(qū)煤礦頂板事故災(zāi)害的嚴(yán)重情況也不盡相同，2006- 2008 年 3 年間發(fā)生頂板事故最多的是貴州省，平均每年發(fā)生頂板事故 215 起、死亡244 人。其次是四川省，發(fā)生 213 起、死亡 232人，居第三位的是重慶，發(fā)生 154 起、死亡 167人，圖2 為部分省區(qū)煤礦 2006- 2008 年 3 年間每年平均頂板事故發(fā)生情況。圖2 2006

8、-2008 年部分省區(qū)煤礦年平均頂板事故根據(jù)2006- 2008 年3 年間全國(guó)平均煤炭產(chǎn)量計(jì)算，全國(guó)煤礦頂板事故百萬(wàn)噸死亡率平均為0 .613。其中頂板事故百萬(wàn)噸死亡率最高的省區(qū)是：重慶市為 5. 946；湖北省為 5. 227；湖南省為3. 041，四川省為 3. 019。頂板事故百萬(wàn)噸死亡率最低的省區(qū)是：內(nèi)蒙古自治區(qū)為 0. 037；山東省為0. 086；山西省為0.128。最高與最低省區(qū)相差158倍。2006- 2008 年部分省區(qū)頂板事故百萬(wàn)噸死亡率情況見(jiàn)圖3。圖3 2006-2008 年部分省區(qū)煤礦年平均頂板事故百萬(wàn)噸死亡率2.4 不同作業(yè)場(chǎng)所頂板事故發(fā)生情況通過(guò)2004- 200

9、8 年間的統(tǒng)計(jì)資料表明，明確有發(fā)生地點(diǎn)的頂板事故496 起、死亡786 人。發(fā)生在回采工作面的 206 起、死亡 342 人，分別占43. 5%和40. 6%（其中較大以上事故 29 起、死亡120人， 分別占 5 . 8% 和 15. 3%）。發(fā)生在掘進(jìn)巷道的210 起、死亡312 人，分別占 42 .3 和39.7% （其中較大以上事故 26 起、死亡 105 人，分別占5 .2%和13. 4% ）。發(fā)生在其他場(chǎng)所（含井筒、硐室等地點(diǎn)）的 80 起、死亡132 人，分別占16. 1%和16. 8% （其中較大以上事故9 起、死亡 39 人，分別占1. 8%和5. 0% ）。2.5 不同月份

10、頂板事故發(fā)生情況通過(guò)對(duì)5 年間頂板事故發(fā)生情況分析，每年的12月、1月、2月這3個(gè)月份，頂板事故相對(duì)較少，平均發(fā)生頂板事故266 起、死亡304 人，分別占全年平均頂板事故起數(shù)和死亡人數(shù)的17. 2%和16. 9%。每年的6月、7月、8月這3 個(gè)月份，頂板事故相對(duì)較多，平均發(fā)生頂板事故465 起、死亡537人，平均占每年頂板事故起數(shù)和死亡人數(shù)的30.0%和29. 8%， 接近全年頂板事故的三分之一，見(jiàn)表1，其中 7 月份平均事故起數(shù)最多，為158起，而6 月份事故死亡人數(shù)最多，平均死亡 187人。與此形成鮮明對(duì)比的是，2月份頂板事故最少，平均為65 起、死亡74 人，平均占每年頂板事故起數(shù)和死

11、亡人數(shù)的4. 2%和4.1%。表1 2004-2008年5年間各月份平均頂板事故情況排序月份事故/起死亡/人11210712426574193106小計(jì)266304291271531012615011126145小計(jì)3794493314217441521765146163小計(jì)4405124615718771581778150173小計(jì)4655373 影響采煤工作面頂板管理的主要因素3.1采場(chǎng)圍巖對(duì)礦山壓力和頂板管理的影響采場(chǎng)圍巖的組成及其 力學(xué)性質(zhì)對(duì)維護(hù)采場(chǎng)工作空間起決定性作用。直接頂是采煤工作面直接維護(hù)的對(duì)象，是選擇支架結(jié)構(gòu)及架型 的一個(gè)重要依據(jù)。直接頂分不穩(wěn)定、中等穩(wěn)定和穩(wěn)定三類 。直接頂

12、的穩(wěn)定性與其節(jié)理裂隙發(fā)育程度有關(guān)。構(gòu)造裂隙中的剪裂隙使頂板容易在無(wú)預(yù)兆中冒落。平行于工作面而且傾向于煤壁的地壓裂隙很容易造成直接頂?shù)呐_(tái)階下沉，對(duì)頂板管理不利。老頂一般指裂隙帶巖層 ，其活動(dòng)狀態(tài)形成了工作面的初次來(lái)壓及 周期來(lái)壓。老頂離煤層越近，對(duì)工作面影響越大。3.2影響采煤工作面頂板管理的技術(shù)因素(1) 采高與控頂距對(duì)頂板管理的影響。采高與控頂距的大小，直接影響著工作面頂板壓力和頂板下沉量的變化。頂板最終下沉量與采高的關(guān)系式如下：式中： 頂板最終下沉量，； 采高，； 冒落巖石初始碎脹系數(shù)一般為1.31.5； 冒落巖石壓實(shí)后碎脹系數(shù)一般為1.03；因?yàn)榻咏?，所以頂板最終下沉量幾乎等于采高。由

13、上式可以看出頂板最終下沉量與采高成正比。從理論上講，頂板巖石冒落帶的高度，由采高而定，其計(jì)算公式如下： （初次來(lái)壓前） （初次來(lái)壓后） 采空區(qū)邊緣頂板下沉量，由上式可以看出 初次來(lái)壓前冒落帶的高度大于初次來(lái)壓后冒落帶的高度冒落帶高度一般為采高的23倍。采高越小，冒落的研石越容易充滿采空區(qū)，使頂板壓力和頂板下沉量減小，并且來(lái)的緩慢，有利于頂板管理?？仨斁嗯c頂板下沉量的關(guān)系式如下：式中： 控頂距處頂板下沉量，； 巖體的整體力學(xué)性質(zhì)系數(shù)，一般為0.250.05； 控頂距離，。由上式可以看出控頂距與頂板下沉量成正比。根據(jù)實(shí)際測(cè)定，距煤壁處頂板下沉量是采高的 10% 20% ，與上式計(jì)算結(jié)果相同。綜上所

14、述，采高與控頂距越小，頂板下沉量越小，頂板就越穩(wěn)定。采高與控頂距越大，頂板下沉量越大，頂板就不穩(wěn)定，難以管理。(2)采煤工作面推進(jìn)速度對(duì)頂板管理的影響。采煤工作面頂板下沉，主要是老頂及其上覆巖層活動(dòng)的結(jié)果。老頂“砌體梁”的前后支承點(diǎn)為煤壁和已垮落的巖石。煤壁和采空區(qū)已垮落巖石的壓實(shí)程度隨時(shí)間的增加而增大，因而采煤工作面頂板下沉量也隨時(shí)間的增加而增大。由此可知，加快工作面推進(jìn)速度，就能減少工作面頂板下沉量。（3）采煤工作面落煤和放頂對(duì)頂板管理的影響。采煤工作面放炮或采煤機(jī)落煤，破壞了煤壁的支承點(diǎn)，使控頂距增加了一個(gè)落煤寬度，再加上支承壓力的內(nèi)移，頂板下沉量必然急劇增加。當(dāng)支承壓力內(nèi)移又處于新的平

15、衡，剛裸露的頂板打上了支柱，頂板下沉量又逐漸趨于緩和。（4）采煤工作面不同地段對(duì)頂板管理的影響。采煤工作面上下端頭，是安全出口，控頂面積大，又因運(yùn)輸機(jī)頭、尾等移動(dòng)時(shí)，反復(fù)支撤支架，頂板易松動(dòng)破壞，必須加強(qiáng)管理。采煤工作面煤壁區(qū)為機(jī)、炮道，落煤后如支護(hù)不及時(shí)，易發(fā)生事故。采媒工作面放頂線如回柱放頂不力易發(fā)生事故。采煤工作面中部，不受區(qū)段煤柱支撐影響，頂板下沉量大，如再有中間出口，或有運(yùn)輸機(jī)頭、尾，更容易發(fā)生頂板事故，必須加強(qiáng)維護(hù)。（5）采煤工作面上部煤柱對(duì)頂板管理的影響。在開(kāi)采近距煤層（或分層采煤）過(guò)程中，上部煤層（或上分層）留下煤柱，該煤柱支撐著上覆巖層，造成煤柱范圍的壓力集中。當(dāng)下部煤層（或

16、下分層）采煤工作面采到該煤柱下方時(shí)，頂板壓力顯著增加。（6）采煤工作面留頂、底煤對(duì)頂板管理的影響。當(dāng)煤層較厚，不能一次采全高時(shí)，有時(shí)留頂煤或底煤。因一般煤的強(qiáng)度小，當(dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，頂煤易壓酥，造成支柱脫頂，留底煤，支柱易鉆底，都會(huì)造成頂板下沉量大，甚至發(fā)生冒頂，故一般情況下，不準(zhǔn)留頂煤或底煤。3.3影響采煤工作面頂板管理的地質(zhì)因素（1）斷層它破壞了煤層頂?shù)装宓耐暾?，尤其是平行或與工作面交角小的斷層，更增加了頂板管理的難度。由于斷層影響，初次來(lái)壓和周期來(lái)壓的步距會(huì)發(fā)生變化，必須認(rèn)真分析，加強(qiáng)管理。（2）褶曲。波浪起伏的小褶曲，會(huì)造成頂板局部破壞，同時(shí)使工作面在推進(jìn)過(guò)程中，忽而采上山煤，忽而采下山

17、煤，給采煤、頂板和煤壁的管理帶來(lái)一定困難。（3）煤層傾角。煤層傾角越大，影響頂板下沉的力越小，一般急傾斜工作面，其頂板下沉量約比緩傾斜工作面小一倍。由于冒落帶矸石自頂板垮落后沿底板滑落，因而造成工作面下部充填較滿而其上部則松。一般來(lái)講，煤層傾角越大，開(kāi)采難度越大，支、回柱困難，且有跑底的可能。工作面的支架和設(shè)備必須采取防滑措施。4防范措施4.1對(duì)開(kāi)采煤層的礦壓觀測(cè) 通過(guò)礦壓觀測(cè)，合理確定支護(hù)密度。采場(chǎng)支護(hù)密度的計(jì)算公式：其中： 采場(chǎng)支護(hù)密度，架/；頂板最大荷載值，取礦壓觀察數(shù)據(jù)，；支架實(shí)際工作阻力，/架；支架增阻系數(shù)，恒阻為1，微增阻為0.85，急增阻為0.5；承載不均勻系數(shù)一般為0.75。如

18、果按上式計(jì)算出的支護(hù)密度實(shí)際很難達(dá)到，就要增設(shè)特殊支架，提高支撐力。 通過(guò)礦壓觀測(cè)，比較準(zhǔn)確地掌握頂板來(lái)壓規(guī)律，在工作面初次來(lái)壓或周期來(lái)壓前，加強(qiáng)支護(hù)。 通過(guò)礦壓觀測(cè)，為合理選用架型與采煤方法提供了科學(xué)依據(jù)。4.2 合理布置區(qū)段順糟有利于頂板管理 工作面的長(zhǎng)度要根據(jù)煤層賦存情況、頂?shù)装逍再|(zhì)、技術(shù)裝備水平和機(jī)械化程度合理確定。確保采煤工作面推進(jìn)速度快、效率高。一般工作面長(zhǎng)100200 m，如布置對(duì)拉面，可適當(dāng)加大。 在厚度2 m以下的煤層，推廣使用沿空留巷或沿空送巷的方法，既減少了區(qū)段煤柱的損失，同時(shí)采煤工作面上下端頭和兩巷壓力小容易維護(hù)。4.3根據(jù)頂板巖性，合理選用支架形式及采煤工藝 單體支架

19、的選用。采煤工作面頂板堅(jiān)硬、完整，采用戴帽點(diǎn)柱支護(hù)；頂板中等穩(wěn)定或比較破碎時(shí)，支柱與絞接頂梁（或兀型鋼）套使用在壓力大，頂板破碎情況下，采用走向連鎖棚，并用木料背好頂；如頂板裂隙垂直工作面，采用傾斜棚子支護(hù)。因單體支架穩(wěn)定性差，考慮到老頂來(lái)壓的因素，可根據(jù)具體情況，酌情采用叢柱、排柱、木垛、抬棚、斜撐柱等特殊支架來(lái)加固。對(duì)于無(wú)周期來(lái)壓或周期來(lái)壓不明顯的頂板，采用加大支護(hù)密度，無(wú)密集切頂?shù)霓k法管理。 液壓支架的選用。頂板堅(jiān)硬完整，選用支撐式液壓支架。其特點(diǎn)能承受來(lái)自支架后部的礦山壓力，通風(fēng)斷面大，行人方便，每m鋼材用量小。頂板破碎，選用掩護(hù)式液壓支架。其特點(diǎn)能加強(qiáng)對(duì)剛裸露頂板及機(jī)道上方頂板的維護(hù)

20、，但對(duì)來(lái) 自掩護(hù)梁上方的頂板壓力適應(yīng)性較差。支撐掩護(hù)式液壓支架，兼有以上兩種支架的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)頂板適應(yīng)性強(qiáng)，是一種較好的架型。 在保證滿足采煤工作面通風(fēng)、行人的條件下，盡量減少采煤工作面控頂距離。單體支架工作面，在初次來(lái)壓前，為增加頂板的穩(wěn)定性和對(duì)頂板的總支撐力，控頂距離可適當(dāng)加大，等初次來(lái)壓過(guò)后，再適當(dāng)減小。 合理確定采高。采高過(guò)大，頂板不好控制，支柱困難，距離又大，煤壁易片幫，給安全生產(chǎn)帶來(lái)很多困難，同時(shí)考慮到單體液壓支柱系列化，采高一般控制在2.8 m以下為好。對(duì)于厚度2.8 m以上的煤層，首先考慮使用大采高的綜采設(shè)備開(kāi)采，如條件不允許的可實(shí)行分層開(kāi)采。對(duì)于無(wú)煤和瓦斯突出，煤層不易自然發(fā)火的

21、礦井中，開(kāi)采條件困難，厚度變化大的厚煤層，可考慮采用綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采。 堅(jiān)持支護(hù)質(zhì)量和頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，做好采煤工作面的地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，并進(jìn)行認(rèn)真地分析和處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取針對(duì)性措施，超前處理，防患于未然。 做好回柱放頂工作回柱前對(duì)安全情況進(jìn)行全面檢查，認(rèn)真分析回柱地點(diǎn)的情況，以及斷層、裂隙、煤柱、老巷或懸頂?shù)葐?wèn)題的影響，并采取針對(duì)性的安全措施?；刂仨氂袑Ｈ吮O(jiān)護(hù)。在回最后幾棵或壓力集中區(qū)的支架時(shí)，必須提前加固好工作地點(diǎn)。分段回柱，要根據(jù)頂板情況、采高和傾角大小，合理確定分段回柱的安全間距。在同一走向位置，回柱不能與其它工序平行作業(yè)，必須有足夠的超前和滯后距離?；刂螅敯宀豢迓洌鶕?jù)具

22、體情況，及時(shí)采用特殊支架進(jìn)行加固或強(qiáng)制放頂。 加強(qiáng)采煤工作面上下端頭、中間出口和溜頭溜尾處的維護(hù)。溜頭溜尾處，堅(jiān)持使用四對(duì)八梁大鋼梁支護(hù)。綜采工作面上下端頭推廣使用端頭支架。采煤工作面上下順槽和中間巷，在距安全出口20 m范圍內(nèi)進(jìn)行超前處理，根據(jù)巷道支護(hù)和頂板情況，酌情采用抬棚、掛頂梁支柱、回棚支柱等方法處理。 特殊條件下的采煤措施。采煤工作面上部有老巷，且間距小，有冒頂可能，必須提前探清老巷內(nèi)是否有積水和瓦斯，要首先排放完，才允許進(jìn)行其它工作。采煤面過(guò)斷層、上部煤柱、老巷時(shí)，對(duì)這些地段要超前處理，采煤工作面切忌與其平行推進(jìn)，應(yīng)提前調(diào)面，盡量加大工作面與其夾角，盡量減少工作面每次推進(jìn)受其影響地段的長(zhǎng)度。在工作面受其影響的地段，加大支架密集，用料背好頂，斷層面打好斜撐柱。如是炮采要減少炮眼間距和每孔裝藥量，少拉炮，及時(shí)支護(hù)，盡量減少空頂時(shí)間和空頂面積。如頂板很破碎落煤前采用掏梁窩探頂梁的辦法。如老巷置于底板支柱要支在墊好的板梁上。 下行式分層采煤。在采上分層時(shí)，必須嚴(yán)格按作業(yè)規(guī)程的要求掌握好采高，鋪好網(wǎng)，灌好泥漿。上、下分層開(kāi)采的間隔時(shí)間六個(gè)月，保證形成質(zhì)量好的再生頂板，為下分層采煤創(chuàng)造良好的條件。4.4 其他防范措施 強(qiáng)化安全監(jiān)察力度，強(qiáng)制性地對(duì)職工進(jìn)行安全意識(shí)教育，牢固樹(shù)立安全第一的思想，