煤矿顶板事故及预防.ppt

相互探讨，共同提高 主要内容 1、顶板事故的危害性 2、基本概念 3、矿山压力显现规律及影响因素 4、顶板事故的致因及防治 5、讨论分析 第一节 顶板事故的危害性 一、事故案例及统计数据 1、影片1 2、湖南省2010年4月~11月事故统计 2010年4月~11月湖南省煤矿共发生伤亡事故93次，死亡人数156人，其中：发生顶板事故41次，占总事故数的44.1%；发生顶板事故总共死亡人数51人，占32.6%。 二、原因初步分析（大家讲） 三、顶板管理的基本问题: 一是合理支护； 二是有效管理（支护）。 合理支护→ 适应的支护类型、支护密度 →掌握支护对象的特性及运动规律→顶（底）板岩石特性及分类、矿山压力规律。 有效管理（支护） →制定有效的管理制度和科学和监控手段及应对措施→合格的工程质量、有效的支护效果。 第二节 顶板管理基本知识 1、基本概念 ①矿山压力 ②初次来压、周期来压、采场压力 ③顶板岩石特性：力学性质表现（σ压＞σ剪＞σ弯＞σ拉）、非均质体（各向异性）。 2、采煤工作面围岩移动特征 3、采煤工作面顶板分类 直接顶分类、老顶分类。 4、顶板事故的产生与控制 第二节 基本概念 一、矿山压力基本概念（影片1） （一）矿山压力 矿山压力就是由于井下采掘工作破坏了岩体中原岩应力平衡状态，引起应力重新分布，我们把存在于采掘空间周围岩体内和作用在支护物上的力称为矿山压力。 （二）矿山压力来源 1、自重应力 2、构造应力 3、膨胀应力 （三）矿山压力显现（影片3） 在矿山压力作用下，围岩和支架所表现出来的力学宏观现象，如围岩变形，离层，破坏和冒落，支架受力变化和折损，煤（岩）突出，充填物产生压缩和地面塌陷等，称为矿山压力显现，简称矿压显现。 采煤工作面矿压显现的主要形式：工作面顶板下沉、支架变形与折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、支柱插入底板、底板膨胀鼓起等。 二、 采煤工作面围岩移动特征 采煤工作面上方的岩层——顶板（影片5 7.22~13.03 ） 下方的岩层——底板 顶板分类： 伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，允许悬露的面积很小(一般不超过10m2),允许悬露的时间很短(一般不超过20min),厚度一般0.3～0.5m以下； 直接顶：位于伪顶或直接位于煤层之上，具有一定稳 定性，可悬露一定的面积和时间来支设支架，但随移架或回柱放顶后能自行垮落的岩层； 基本顶：位于直接顶或煤层之上，厚而坚硬难垮落的岩层，俗称老顶。 （一） 直接顶初次垮落 采煤工作面自切眼推进一段距离后，直接顶悬露达到一定跨度，就要对采空区顶板进行初次放顶，使直接顶垮落下来，这一过程称作直接顶的初次垮落。 碎胀系数: Kp=V′/V 直接顶岩层总厚度 ，则它冒落后堆积高度为 ，其与基本顶间可能留下的空隙： （二）基本顶的初次垮落 1、基本顶初次垮落前岩层结构 若Δ0，随直接顶初次垮落，基本顶在一定范围内呈现悬露状态，可视为“板”；由于基本顶在采煤工作面方向上的长度远大于推进方向长度，可将其视为一端由采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承的两端支撑的梁结构。 2、基本顶初次垮落与初次来压 随采煤面继续推进，基本顶悬露跨度逐渐增大，产生弯曲，达到一定跨度时，发生垮落。基本顶第一次垮落称为基本顶初次垮落。 3、基本顶初次垮落步距确定 基本顶初次垮落时，其最大悬露跨度L初称为基本顶初次垮落步距。 （1）一般情况下，视基本顶为两端固定梁 极限垮距（只考虑按弯距计算） L初： 基本顶断裂后的平衡拱结构 基本顶岩梁达到极限跨距断裂后，并不一定立即垮落，断裂岩块间由于回旋形成挤压，能形成平衡拱式的结构。 （三）基本顶的周期来压 1、基本顶来压前的状态 基本顶初次垮落后，随着采煤工作面继续推进，工作面上方的基本顶岩层由两端固定梁状态转变为悬臂梁状态。如图所示： 2、基本顶周期来压及矿压显现特征 当采煤工作面继续推进，基本顶悬挂臂跨度达到极限跨度时，基本顶在其自重及上覆岩层载荷的作用下，将沿采煤工作面煤壁甚至煤壁之内发生折断和垮落。 随着采煤工作面的推进，基本顶这种“稳定－失稳－再稳定”现象，将周而复始地出现，使采煤工作面矿山压力周期性明显增大。这种基本顶的周期性破断失稳对工作面产生的周期性的来压显现，称为基本顶的周期来压。 基本顶周期来压及矿压显现特征 3、周期来压步距的确定 （四）工作面上覆岩层移动规律 根据岩层移动特征，可将煤层的上覆岩层分为冒落带(Ⅰ)、裂缝带(Ⅱ)、弯曲下沉带(Ⅲ)。如图所示： 三、 采煤工作面顶板分类 科学的分类可为顶板控制、支架选型、