煤矿典型事故案例分析(掘进顶板)课件.ppt
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1、典型事故案例分析(掘进顶板),煤矿,主要内容,一、近年顶板事故概况二、巷道支护三、掘进顶板管理四、掘进顶板事故的防治五、掘进顶板事故案例,第一节 近年顶板事故,顶板事故虽然不像瓦斯、水害、火灾事故那样给煤矿造成灭顶之灾,但其发生频率高,在煤矿各类事故所占比例大。,1、煤矿顶板事故零星多发集团公司自2003年至2012年为止,共发生顶板安全事故49起(新庄孜7起、张集、谢桥、潘北各5起、谢一、潘一、孔李各4次),其中死亡事故45起47人,占事故总数91.84%。,2、锚杆支护巷道顶板事故时有发生2003年以来,集团公司和矿追查的锚杆支护安全事故共17起,除潘一矿“2009.2.11”锚索戳眼导致
2、死亡事故外,其它16起都属于顶板事故,共造成6人死亡、5人受伤。其中影响比较大的有三起:朱集东矿“2014.1.14”顶板事故,造成2人死亡、4人受伤、21人被堵;潘二矿2011年“73”事故,10人被堵;谢桥矿2006年“1010”事故,8人被堵。,2003年以来锚杆支护顶板事故统计表,3、事故原因分析按事故类别分:发生在掘进期间6起,占37.5%;发生在使用期间6起,占37.5%;发生在巷修期间4起,占25%。按空间位置分:发生在断层带、淋水带、破碎带7起,占43.75%;发生在应力集中区5起,占31.25%;发生在大断面、交岔点处3起,占18.75%。,第二节 巷道支护,一、 巷道围岩压
3、力的概念,(一)巷道围岩压力地下岩体在开挖以前,由于自重和构造所引起的应力是处于平衡状态。当开掘巷道或进行回采工作时,破坏了原来的应力平衡状态,就会引起岩体内部应力的重新分布。表现为巷硐周围煤、岩体产生移动、变形甚至破坏,直到煤、岩体内部形成一个新的应力平衡状态为止。在此过程中,巷道本身或安设在其中的支护物会受到各种力的作用。这种由于在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护物上所引起的力,就叫做“矿山压力”。,在矿山压力的作用下,会引起各种力学现象,如顶板下沉,底板臌起,巷道变形后断面缩小,岩体破坏散离甚至大面积冒落,煤被压松产生片邦或突然抛出,支架严重变形
4、或损坏,充填物被压缩,以及大量岩层移动地表塌陷等等。这些由于矿山压力作用,使围岩、煤体和各种人工支护物产生的种种力学现象,统称为“矿山压力显现”。围岩膨胀、崩解体积增大而施加于支护上的压力,称为膨胀压力。膨胀压力与变形压力的基本区别在于它是由吸水膨胀而引起的。从现象上看,属于变形压力范畴,但两者的变形机制截然不同,前者是指与水发生物理化学反应,后者主要是围岩应力与结构效应。,(二)影响巷道围岩压力的地质因素,影响围岩压力的因素很多,通常可分为地质、开采和支护等类,影响围岩压力的地质因素有:原岩应力状态、围岩力学性质及岩体结构等。(1)原岩应力状态原岩应力是引起围岩变形、破坏的基本作用力。原岩应
5、力随开采深度的增加而增长。所以,随采深的增加,巷道围岩压力会明显增长。原岩体中主应力的大小和方向不同,对巷道的影响作用不同,也直接影响到围岩压力。(2)围岩力学性质围岩力学性质是指它的强度(包括抗压、抗拉、抗剪等各种强度和粘聚力c、内摩擦角等值)和变形性质及其它力学属性。不言而喻,强度小的岩体,围岩压力必然大,反之亦然。C、值大的岩体,其围岩压力小,反之亦然。其中的影响要较c大。岩体的变形性质是指它的弹性、塑性和粘性。岩体的塑性变形和粘性流动是影响围岩压力大小的重要因素,许多围岩压力较大的巷道,常常是由它引起的。,(3)岩体结构当结构面强度远小于结构体强度时,结构对围岩压力的影响极大。通常岩体
6、破坏首先从弱面开始,这是围岩压力在节理和层理等弱面发育区、破坏带、断层和褶皱区显现强烈的重要原因。由于层状岩体具有定向弱面,所以层状岩体的走向和倾角也与围岩压力密切相关。如果岩层走向与巷道轴向平行或夹角很小,则岩体结构容易与巷道轴线形成不稳定的松动体,因而围岩压力大。水平岩层沿巷道侧帮的稳定性较好,因而帮压较小,而顶压较大。(4)膨胀压力的影响因素影响膨胀压力的因素主要有岩石的组成与胶结状态,物理化学性质,围岩中水分的补给状况,水与岩石的接触条件,支护和充填层的可塑性等。,(三)巷道矿压控制原理,巷道中的矿压显现是客观的自然现象,除了一些特殊情况外,在采掘过程中企图完全消除这种现象是不可能的。
7、然而在掌握巷道矿压显现规律的基础上,以岩石力学理论为指导,有可能在不同程度上减轻矿压显现对巷道的危害,从而达到安全生产和取得较好技术经济效果的目的,这是巷道矿压控制的基本任务。,巷道矿压控制的三类方法及途径:第一类:巷道保护 第二类:巷道支护第三类:巷道维护(维修) 目前所采用的各种矿压控制方法,从其对付矿压的原理来看不外“抗压”、“让压”、“躲压”、“移压”等几种 。,巷道矿压控制基本原理及途径,二、巷道支护及其材料,传统的巷道支护有木支护、料石及混凝土砌碹、矿工钢支护、U型钢支护。目前,广泛采用的有锚杆支护以及喷射混凝土支护。1、木材支架 2、料石和混凝土砌碹3、金属支架:承载能力大,可多
8、次复用,储运方便,安装容易及迅速等优点 。,料石支护的基本形状,金属支架,金属支架矿用工字钢刚性支架 微拱形刚性金属支架 矿用工字钢梯形可缩性支架U型钢拱形可缩性支架 U型钢梯形可缩性支架 4、锚杆支护1.普通圆钢粘结式锚杆2可拉伸锚杆3高强度和超高强度锚杆4管缝式锚杆5可切割锚杆和可回收锚杆6桁架锚杆7组合锚杆,5、喷射混凝土支护喷射混凝土支护是用喷射机将混凝土混合物喷射在岩石表面上硬化而成的一种支护。先将砂、石过筛,按配合比和水泥一同送入搅拌机内搅拌,然后用矿车将拌合料运送至工作面,经上料机装入以压缩空气为动力的喷射机,在经输料管吹送到喷头处与水混合后喷射在岩面上。6、锚喷支护锚杆和喷射混
9、凝土虽各有优点,但也都有不足之处。锚喷联合支护,恰能做到使二者取长补短,互为补充,是一种性能更好的支护形式。锚杆与其穿过的岩体形成承载加固拱,喷射混凝土的作用则在于封闭围岩,防止风化剥落,和围岩结合在一起,对锚杆间的表面岩石起支护作用。,第三节 掘进巷道顶板管理,一、掘进巷道顶板管理的主要内容,1、掌握巷道开掘后围岩体的范围及围岩应力分布情况。根据影响巷道围岩应力的因素:围岩的性质、巷道所处的深度、巷道周围的地质构造、水文变化、巷道的断面形状尺寸等 ,了解围岩应力分布情况及在此应力作用下围岩的变化和位移后,才能选择合适的支护材料、支护形式,达到维护巷道的目的。2、从有利于巷道围岩的稳定性出发,
10、合理选择巷道的施工方法,减少各工序对顶板管理的影响。3、按作业规程规定控制工作面空顶距离和临时支护的长度,尽可能缩短工作面空顶时间和临时支护巷道的长度。4、施工中,做好基础资料的积累和隐蔽工程的记录工作。施工中和竣工时,按国家煤矿安全监察局颁发的井巷工程质量标准化进行检查和验收,二、掘进工作面顶板安全管理分类,A类顶板安全管理类型:巷道坡度20以上、过断层破碎带、揭煤以及顶部为煤的半煤岩、采用非常规方法施工大断面硐室、综采扩切眼、煤仓、交叉点、冒顶处理。B类顶板安全管理类型:巷道坡度1020、煤巷施工断面不小于13m2、顶底板松软破碎、构造比较复杂以及巷道拨门、贯通、开钻场、小水仓、过老空老巷
11、等。C类顶板安全管理类型:不具备A类、B类作业特征的顶板安全管理类型。,各类顶板安全管理类型应采取的管理办法,A类:必须制定顶板管理专项安全技术措施、区队长及主管业务科室管理人员现场跟班,当班带班领导到作业地点巡查一次,发现问题,落实责任,及时处理。B类:必须制定顶板管理专项安全技术措施、跟班班队长现场跟班,业务主管每天必须有人巡查。C类:按正常作业管理程序进行管理。,三、巷道掘进期间日常顶板管理工作,1、敲帮问顶:必须坚持“五前二后”(开工前、打眼前、支护前、装药前、出货前;放炮后、接班后)的动态“敲帮问顶”制度。每次进入工作面前,当班班长或跟班队长必须对工作面顶底板安全情况进行一次全面检查
12、,确认无安全隐患方可进入,每次放炮后、支护前,必须由有经验的工人站在安全地点用长柄工具找尽危矸、悬矸、浮矸。架棚扒腿窝时,帮部的危矸(煤)先找尽。扒腿窝、放梁子必须安专人监护顶板。2、控制工作面空顶距离:严禁空顶作业,掘进巷道每次放炮后或综掘机切割完毕必须及时架设临时支护,超过规定的空顶距应先支护后掘进。,3、独头长距离掘进,要经常检查工作面后方支架及支护情况,对支架变形严重及巷道支护出现问题的,应加固修复。修复巷道时,媳妇地点以里的人员必须全部撤出,预防冒顶堵人。工作面因放炮,崩倒的支架应由外向里逐架扶棚复位。4、熟悉掘进巷道出现冒顶事故的原因,加强日常检查,采用针对性措施,预防冒顶片帮事故
13、的发生。,四、掘进顶板管理的措施,一)新掘巷道开口安全技术措施 1、必须加固好开掘处及其附近的巷道支架,若近处有空顶空帮情况,小范围的可加密支架,背好顶板;大范围的应用木垛接顶处理,同样用背板背好打紧。对将受施工影响的棚子进行加固,其方法有挑棚、打点柱、设木垛等。 2、新巷开掘施工,要浅打眼、少装药、放小炮,或用手镐挖掘的方法,尽量避免震动围岩或因放炮引起冒顶。 3、新巷开掘处要及时进行支护,尽量缩短顶板暴露时间和减小暴露面积。若压力增大,则应及时采用适合现场情况的特殊支护。,二)沿空掘巷顶板破碎时的顶板管理安全技术措施 1、避开支护影响,巷道施工必须在上区段回采工作结束,待岩层活动完全稳定后
14、进行。 2、尽量减小掘进时的空顶面积,放炮前支架紧跟到工作面,放炮后支架及时架设支架。减少装药量,避免对顶板震动。如果放炮难以控制和管理顶板,改用手镐方法掘进。 3、巷道支架要加密,同时将下帮腿与底板的夹角缩小,将顶帮用木板等背严接实。 4、擦边掘进时,如遇上区段巷道的棚腿外露时,其下帮棚帮腿不要抽掉,可以捆上木板或笆片,起到挡矸帘的作用。,三)有淋水的工作面顶板管理措施 掘进工作面有淋水时,要通过水文地质工作,弄清水的来源,掌握水量的变化,再根据实际条件分别采用预注浆封水、快硬砂浆堵水、截水槽或截水棚截水等方法将水引离工作面。顶板淋水不大时,用压风边吹边喷浆止水。有淋水的地段,要加大支架密度
15、,背严帮顶,提高支架的稳定性,防止冒落事故的发生。,第四节 掘进顶板事故防治管理,一、巷道顶板事故的防治管理,(一)掘进工作面常见冒顶事故原因分析与防治1、原因分析1.1 制度不够完善 敲帮问顶制度执行不严,找浮矸危石不及时、不彻底或违章操作,对隐患性危岩未采取必要的临时支护措施,造成危岩突然坠落产生伤亡事故。1.2 支架安装不合理 支架工作阻力低,可缩量小,支撑及支护密度不足,棚腿架设在浮矸或浮煤上,支架顶上及两帮未插严背实,棚架整体性及稳定性差,造成顶板来压时压垮或推垮支架导致冒顶。1.3 缺乏支护设备 掘进工作面迎头没有采用临时支护,工人在空顶空帮下作业,危岩突然坠落造成伤亡事故。1.4
16、、煤巷锚杆、岩巷锚喷支护巷道,支护失效,造成顶板冒落。,2、主要防治措施a)合理布置巷道。矿井主要巷道服务年限长,断面大,应布置在围岩强度高的煤层或底板岩层中。工作面上下顺槽尽量采用沿空掘巷和沿空留巷,避开支承压力的影响,并要注意少掘交叉巷道和上下重叠的巷道。 b)选择合理的巷道断面尺寸和断面形状。 c)掘进工作面要及时进行临时支护,严禁空顶作业。靠近掘进工作面10m内的支护,在爆破前必须加固。爆破崩倒、崩坏的支架必须先行修复,之后方可进入工作面进行作业。修复支架时必须先检查顶、帮,并由外向里逐架进行。d)掘进巷道时,禁止任意加大棚子或锚杆间距,严禁任意修改支护参数及材料规格。在坚硬和稳定的煤
17、、岩层中,需要加大棚距和不设支护时,必须制订安全措施。,e)严格锚杆锚索巷道的工程质量,保证锚杆锚索巷道的锚固力,严禁使用失效锚固剂和不合格的锚杆、锚索。 f)加强锚杆锚索巷道的顶板岩性探测,依此信息不断修正支护参数,保证加强锚索的锚固端能够伸入到深部稳定岩层。 g)巷道掘进通过老巷、地质破碎带及淋水地带时,应根据情况采用前探支架、连锁棚子等专门措施进行支护,提高支架的支撑能力;棚子支护时应紧靠掘进工作面,并缩小棚距,在掘进工作面附近应采用拉条等把棚子连成一体防止棚子被推垮,必要时还要打中柱;锚杆支护时应采取“棚锚”联合支护的特殊措施。 h)严格要求巷道支护的规格质量,应按照煤矿安全规程的规定
18、,不断进行检查和修理巷道,发现规格质量不合格或损坏的支架,应及时更换以防止冒顶事故的发生,保证通风、运输畅通和行人的安全。撤换支架和刷大巷道时,也必须由外向里逐架进行。撤换支架前,应先加固好工作地点前后的支架。在独头巷道内进行支架修复工作时,巷道里面应停止掘进或从事其他工作,以免顶板冒落堵人。,(二)巷道交岔处冒顶事故的原因及预防措施,1、原因分析巷道交岔处冒顶事故往往发生在巷道开岔的时候,因为开岔口需要架设抬棚替换原巷道棚子的棚腿,如果开岔处巷道顶部存在与岩体失去联系的岩块,并且围岩正向巷道挤压,而新支设抬棚的强度不够,或稳定性不够,就可能造成冒顶事故。当巷道围岩强度不是很大时,顶部存在与岩
19、体失去联系的岩块以及围岩向巷道挤压在所难免,如果开岔处正好是掘进时的冒顶处,则情况更为严重。新支设抬棚的稳定性与以下因素有关: a)抬棚架设一段时间后才能稳定过早拆除原巷道棚腿容易造成抬棚不稳。 b)开口处围岩尖角如果被压碎,抬棚腿失去依靠也会失稳。抬棚的支撑性能是与选用的支护材料及其强度有关。 c)交岔点锚杆、锚喷巷道的原支护参数不合理,没有及时进行修正,采取加密支护。,2、主要防治措施a)开岔口应避开原来巷道冒顶的范围。 b)提高抬棚的初撑力。必须在开口抬棚支设稳定后再拆除原巷道棚腿,不得过早拆除,切忌先拆棚腿,后支护抬棚。 c)注意选用抬棚材料的质量与规格,保证抬棚有足够的强度。 d)当
20、开口处围岩尖角被挤压坏时,应及时采取加强抬棚稳定性的措施。 e)锚杆、锚喷巷道开口前,必须先对开口前后5m范围的巷道支护采取缩小锚杆排间距、或增加锚索进行补强支护。,(三)支架支护巷道冒顶事故的分析与防治,1、原因分析a)压垮型冒顶是因巷道顶板或围岩施加给支架的压力过大,损坏了支架,或支架阻力过小,从而导致巷道顶部已破碎的岩块冒落。 b)漏垮型冒顶是因无支护巷道或支护失效(非压坏)巷道顶部存在游离岩块,这些岩块在重力作用下冒落,造成事故的发生。 c)推垮型冒顶是因巷道顶板破碎岩石,在其运动过程中失去了与周围岩石力的联系,存在平行巷道轴线的分力,如果这部分巷道支架的稳定性不够,可能被推倒而发生冒
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