頂板支護(hù)安全管理規(guī)范
一、發(fā)生頂板事故的原因:發(fā)生頂板事故的原因從地質(zhì)條件來看是因為礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,除此之外還有許多是管理落后和工程質(zhì)量低劣的問題,頂板事故無論在發(fā)生的次數(shù)和傷亡的人數(shù)上,均排在五大災(zāi)害之首,據(jù)統(tǒng)計,發(fā)生在采煤工作面的占77.5%,發(fā)生在掘進(jìn)工作面的占14.84%。
二、頂板的分類:煤層上面的巖層叫做頂板,煤層下面的巖層叫做底板, 根據(jù)頂板是不是容易垮落和距離煤層的遠(yuǎn)近分為:偽頂、直接頂和老頂。直接位于煤層下面的巖層叫做直接底,直接底下叫老底。
三、偽頂:偽頂直接貼在煤層之上,厚度在0.5m以下,隨著放炮或采煤機(jī)采煤容易脫落。通常是由粘土、炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖等強(qiáng)度較低的巖層所組成。有的煤層上面沒有偽頂。同一個煤層或同一個工作面?zhèn)雾數(shù)暮癖∫渤３０l(fā)生變化。
四、直接頂:偽頂?shù)纳厦媸侵苯禹?有的直接頂直接覆蓋在煤層上面。直接頂具有一定穩(wěn)定性。通常是由泥巖、頁巖和粉砂巖等比較容易垮落的巖層組成。一般隨支架前移或回柱而自行垮落,有時則需人工放頂。
五、老頂:(也稱基本頂)在直接頂之上,一般比較厚,大都有堅硬的砂巖、礫巖或石灰?guī)r組成。采空后懸露到一定面積才垮落。少數(shù)煤層上面沒有直接頂,老頂直接壓著煤層。
六、直接底和老底:直接底直接位于煤層之下,通常是有泥巖、頁巖、粘土巖等強(qiáng)度較低的巖層組成。有的遇水后容易發(fā)生滑動,膨脹隆起等現(xiàn)象,老底位于直接底之下,通常是由砂巖、石灰?guī)r等比較堅固的巖層組成。
七、頂板壓力:由于進(jìn)行采掘活動而在巷道及回采工作面周圍巖體中,以及在支架上所引起的力叫做“礦片壓力”,人們習(xí)慣稱為“頂板壓力”,在煤層中掘進(jìn)巷道,如果不支護(hù),頂板就要冒落,最后形成自然平衡拱;支架能承受的壓力,主要是拱內(nèi)破碎巖石的重量。
八、初次來壓和周期來壓:一個新工作面從開切眼開始向前推進(jìn),老頂?shù)谝淮未竺娣e垮落叫做初次垮落,初次垮落造成的工作面壓力突然增大,就是初次來壓,工作面繼續(xù)向前推進(jìn),經(jīng)過一定時間,達(dá)到一定距離時,老頂來壓又重復(fù)出現(xiàn),就是工作面的周期來壓。周期來壓時,頂板壓力比平時要大30~40%。
九、頂板處理方法:
垮落法:把靠近采空區(qū)的支架撤出,讓直接頂自行垮落或強(qiáng)制垮落。也就是常說的回柱放頂。
充填法:將沙子、碎矸石充填到采空區(qū)。全部充填法多用于開采厚煤層或“三下采煤”(鐵路下、水下、建筑物下)。局部充填法一般是壘砌矸石帶,適用于開采頂板堅硬的薄煤層。
煤柱支撐法:指工作面推進(jìn)一定距離后,在采空區(qū)內(nèi)留下適當(dāng)寬度的煤柱來支撐頂板。這種方法適用于頂板巖石特別堅硬,人工強(qiáng)制放頂也很難垮落的頂板條件。這種方法很少使用,因為一是煤炭回收率低,二是給下部煤層的工作面頂板處理造成極大困難。
緩慢下現(xiàn)法:指頂板巖層韌性較大,回柱后頂板巖層不垮落,而能彎曲下沉,直到與底板自然合攏。這種方法適用于薄煤層工作面。
十、支護(hù)形式:巷道里的支架不但受頂?shù)装宓淖饔?還受兩幫巖石的作用。因此掘進(jìn)巷道時就要根據(jù)不同的情況選擇合理的支架。
木支架:巷道木支架形式有梯形棚子、矩形棚子、完全棚子、加強(qiáng)棚子。采煤工作面木支架的形式有:頂板堅硬完整時用點柱,為了增加托頂面積有時戴上柱帽,頂板壓力較大,或有平行工作面的裂縫時用橫板棚子,頂板壓力較小,或有垂直于工作面的裂縫時用順板棚子,在壓力特別大的地方,一般用木垛或叢柱;在放頂線為了切頂和擋住垮落的矸石時,用密集支柱。
木支架的優(yōu)點:可就地取材,便于運(yùn)輸、便于加工。頂壓大時會折斷并發(fā)出霹靂聲,可作為信號柱。廣泛適用于小型煤礦,在重點煤礦的采煤工作面處理冒頂、維修上下順槽、頂板來壓時打木垛、作信號柱子等特殊情況時仍在使用。
木支架的缺點:木支架是一種剛性支柱,可縮量僅為0.5~1.0%,頂板下沉后往往因為它的可縮性不夠而壓劈壓斷,失去了支撐頂板的作用,初支撐力小,容易使頂板早期脫層破壞容易造成冒頂。據(jù)統(tǒng)計,使用木支架比可縮性金屬支架事故高10倍多。
十一、單體金屬支架:包括摩擦式支柱和鉸接頂梁。金屬支柱有兩種,急增阻式支柱,適用于頂板穩(wěn)定,下沉量較小的薄煤層工作面;微增阻式支柱,可用在頂板下沉量較大的工作面。鉸接頂梁對起伏不平頂板和金屬網(wǎng)假頂?shù)倪m應(yīng)性較差。急增阻式支柱可縮量為50~120㎜,最大工作阻力為250~350千牛頓。微增阻式支柱可縮量最大為400mm,最大工作面阻力為350千牛頓。
十二、金屬支架的幾種形式:戴帽點柱對支護(hù)不平整頂板的適應(yīng)性強(qiáng)但不能在比較破碎的頂板下使用。摩擦支柱與鉸接頂梁配合使用。形成支架適用于頂板比較破碎或有局部小地質(zhì)構(gòu)造的工作面。摩擦支柱與鉸接頂梁可組成懸臂支架,可以減少頂板初期下沉,對破碎頂板的管理非常有利。
十三、單體液壓支柱:利用液體壓力產(chǎn)生工作阻力的單根可縮性支柱,具有由液壓挖制升降,支、回柱速度快,支柱承載力均勻等特點。
十四、單體液壓支柱的適用范圍:適用于緩傾斜煤層頂板中等穩(wěn)定,采高3m以下的普、炮采工作面的頂板支護(hù),工作面兩巷的超前支護(hù)以及綜采工作面的端頭支護(hù)。
十五、使用單體液壓支柱注意事項:嚴(yán)禁碰撞、重?fù)糁е?存放時要保持站立狀態(tài),架設(shè)支柱要在底板挖好柱窩,支柱頂蓋要與頂梁接觸嚴(yán)密。嚴(yán)禁在挖頂區(qū)域內(nèi)提前摘柱。若有自動卸載降柱,活柱卸載后不升降失效柱,柱體有明顯變形的損壞柱,活柱下縮到底的死柱,必須立即恢復(fù)或更換。
十六、液壓切頂支柱:適用于緩傾斜煤層,頂板中等穩(wěn)定,頂?shù)装遢^平穩(wěn),采高2.5m以下的回采工作面。液壓切頂支柱是由大工作阻力的液壓支柱與推移千斤頂組成。它的工作阻力是單體液壓支柱的3倍,它的底座大,對底板的比壓小。它推移輸送機(jī)力量大,工人可以不進(jìn)入機(jī)道清浮煤。
十七、自移式液壓支架:把支柱和頂梁練成整體,加上底座,以高壓液體為動力來升降和推移,就形成了自移式液壓支架。它能完成支撐、放頂、移架、推移輸送機(jī)等一整套工序。
十八、錨桿支護(hù):向巷道圍巖打眼,眼內(nèi)錨入錨桿。錨桿巷道掛上金屬網(wǎng),噴上混凝土,即是錨噴支護(hù)。利用圍巖自身的強(qiáng)度加固頂板。
十九、頂板事故的常見原因:
地質(zhì)構(gòu)造的原因:松軟破碎的頂板常有小的局部冒頂,堅硬難冒的頂板會發(fā)生大冒頂。少數(shù)礦井還有沖擊地壓。如果采掘過程中遇到斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造,更容易發(fā)生冒頂。
頂板壓力的變化影響初次來壓和周期來壓時,頂板下沉量和下沉速度都急劇增加,支架受力猛增,頂板破碎,還會出現(xiàn)平行煤壁的裂縫,甚至頂板出現(xiàn)各階狀下沉,這時冒頂?shù)目赡苄宰畲蟆?/p>
回采工序的影響,采煤機(jī)切割煤壁或工作面放炮時,改柱、回柱和放頂時,對頂板的震動破壞較大,比進(jìn)行其他工序時容易冒頂。
工作面部位的影響,輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾處,不按規(guī)格要求支護(hù)的地方,工作面與回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷連接的上、下出口,工作面煤壁線、放頂線與頂板交接處,都是容易冒頂?shù)牡胤健?/p>
人的因素影響,違章指揮、違章作業(yè)是造成頂板事故最根本、最直接的原因。
頂板管理方式的影響:托偽頂、留煤頂開采時,厚煤層用竹笆、塑料網(wǎng)、金屬網(wǎng)作假頂開采,工序復(fù)雜,管理不好就要冒頂。
二十、冒頂?shù)念A(yù)兆:
響聲:巖層下沉斷裂,頂板壓力急劇加大時,木支架就會發(fā)生霹靂聲,緊接著出現(xiàn)折梁斷柱現(xiàn)象;金屬支架的活柱急速下縮,也發(fā)出很大響聲。有時也能聽到采空區(qū)內(nèi)頂板發(fā)生斷裂的悶雷聲。
掉渣:頂板嚴(yán)重破碎時,折梁斷柱增加,隨著出現(xiàn)頂板掉渣現(xiàn)象。掉渣越多,說明頂板壓力越大。在人工頂板下,掉下的碎矸石和煤渣更多,工人叫“煤雨”這就是發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU信號。
片幫:冒頂前煤壁所受的壓力增加,煤變的松軟,片幫煤比平時增多。大面積片幫說明冒頂?shù)目赡苄愿蟆?/p>
裂縫:頂梁的裂縫一種是地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的自然裂隙,一種是由于采空區(qū)頂板下沉引起的采動裂隙。如果裂縫加深加寬,說明頂板繼續(xù)惡化。人們常常在裂縫中插上木楔子,觀察它是不是松動或掉下來。判斷裂縫擴(kuò)大了沒有,作出預(yù)報。
脫層:頂板快要冒落的時候,往往出現(xiàn)脫層現(xiàn)象。檢查脫層要用問頂?shù)姆椒?如果聲音清脆,表明頂板完好;頂板發(fā)出“空空”的響聲,說明上、下巖層之間已經(jīng)脫離。
漏頂:破碎的偽頂或直接頂,在大面積冒頂以前,有時因為背頂不嚴(yán)或支架不牢出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象。漏頂如不及時處理會使棚頂托空,支架松動。頂板巖石繼續(xù)冒落,就會造成沒聲響的大冒頂。
二十一、端頭支護(hù):工作面上、下端頭是指沿工作面方向,上巷下幫向工作面方向10m,下巷上幫向工作面方向10m的范圍內(nèi)。應(yīng)使用單體液壓支柱支護(hù)。運(yùn)輸機(jī)頭機(jī)尾部分要使用4對8根11號工字鋼長梁支護(hù),保持一梁三柱交替邁步前移。
二十二、防止煤壁片幫:在采高較大,煤質(zhì)松軟、頂板破碎的回采工作面,冒頂事故多由煤壁片幫引起。新暴漏的頂板要及時支護(hù),炮眼距頂板不要太近。采高大于2米,煤質(zhì)松軟,有片幫現(xiàn)象時,要打橫撐。加托梁或超前掛金屬鉸接頂梁,煤壁要刷直,最好使煤壁向工作面前進(jìn)方向仰斜一點。
二十三、對回柱放頂?shù)囊?對回柱的要求是安全、快速,支架回收干凈,使頂板充分垮落,支架回收復(fù)用率高。木柱一般用回柱絞車回撤?；厥战饘僦е鶗r,如頂板比較穩(wěn)定,支柱受力不大,可以人工回撤。如頂板比較破碎,支柱插入底板或被垮落的巖塊埋住應(yīng)當(dāng)用絞車回柱。單體液壓支柱不允許用機(jī)械設(shè)備強(qiáng)行回撤。
二十四、回柱放頂前的準(zhǔn)備工作:檢查頂板壓力是否穩(wěn)定,工作面支柱有無短缺,折斷和歪扭,檢查回柱絞車是否完好,戧柱是否打牢,回柱絞車鋼絲繩的斷絲、斷股是否超過規(guī)定,回柱鉤頭是否牢固,絞車操作聯(lián)系信號是否靈敏等,做好準(zhǔn)備工作再進(jìn)行回柱。
二十五、初次放頂:第一次放頂以放兩排柱比較合適,即放夠開切眼寬度,沿工作面傾斜方向自下而上順序回柱,也可以分幾段同時回柱。初次放頂時,要密切觀察頂板活動和冒落情況,必須有初次放頂安全管理小組人員親自在場指揮。一般從開切眼向前推進(jìn)10m左右即可初次放頂,放頂前加固工作面支護(hù),適當(dāng)增加密度,沿工作面每6-10m增加一個木垛,支上向采空區(qū)傾斜的戧柱。
二十六、初次來壓時的安全措施:初次來壓時,單體支護(hù)工作面一般采取下列措施:加強(qiáng)支護(hù)提高支架的穩(wěn)定性。
沿放頂線增設(shè)1-2排密集支柱。
沿放頂線每隔5-8m增設(shè)一個木垛。
設(shè)置一梁三柱的戧棚。
可適當(dāng)加大工作面控頂距;采取小進(jìn)度多循環(huán)作業(yè)方式,落煤后及時支架,并增大支護(hù)密度;指派專人嚴(yán)密觀察頂壓變化,同時在工作面和采空區(qū)內(nèi)設(shè)信號點柱,如果劈斷折斷,便是報警信號。
二十七:周期來壓時的安全措施:老頂周期垮落同樣會給工作面的安全生產(chǎn)帶來不利影響,可以采取同初次來壓時一樣的安全技術(shù)措施。不同的是周期來壓時要盡量縮小工作面的控頂距,以減輕老頂對工作面的影響。此外,采空區(qū)里的支柱一定要回收干凈,使直接頂充分垮落,以緩沖老頂垮落時對工作面支架沖擊。
二十八、回收單體支柱的方法:運(yùn)送、安裝和拆除液壓支架時,必須有安全措施,明確規(guī)定運(yùn)送方式、安裝質(zhì)量、拆裝工藝和控制頂板的措施。(收尾時,工作面每推進(jìn)一排就新打一排木樁,把替換下來的單體支柱和頂梁由下順槽外運(yùn),拆除機(jī)電設(shè)備外運(yùn),用回柱絞車回收木柱)。
二十九、回收單體液壓支柱的安全措施:回采到停采線時要留出支護(hù)良好的最小挖頂距空間,作為行人和運(yùn)料用;用大梁套棚和木垛維護(hù)好上出口,保證后路暢通;回柱的次序是由采空區(qū)向煤壁,由下向上;對拉工作面及有中巷的工作面,如傾角不大可由兩頭向中間回收?；刂ぷ鞅仨氂墒煜ろ敯逍再|(zhì)責(zé)任心強(qiáng)的工人擔(dān)任,回柱時還必須有專人觀察頂板,采空區(qū)內(nèi)的支柱要回收干凈,下部頂板垮落賭塞時,如果工作面溫度升高,有害氣體積聚,回風(fēng)巷要安設(shè)局部通風(fēng)機(jī)加強(qiáng)通風(fēng)。
三十、金屬網(wǎng)假頂?shù)闹ёo(hù):用傾斜分層垮落法開采緩傾斜及傾斜厚煤層,第一分層工作面要鋪設(shè)人工頂板。用金屬網(wǎng)作假頂材料,在開采分層數(shù)目較多的厚煤層時最為適宜。(把金屬網(wǎng)托至緊貼頂板,鉸接頂梁和金屬網(wǎng)之間加板皮使支架牢固,出現(xiàn)“網(wǎng)兜”要在煤壁掏梁窩超前掛梁。放頂線要支戧柱)。
三十一、綜采工作面防止頂板事故:
架型與圍巖條件不適應(yīng):在破碎頂梁下沒有采用掩護(hù)式支架而使用了垛式支架,引起冒頂和漏矸事故。
支架工作阻力確定不合理:有的工作面頂板壓力大,而支架阻力造的偏低,結(jié)果活柱下縮量過大,引起冒頂,甚至把支架壓死,處理非常困難。解決上面的兩個問題的關(guān)鍵是要對頂板進(jìn)行合理的分類,根據(jù)頂板壓力及巖性特點正確選擇液壓支架的架型和工作阻力。
液壓支架必須接頂。頂板破碎時必須超前支護(hù)。在處理液壓支架上方冒頂時,必須制定安全措施。
超高采煤:采煤機(jī)割煤高度必須保持在支架最大支撐高度的范圍內(nèi),如果超過支架最大高度,支架失去了支護(hù)的作用,致使頂板大量下沉,引起冒頂。端面距大:支架頂梁前端到煤壁這一段頂板沒有支護(hù),是引起冒頂?shù)闹匾?。端面距一般?yīng)不大于300mm。
三十二、加固老巷:老巷就是在工作面推進(jìn)中遇到的過去掘的廢舊巷道,有的老巷和工作面在同一煤層內(nèi),有的在工作面的上方或下方。老巷里的支架由于時間長和受工作面超前壓力的影響,拆梁斷柱較多,頂板破碎,容易冒頂。因此,工作面過老巷時需要采取預(yù)防措施。(工作面快到老巷位置時,要在老巷內(nèi)維修加固,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,要用木垛接頂,分層開采時,還要預(yù)先鋪好金屬或塑料頂網(wǎng)。)
三十三、回采工作面應(yīng)斜過老巷:老巷頂板破碎,壓力很大時,工作面不能與老巷平行推進(jìn),應(yīng)在接近老巷時逐步調(diào)整工作面推進(jìn)方向,是工作面與老巷斜交。工作面與老巷斜交處要增加支護(hù)密度,加打木垛。
三十四、回采工作面在老巷的上、下方時過老巷:如果老巷在工作面上方,要用大于老巷寬度的長木梁托頂。木梁一頭伸入煤壁深窩,打上貼幫柱,長木梁上用木料剎緊背嚴(yán),再沿傾斜方向打上抬棚。移設(shè)運(yùn)輸機(jī)以后,靠采空區(qū)一側(cè)打上木垛。老巷在工作面下方時,工作面過老巷前應(yīng)先用矸石和煤填實。工作面推進(jìn)到老巷時,底板要下長底梁,支柱支在底梁上,防止支柱下沉。在老巷處要加打木垛托頂。
三十五、回采工作面過斷層:斷層破壞了煤層的完整性,造成裂隙和破碎帶?；夭晒ぷ髅孢^斷層時,先把工作面與斷層走向的交角弄清。斷層交角越小,工作面出現(xiàn)的破碎帶寬度越大,冒頂?shù)目赡苄栽酱?。斷層落差小?.8m可以直接采過去,斷層落差較大時要在兩側(cè)打好木垛戴帽戧柱。
三十六、回采工作面過褶曲:回采工作面過褶曲,可能要留下頂煤和底煤,如果頂煤留不住,要及時挑落,并在支架上用小木垛接頂。留底煤時柱子不要穿鞋。在挑頂、臥底處附近,要架設(shè)木垛,加強(qiáng)支護(hù)。褶曲變化平緩,工作面可以直接采過去。褶曲變化較大,要根據(jù)情況采用挑頂或臥底的方法。
三十七、工作面過自然裂隙:煤層和巖層中的自然裂隙,如層理面和節(jié)理面等,會降低巖體的強(qiáng)度,破壞頂板的完整性,是工作面發(fā)生冒頂?shù)囊粋€重要原因。(1、落煤后要馬上支柱,支柱初撐力要高,以減少離層。2、頂梁之間要加撐子。3、要使工作面對著主節(jié)理的傾向推進(jìn),這樣頂板的狀態(tài)好。4、如果順著主節(jié)理的傾向推進(jìn),頂板容易沿節(jié)理面下沉脫落)。
三十八、工作面過采動裂隙:采動裂隙也叫“壓力裂隙”,往往超前煤壁5-15m就已形成,常與節(jié)理裂隙互相交切,使頂板形成楔形巖塊,很容易冒落。要及時敲幫問頂,挑落活矸并及時支護(hù)。頂板如果出現(xiàn)張開的裂隙或臺階下沉,有大冒頂?shù)奈ｋU。
三十九、單體支護(hù)工作面礦壓觀測:單體支護(hù)工作面礦壓觀測的主要內(nèi)容有:頂板下沉量、頂板下沉速度、支柱所能承受的壓力和活柱壓縮量(1、從測桿上看標(biāo)尺,測頂板下沉量。2、從測桿上看百分表,記錄頂板下沉速度,從測力計上記錄支柱所受的壓力)。
四十、觀測礦壓掌握頂板活動規(guī)律:觀測完頂板巖石頂板下沉速度、支柱所受的壓力,支柱壓縮量以后,要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,一方面得出工作面頂板壓力活動規(guī)律,一方面發(fā)現(xiàn)頂板管理存在的問題。
