回采工作面頂板事故原因分析及控制措施
回采工作面是煤礦井下生產的第一線,提高工作面的單產是提高礦井原煤產量和降低原煤成本的關鍵。但是,在回采工作面推進過程中,經常有突然涌水、火災、瓦斯、煤塵爆炸和大面積冒頂等災害的侵擾。其中,頂板事故則是影響工作面生產的一大隱患。由于各種頂板事故的原因是不盡相同的,它們的顯現形式也有差異。因此,正確區分各種頂板事故,掌握相應的措施,對回采工作面安全生產以及提高礦井原煤產量都有著重要的意義。
1局部冒頂事故的原因及其預防措施
在回采工作面推進過程中局部冒頂事故時有發生,這類事故發生在破碎頂板的條件下(如頁巖、煤頂、再生頂板等)。根據回采工作面的回采工藝過程和事故產生的原因不同,這類事故又可分為:采煤過程中發生的局部冒頂事故和回柱過程中發生的局部冒頂事故。
1.1事故原因分析
采煤過程中發生的局部冒頂事故,主要原因是由于采煤過程中破碎頂板沒有得到及時支護,頂板大面積出露和頂板懸露的時間過長,而導致直接頂受壓變形,遭到破壞,或者,雖然對破碎頂板進行了及時支護,但由于支柱支設質量不好而造成了直接頂局部冒頂?;刂^程中發生的局部冒頂事故,主要原因是因回柱操作方式不合理,先回承壓柱,引起周圍破碎頂板冒落,導致大塊研石推倒支柱,使鄰近破碎頂板失去支護而造成的。
1.2預防措施
(1)在摸清頂板性質的基礎上,認真做好破碎頂板情況的預測預報工作。采煤過程中要強化安全防范意識,認真觀察頂板變形情況,發現問題及時處理,不留后患。
(2)合理選擇工作面推進方向和回采工藝方式。為了防止頂板出露后因下沉量加大,破碎加劇,而導致頂板冒落,回采工作面要盡量垂直裂隙推進。在回采工藝方式上,如果采用炮采,應當采取小范圍放小煤“開窗口,的方式,防止頂板大面積出露;如果是機采應選擇單滾筒采煤機,盡量減少無立柱空間的寬度,減少頂板出露面積。
(3)采取合理的支護方式。在回采工作面推進過程中,實踐經驗證明在破碎頂板條件下,支護時,首先必須支護好剛裸露的頂板。因此,對采煤后出露的頂板要及時支護,在支護方法上,應盡量垂直裂隙掛梁,并且,合理的支護密度應保證與裂隙間距相適應。
(4)加強支柱的支設質量。當支柱支設的質量較差時,由于頂板受力不均勻,造成個別區域應力集中,破壞了頂板完整性?;蛑гO支柱時,支柱的初撐力不足,使頂板在暴露初期產生了過大的離層或者過早的斷裂,破壞了頂板自身的完整性,造成局部冒頂。因此,在支設支柱時,不能將支柱支在浮研上,必須找真頂和實底支設支架,保證支架的整體工作特性。另外,要盡量增大支柱的初撐力,目前一般認為初撐力為工作阻力的50%比較適宜。
(5)采取正確的回柱方法。采取正確的回柱方法是防止頂板冒落的重要環節。在回采過程中,必須嚴格執行工作面的操作規程,采取正確的回柱方法,以確保支柱承載均勻,防止頂板壓力向局部支柱集中,使支柱承載不均勻,造成局部頂板破碎給回柱工作帶來困難。
2直接頂運動造成的切頂垮面事故原因及其控制措施
2.1事故發生的條件
(1)煤層條件。頂板垮面事故大多數發生在煤層厚度超過1.5m,煤層傾角大于20o的單一煤層,或煤層下分層開采時。在這種情況下,煤層頂板有足夠的運動空間,頂板在自重的作用下沿傾斜方向會產生較大的下滑力。此時,在下滑力的牽引下,頂板容易出現裂隙而加劇破碎。
(2)開采技術條件。在老頂來壓之前,由于這個階段頂板下沉量小,支架上的壓力較小,直接頂容易離層,造成支架穩定性降低,且容易被推倒,或由于采空區冒落波及采場推倒支柱;在采煤、放頂過程中引起工作面發生局部冒頂事故,使頂板失去下部巖層對它的依托和上部巖層對它的牽制作用;工作面支護不合理,支柱初撐力低,輔助結構壓縮量大,支柱鉆底,造成頂板離層,以及由于支護方式不當,支柱反力方向不對,穩定性低,造成了回采工作面支架沒有阻止頂板沿傾斜下滑的能力。
2.2控制措施
(1)必須加強回采工作面日常頂板管理工作,防止回采工作面局部冒頂事故的發生。
(2)做好頂板情況的預測預報工作。首先,加強對頂板的下滑可能性進行預測,預測煤頂板是否存在下滑的煤層條件;頂板在傾斜方向上是否被切斷而失去上部的牽制作用;是否存在有允許頂板下滑的空間。其次,根據煤壁片幫、頂板下沉量及支柱載荷有明顯變化等現象,對頂板可能下滑的地點和時間進行判斷,及時進行控制和管理。
(3)進行正確的支護控制設計。頂板沿傾斜方向的下滑力一般可由下式估算:
t=qsinx=mllrsinx
式中m—下滑的直接頂厚度,m;
l—回采工作面控頂距,m;
l—頂板沿傾斜方向可能下滑的范圍,m;
x—煤層傾角,o;
r—直接頂容重,t/m?;
根據上式估算的下滑力大小,確定增加傾斜抬棚的數量,以提高對抗頂板下滑的能力,提高支柱的初撐力,保證足夠的支護阻力,防止直接頂離層;另外,也可沿切頂線,架設叢柱或排柱,控制頂板下沉。實踐證明,在條件允許的情況下,采用單體液壓支柱或金屬摩擦支柱加傾斜抬棚控制頂板,效果顯著。
(4)注意支架支護的效果。回采工作面支架支護,必須與礦壓顯現情況相適應,支護時,支柱必須有一定的迎山角。
總之,對于回采工作面頂板事故應采取綜合性的預防措施,同時,還要根據煤層的具體地質條件,特別是煤層頂板條件,選擇合理有效的技術措施,才能很好地防止頂板事故的發生,取得良好的技術經濟效果。
1局部冒頂事故的原因及其預防措施
在回采工作面推進過程中局部冒頂事故時有發生,這類事故發生在破碎頂板的條件下(如頁巖、煤頂、再生頂板等)。根據回采工作面的回采工藝過程和事故產生的原因不同,這類事故又可分為:采煤過程中發生的局部冒頂事故和回柱過程中發生的局部冒頂事故。
1.1事故原因分析
采煤過程中發生的局部冒頂事故,主要原因是由于采煤過程中破碎頂板沒有得到及時支護,頂板大面積出露和頂板懸露的時間過長,而導致直接頂受壓變形,遭到破壞,或者,雖然對破碎頂板進行了及時支護,但由于支柱支設質量不好而造成了直接頂局部冒頂?;刂^程中發生的局部冒頂事故,主要原因是因回柱操作方式不合理,先回承壓柱,引起周圍破碎頂板冒落,導致大塊研石推倒支柱,使鄰近破碎頂板失去支護而造成的。
1.2預防措施
(1)在摸清頂板性質的基礎上,認真做好破碎頂板情況的預測預報工作。采煤過程中要強化安全防范意識,認真觀察頂板變形情況,發現問題及時處理,不留后患。
(2)合理選擇工作面推進方向和回采工藝方式。為了防止頂板出露后因下沉量加大,破碎加劇,而導致頂板冒落,回采工作面要盡量垂直裂隙推進。在回采工藝方式上,如果采用炮采,應當采取小范圍放小煤“開窗口,的方式,防止頂板大面積出露;如果是機采應選擇單滾筒采煤機,盡量減少無立柱空間的寬度,減少頂板出露面積。
(3)采取合理的支護方式。在回采工作面推進過程中,實踐經驗證明在破碎頂板條件下,支護時,首先必須支護好剛裸露的頂板。因此,對采煤后出露的頂板要及時支護,在支護方法上,應盡量垂直裂隙掛梁,并且,合理的支護密度應保證與裂隙間距相適應。
(4)加強支柱的支設質量。當支柱支設的質量較差時,由于頂板受力不均勻,造成個別區域應力集中,破壞了頂板完整性?;蛑гO支柱時,支柱的初撐力不足,使頂板在暴露初期產生了過大的離層或者過早的斷裂,破壞了頂板自身的完整性,造成局部冒頂。因此,在支設支柱時,不能將支柱支在浮研上,必須找真頂和實底支設支架,保證支架的整體工作特性。另外,要盡量增大支柱的初撐力,目前一般認為初撐力為工作阻力的50%比較適宜。
(5)采取正確的回柱方法。采取正確的回柱方法是防止頂板冒落的重要環節。在回采過程中,必須嚴格執行工作面的操作規程,采取正確的回柱方法,以確保支柱承載均勻,防止頂板壓力向局部支柱集中,使支柱承載不均勻,造成局部頂板破碎給回柱工作帶來困難。
2.1事故發生的條件
(1)煤層條件。頂板垮面事故大多數發生在煤層厚度超過1.5m,煤層傾角大于20o的單一煤層,或煤層下分層開采時。在這種情況下,煤層頂板有足夠的運動空間,頂板在自重的作用下沿傾斜方向會產生較大的下滑力。此時,在下滑力的牽引下,頂板容易出現裂隙而加劇破碎。
(2)開采技術條件。在老頂來壓之前,由于這個階段頂板下沉量小,支架上的壓力較小,直接頂容易離層,造成支架穩定性降低,且容易被推倒,或由于采空區冒落波及采場推倒支柱;在采煤、放頂過程中引起工作面發生局部冒頂事故,使頂板失去下部巖層對它的依托和上部巖層對它的牽制作用;工作面支護不合理,支柱初撐力低,輔助結構壓縮量大,支柱鉆底,造成頂板離層,以及由于支護方式不當,支柱反力方向不對,穩定性低,造成了回采工作面支架沒有阻止頂板沿傾斜下滑的能力。
2.2控制措施
(1)必須加強回采工作面日常頂板管理工作,防止回采工作面局部冒頂事故的發生。
(2)做好頂板情況的預測預報工作。首先,加強對頂板的下滑可能性進行預測,預測煤頂板是否存在下滑的煤層條件;頂板在傾斜方向上是否被切斷而失去上部的牽制作用;是否存在有允許頂板下滑的空間。其次,根據煤壁片幫、頂板下沉量及支柱載荷有明顯變化等現象,對頂板可能下滑的地點和時間進行判斷,及時進行控制和管理。
(3)進行正確的支護控制設計。頂板沿傾斜方向的下滑力一般可由下式估算:
t=qsinx=mllrsinx
式中m—下滑的直接頂厚度,m;
l—回采工作面控頂距,m;
l—頂板沿傾斜方向可能下滑的范圍,m;
x—煤層傾角,o;
r—直接頂容重,t/m?;
根據上式估算的下滑力大小,確定增加傾斜抬棚的數量,以提高對抗頂板下滑的能力,提高支柱的初撐力,保證足夠的支護阻力,防止直接頂離層;另外,也可沿切頂線,架設叢柱或排柱,控制頂板下沉。實踐證明,在條件允許的情況下,采用單體液壓支柱或金屬摩擦支柱加傾斜抬棚控制頂板,效果顯著。
(4)注意支架支護的效果。回采工作面支架支護,必須與礦壓顯現情況相適應,支護時,支柱必須有一定的迎山角。
總之,對于回采工作面頂板事故應采取綜合性的預防措施,同時,還要根據煤層的具體地質條件,特別是煤層頂板條件,選擇合理有效的技術措施,才能很好地防止頂板事故的發生,取得良好的技術經濟效果。
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