大面积冒顶的安全技术管理

(一)复合顶板推垮型胃顶的预防

复合顶板是由下软上硬不同岩性的岩层组成,软硬岩层间夹有煤线或薄层软弱岩层(如,泥岩、碳质页岩等),下部软岩的厚度一般大于0.5m,面且不大于3.0m

复合顶板推垮型冒顶是由于支架的初撑力及刚度不够时,软岩层发生离层又由于原生及采动裂隙所切割,因此在顶板软岩层中形成一个裂开的六面体当六面体倾斜下方产生冒顶,或工作面按伪仰斜布置时,六面体滑向倾斜下方或滑向采空区,即产生向倾斜下方或向采空区的推力此时如果围岩对六面体的摩擦阻力小于六面体滑向下方或采空区的推力,采场支架抵抗不住侧向推力,因面就失稳倾倒发生推垮型冒顶。

复合顶板推垮型冒顶的主要防治措施包括:

(1)摸清顶板情况,确切掌握复合顶的岩性、岩层分布、厚度结构及有无软弱夹层等,以便采取针对性的控制措施。

(2)提高支柱的初撑力及刚度,尽可能使用单体液压支柱配合金属接顶梁。按照《生产矿井质量标准化标准》规定,架设单体液压支柱初撑力:80mm的支柱初力大于60kN,100mm的支柱初撑力大于90kN。擦式金属支柱必须使用5t液压升柱器升柱底板松软时,支柱要穿“铁鞋”,控制钻底量<100mm液压支架初撑力不低于规定规定值的80%

(3)凡是有伪顶或顶板破碎的工作面,初采时不得推采开切眼的另一帮煤柱,或提前摘隙贴帮支柱。

(4)工作面应布置成伪俯斜方向推进,使垂直工作面方向的向下倾角达4~6井尽可能避免仰斜开采。

(5)巷道掘进时,应尽量避免挑复合顶掘进,对漏顶或空顶要及时充填严实。

(6)避免工作面布置成与上、下顺槽小于45°的锐角相交。

(7)初次放顶期间,应适当加大控顶距,一般采用5~6排成5~7排控顶以便增设木垛及戗棚特殊支架。第一次放顶以回两排柱、够开切眼宽度为宜。采高较大时,应适当降低采高,使软岩冒落高度超过采高,但最低采高以不小于1.4m为宜,初次放顶完成后,再恢复正常控顶距和采高

(8)条件许可时,在工作面关键地点,或沿工作面倾斜方向布置锚杆锚固复合顶。或者在初次放顶期间采用“整体支架”,如用联柱器把每排支柱从工作面上端至下端连接起来,以增加其整体稳定性。

(二)坚硬顶板压垮型顶的预防

当煤层顶板是整体厚层硬岩层,如砂岩砾岩、砂砾岩等,其分层厚度大于5.0~6.0m时,它们冒落前悬顶面积大(从几十、几百,甚至达几千平方米),冒落块度大(从1~10m长,甚至10~20m长),范围大(沿工作面几十米,甚至大半个工作面切顶冒落)。这样大面积的顶板在极短时间内冒落下来,不仅会产生严重的冲击破坏力,面且更严重的是会把已采空间内的空气瞬间挤出,形成巨大的暴风,破坏力极大。

防止和减弱大面积冒顶危害的原则是:改变岩体的物理力学性质,以减小顶板悬露面积及目落面积,减小顶板冒落高度,降低空气排放速度。具体做法包括:

(1)坚持支护质量与顶板动态监测,掌握老顶活动规律主要掌握初次来压和周期来压步距,监测支柱工作阻力、顶板下沉量及下沉速度、支柱下缩量、下缩速度及其变化情况等。

(2)根据初次来压及周期来压大小,加大工作面支护强度及密度,沿煤壁增设贴帮柱,沿放顶线支设丛柱或密集支柱,或配合戗棚及木垛强化支护。在条件适应的工作面,尽可能采用切顶墩柱。综采工作面以采用垛式液压支架为宜。

(3)减小每次放顶步距,以一排支柱的步距为宜,最多不超过两排支柱并适当加大控顶距(一般最大控顶到6~7排),以提高采场总支撑能力及有效支护空间

(4)必要时采用人工强制放顶。所谓强制放顶,就是用爆破的方法人为地将顶板切断,使顶板冒落一定厚度形成矸石垫层。切断顶板可以控制顶板冒落面积减弱顶板冒落时产生的冲击力。形成矸石垫层,则可以缓和顶板冒落时产生的冲击波和暴风

(5)积极推广顶板高压注水。从工作面槽向顶板打深孔,进行高压注水,注水泵最大压力可达15MPa。顶板注水可起到弱化顶板和扩大岩层中的裂隙和弱面的作用,将表面的强度明显降低。

严格执行《生产矿并质量标准化标准》内关于顶板管理的规定,要求控顶范围内顶底移近量按采高≤100mm/m控制,不出现台阶下沉。如,出现台阶下沉,无论有无悬顶,均应适当加大控顶距,待煤壁侧至少有两排支柱空间的安全空间后才能回柱放顶如出现较大悬顶,又呈现台阶下沉时,必须进行人工强制放顶或采取加强支护及监控措施。

三)金属网假顶下推垮型冒顶的预防

这类冒顶多在初次放顶前或初次放顶过程中发生。

工作面在进行各种工序时都可能发生推垮型冒顶工作面倾角较大采用摩擦式金属支柱的工作面容易发生此类冒顶。

其发生的原因有:

(1)在坚硬顶板或直接顶厚度小,其上是坚硬顶板条件下,由于上分层冒落高度小在切割眼处、停采线处、上下顺槽处网上碎矸之上存在空隙。当下分层开采达到一定跨度时,空隙上方坚硬顶板断裂移动产生较大的推力或冲击力造成推垮型冒顶。

(2)由于上分层冒落大块石,第二分层工作面回柱放顶时开始出现大块石的悬顶,因此随着工作面推进,大块矸石失去平衡产生旋转运动,导致侧向推力推垮网下支架。或由于网上大块矸石之间存有空隙,因此回柱放顶后,大块石沿网移动,造成推垮型冒顶(3)当工作面倾角较大时,在放炮及回柱等工序影响下由于支架初撑力低、支柱扎底,工作面出现网兜,因此带动支柱向下倾斜以致失稳倾倒。当网兜向下推力超过网边连接力时,便出现撕网发生漏垮型冒顶,或当初次放顶时网边被压住未放落下来造或网兜,发生推垮型冒顶。

(4)在倾角大于30°的煤层中,当冒落矸石不能立即充满采空区时,随着回柱放顶由下向上进行,冒落矸石由上向下流动造或工作面上部网上抽空及采空区抽空状况。当上覆岩层继续垮落时,造成推垮型冒顶。

金属网下推垮型冒顶的主要预防措施包括:

(1)对上分层顶板的冒落状况,通过在开切眼内现察,或从上下顺槽掘进探巷观察,发现有悬空的断裂老顶或大块矸石时,应及时采取预防性控制措施。

(2)严格执行《生产矿井质量标准化标准》关于铺设假顶的规定:金属网等假顶铺设整齐连接搭接符合规定冒顶区不撕网分层工作面必须把分层煤厚和铺网情况及时记载在(1:500)图上;上分层工作面要加强观察,假顶上冒落大块岩石(>2.0m)要及时上图,要有灌浆(或洒水)系统和措施保证灌浆(或洒水)质量符合规程要求。

(3)推广菱形网假顶及网下综机开采,高档普采工作面推广Ⅱ型长钢梁控制金属网假

顶。除最下分层外,一律穿铁鞋,以便提高支柱的初撑力及刚度。

(4)通过人工放顶、爆破开切眼,采空区一侧煤壁,应尽可能增加第一分层采空区充填

高度。同时适当降低第二分严起始开采高度,以减小采空区冒落空隙。尽可能延长上、下分

层开采间隔时间,促使顶板再生。

(5)初次放顶压网时,应沿切顶线剪网并从放顶起始处横向剪网,使之一开始形成冒

落豁口,将网放落到底板上。

(6)适当加大控顶距,采用木垛及戗棚特殊支架,使工作人员处在有效支护空间内。煤层倾角25以上时,切顶排加打反倾斜戗柱,靠煤壁的两排支柱用联柱器全部联紧,必要时支设双排交叉布置的木垛。