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支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測

發(fā)布時(shí)間:2023-07-20 15:22:17 熱度:408 標(biāo)簽:
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一、回采工作面頂板事故預(yù)防
    回采工作面的支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測主要是為了保證工作面正常出產(chǎn)及防止發(fā)生頂板事故。煤礦頂板事故對(duì)礦井安全出產(chǎn)危害極大,從我國煤礦事故統(tǒng)計(jì)來看,頂板事故一直居各類事故之首。據(jù)歷年統(tǒng)計(jì),國有煤礦頂板事故約占死亡事故的40-45%,頂板事故中大多數(shù)又發(fā)生在回采工作面,約占70%。為預(yù)防回采工作面頂板事故,首先應(yīng)對(duì)其基本特征進(jìn)行分析。
(一)工作面冒頂事故的基本特征
    據(jù)我國各礦區(qū)歷年的事故統(tǒng)計(jì)分析,工作面頂板事故發(fā)生的地點(diǎn)、前提和方式均有一定的規(guī)律性,熟悉和把握這些規(guī)律對(duì)監(jiān)測和控制冒頂?shù)陌l(fā)生是很有必要的。
    1、頂板類型  發(fā)生冒頂?shù)墓ぷ髅骓敯逋禽^軟的、較硬的、復(fù)合頂板或鑲嵌型頂板。較軟的頂板中有再生頂板、偽頂、疏松型及破碎型頂板,如近間隔煤層上層回采后的下煤層頂板呈現(xiàn)為膨脹后的破碎頂板。較硬的頂板易造成大面積來壓及鑲嵌型局部冒頂?shù)取?fù)合頂板或稱離層型頂板的巖性結(jié)構(gòu)為下軟上硬,其下位軟巖層的厚度一般小于采高,軟硬巖層間常夾有煤線或薄層軟弱巖層。據(jù)統(tǒng)計(jì),這三類頂板發(fā)生事故約占全部工作面頂板事故的70-80%,其中以復(fù)合頂板下發(fā)生事故最多。地質(zhì)構(gòu)造帶如斷層、褶曲四周,頂板輕易破碎,也易引起冒頂。
    2、冒頂?shù)攸c(diǎn)  按工作面發(fā)生冒頂?shù)奈恢茫饕趦啥藘删€,即上下端頭、煤壁線(梁端到煤壁無支護(hù)空間)、放頂線。上下端頭冒頂約占25%、煤壁線冒頂約占30%、放頂線冒頂約占20%、工作面冒頂約占25%。按工作面沿走向推進(jìn)的位置,有將近70-80%的頂板事故發(fā)生在初放期間,其中多數(shù)事故發(fā)生于工作面離開切眼小于10m范圍內(nèi),常處于工作面初次來壓前。
    3、支護(hù)形式  頂板事故與支護(hù)機(jī)械化程度關(guān)系極大。據(jù)統(tǒng)計(jì),摩擦支柱工作面比木支柱工作面頂板事故減少60%,而又比綜采工作面頂板事故高6-9倍,比單體液壓支柱工作面高2-4倍。1990年在國有煤礦工作面中,單體液壓支柱普采面占21.8%,炮采面占58.5%。包括采用單體液壓支柱的炮采工作面在內(nèi),單體液壓支柱工作面約占工作面總數(shù)一半以上,是支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測的主要對(duì)象。
    4、冒頂類型  局部冒頂事故約占70%,大范圍的冒頂事故約占30%。冒頂類型可分為下列五類:
    第一種類型為推垮型冒頂。約占冒頂事故之半。推垮型冒頂事故常常與復(fù)合頂板以及初采期相聯(lián)系,其垮落特征為:(1)冒頂前采場頂板壓力不大,支柱沒有顯著變形及損壞,支柱活柱極少下縮;(2)冒頂后上部硬巖層懸露不冒,也有只冒數(shù)個(gè)大塊,冒頂高度有限;(3)冒頂巖塊在垮落前一般周圍已有裂痕,且沿傾斜下方有冒落空穴或臺(tái)階狀自由面作為巖塊移動(dòng)的去路;(4)冒頂后支柱一般沒有折損,只是向煤層傾斜的斜下方傾倒。
    第二種類型為壓垮型冒頂。往往由老頂大面積初次或周期來壓造成,約占冒頂事故總數(shù)的7%,次數(shù)固然未幾,但造成損失較嚴(yán)峻,通常表現(xiàn)為來壓前頂板平整,來壓時(shí)采場煤壁片幫加劇,頂板沿煤壁切開呈臺(tái)階下沉,頂板急劇下沉,采空區(qū)懸頂?shù)舨辏钪眲∠驴s或折損,跟著單體液壓支柱的推廣使用,這類事故逐漸減少。
    第三類冒頂事故為漏垮型。頂板主要由疏松的巖層或再生頂板組成,當(dāng)端面空頂較大或假頂破損或封頂不嚴(yán)時(shí)才發(fā)生漏頂,或在地質(zhì)變動(dòng)帶掉碴抽空,加上大塊冒矸下砸使支架失穩(wěn)而冒頂,這類冒頂范圍較小,一般為2-3m,但處理不當(dāng)也可能擴(kuò)大冒頂范圍。
    第四類為沖毀型。頂板主要為堅(jiān)硬巖層,在采空區(qū)懸頂較大,冒下的巨塊巖石沿傾斜滑向煤壁,沖倒特種支架,形成冒頂。分層開采時(shí)假頂上方的巨塊巖石下滑流動(dòng)而引起倒柱冒頂。
    第五類為局部巖塊冒落型。這種頂板結(jié)構(gòu)常為鑲嵌型結(jié)構(gòu),頂板受人字劈、草帽劈等影響,或有鍋底狀包裹體,加上支護(hù)不及時(shí),空頂面積較大或棚檔較大,使巖塊沿滑面脫落而造成冒頂,這類冒頂雖范圍小,但事先少有預(yù)示,輕易被人忽視。
從以上分析可知,不論哪種冒頂均是因?yàn)樵谝欢ㄇ疤嵯碌V山壓力作用于采場圍巖,通過老頂、直接頂或復(fù)合頂以及煤壁、采空區(qū)矸石等形成的各種礦山壓力顯現(xiàn)。這種礦壓顯現(xiàn)需通過支護(hù)的支撐力、準(zhǔn)確的阻力分布及側(cè)向不亂性來控制,當(dāng)支架與圍巖間泛起力的不平衡時(shí),就可能產(chǎn)生各種類型的冒頂。
    防止冒頂是回采工作面頂板治理的中央任務(wù),其內(nèi)容主要有以下幾方面:
    1、公道選擇開采方法、開采順序及巷道布置等以減小采場的頂板壓力;
    2、公道設(shè)計(jì)采場支護(hù),準(zhǔn)確確定其型式、阻力、布置等參數(shù),并進(jìn)一步促進(jìn)支護(hù)改革,強(qiáng)化支護(hù)手段;
    3、當(dāng)真進(jìn)行頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測,把握頂板流動(dòng)規(guī)律,尤其對(duì)于老頂來壓劇烈而支護(hù)能力較弱的單體支柱工作面,進(jìn)行來壓猜測預(yù)告,提前采取措施,避免產(chǎn)生壓垮型或引起其他形式的冒頂事故;
    4、常常全面地進(jìn)行支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測,保證支架處于有效、良好的工作狀態(tài),對(duì)重點(diǎn)地區(qū)事故多發(fā)地段及時(shí)著重監(jiān)測,邊測邊改,為出產(chǎn)技術(shù)治理及時(shí)提供信息及依據(jù),實(shí)行科學(xué)治理。
(二)采面支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測的發(fā)展
回采工作面的支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期。
1、頂板壓力預(yù)告及三量觀測
    1964年西山礦務(wù)局提出了頂板壓力預(yù)告的方法,其內(nèi)容偏重于地質(zhì)變化及來壓預(yù)告,提高前輩行煤層賦存的地質(zhì)前提以及出產(chǎn)技術(shù)因素的調(diào)查,并適當(dāng)觀測一些必要的特征量,在分析研究的基礎(chǔ)上,提出預(yù)告及制訂措施。
預(yù)告分為長期、中期及短期三種。長期指工作面的整個(gè)開采期間;中期指未來一旬或半月內(nèi)預(yù)告一次;短期指每5天內(nèi)預(yù)告一次。
預(yù)告內(nèi)容指壓力變化的地點(diǎn)、時(shí)間和危險(xiǎn)程度以及技術(shù)措施。預(yù)告要簡明易懂,圖表化。同時(shí),在礦壓三量觀測的基礎(chǔ)上,開始對(duì)頂?shù)装逑鄬?duì)移近量、移近速度、支柱載荷及活柱下縮量進(jìn)行定量觀測。
2、利用超前巷道內(nèi)礦壓顯現(xiàn)變化作頂板動(dòng)態(tài)預(yù)告并對(duì)工作面工程質(zhì)量尺度,進(jìn)行檢查評(píng)級(jí)
    1982年原山東礦院同道首先在棗莊局發(fā)現(xiàn),當(dāng)上覆堅(jiān)硬巖層超前斷裂時(shí),在工作面上下兩巷內(nèi)測得頂板反彈信息,可以作為工作面來壓預(yù)告的基礎(chǔ),由此發(fā)展一種利用動(dòng)態(tài)儀布置在工作眼前方的巷道內(nèi)捕獲信息進(jìn)行頂板動(dòng)態(tài)預(yù)告的方法,以后在銅川、徐州等局還發(fā)展了利用超前巷道內(nèi)壓力變化作為預(yù)告頂板動(dòng)態(tài)的方法。     原煤炭部制定的幾回加強(qiáng)頂板治理的若干劃定,如簡稱19條、30、20條等,劃定要加強(qiáng)礦壓觀測工作及保證支護(hù)質(zhì)量尺度,如達(dá)不到機(jī)能尺度的支柱不準(zhǔn)入井,摩擦式金屬支柱初撐力不得小于2t,推廣5t升柱器等。
3、工作面支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)日常監(jiān)測
    頂板動(dòng)態(tài)預(yù)告,在預(yù)防老頂劇烈來壓威脅采場安全中施展了較好的作用。如在北京礦務(wù)局由刀柱法治理頂板轉(zhuǎn)變?yōu)榭迓浞ㄖ卫眄敯鍟r(shí),在徐州局、棗莊局等事故多發(fā)前提下,能較正確地預(yù)告來壓。原煤炭部出產(chǎn)司制定的頂板治理前提,為今后科學(xué)治理頂板,大幅度減少頂板事故打下基礎(chǔ)。
在此以前的礦壓觀測與來壓預(yù)告有以下不足之處:
    (1)礦壓觀測一般需占用較多職員,觀測數(shù)據(jù)的收拾整頓較費(fèi)時(shí),觀測線常設(shè)在中部,代表面較窄,尤其與事故發(fā)生地點(diǎn)及時(shí)間可能不符,指導(dǎo)出產(chǎn)還不夠及時(shí)。
    (2)礦壓觀測與支護(hù)質(zhì)量聯(lián)系不夠緊密親密,而控制圍巖避免發(fā)生冒頂?shù)闹饕侄问强恐ёo(hù),因此在功課規(guī)程既定的情況下,保證支護(hù)質(zhì)量是最首要的。
    (3)檢查支護(hù)質(zhì)量側(cè)重直、勻、及時(shí),但更重要的應(yīng)該是支架的內(nèi)在質(zhì)量,即支柱應(yīng)具有足夠的初撐力及工作阻力,而且應(yīng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)題目,及時(shí)整改。
    1988年新汶礦務(wù)局與中國礦大首創(chuàng)的支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測在克服上述不足之處方面有很大改善,使礦壓觀測與出產(chǎn)治理的結(jié)合發(fā)展到新階段,并跟著全國推廣泛起不少新做法、新指標(biāo)、新儀器,使監(jiān)測方法更為完善,從而可將工作面的控頂工作納入科學(xué)治理的軌道。
二、單體支柱工作面支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)的監(jiān)測
(一)以比值為主要監(jiān)測指標(biāo)的監(jiān)測方法
所謂比值就是頂板下沉量與活柱下縮量之比.現(xiàn)首先以新汶局與中國礦大開始推出的方法為例。其詳細(xì)做法如下:
1、設(shè)置觀測線與量測數(shù)據(jù)
    沿工作面每10m左右設(shè)一條觀測線,每一條觀測線代表其上下各5m左右范圍內(nèi)的情況,量測各觀測線上各排支柱處的采高及支柱的活柱高度,若以首排測得的值為基礎(chǔ),則跟著工作面的推進(jìn)就可測出該排相對(duì)煤壁不同間隔時(shí),即處于各控頂排的頂板下沉量(實(shí)際為頂?shù)装逑鄬?duì)移近量)簡稱頂沉及活柱縮量,或稱柱縮,其布置如圖1所示。

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