【正文】 機鏟煤板齊全。 ? (3)運輸平巷膠帶輸送機機架、托滾齊全完好，膠帶不跑偏。電纜懸掛、管子鋪設符合規(guī)定，開關要上架，煤電鉆電纜要盤好。閑置設備和材料要放在安全出口 20 m以外的安全地點。電氣設備上方有淋水，要有防水設施。 ? (十 )安全管理 ? (1)工作面和順槽輸送機機頭機尾有壓 (戧 )柱。 ? (2)支柱 (支架 )高度與采高相符，不得超高使用。 ? (3)在用支柱完好、不漏液、不自動卸載，無外觀缺損。達不到此要求的支柱不超過 3根；綜采支架不漏液、不串液、不卸載 2/7/2022 58 ? (4)支柱迎山有力，不出現(xiàn)連續(xù) 3根以上支柱迎山角或退山角過大；綜采支架要垂直頂?shù)装?，歪斜小?177。 5176。 ，采高大、傾角大于 15176。 的工作面支柱，必須有防倒措施；工作面傾角大于 15176。 時，支架設防倒防滑裝置，有鏈牽引采煤機和刮板輸送機設防滑裝置。 ? (5)使用鉸鏈接頂梁工作面鉸接率大于 90％。 2/7/2022 59 ?第五節(jié) 礦井沖擊地壓與頂板事故防治 ?主要內容： ? 一、礦井沖擊地壓防治 ? 二、礦井頂板事故類型及其危害 ? 三、冒頂事故的預兆 ? 四、冒頂事故常發(fā)的地點及原因 ? 五、冒頂?shù)奶綔y方法 ? 六、冒頂?shù)念A防措施 ? 說明：此節(jié)由于內容較多，浪費紙張，故不打印 2/7/2022 60 ?主要內容： ? 一、礦井沖擊地壓防治 ? 二、礦井頂板事故類型及其危害 ? 三、冒頂事故的預兆 ? 四、冒頂事故常發(fā)的地點及原因 ? 五、冒頂?shù)奶綔y方法 ? 六、冒頂?shù)念A防措施 2/7/2022 61 ? 一、礦井沖擊地壓防治 ? （一）沖擊地壓概述 ? ? 礦山井巷和采場周圍煤、巖體由于 變形能 釋放而產生的以突然、急劇、猛烈的破壞為特征的動力現(xiàn)象。簡單講，沖擊地壓就是煤、巖體的突然破壞。 ? 沖擊地壓是一種典型的動力災害。 ? 煤礦動力災害包括：沖擊地壓、頂板大面積來壓、巖爆、礦震、煤與瓦斯突出、地表突然塌陷等。 2/7/2022 62 ? ? （ 1）按按沖擊地壓發(fā)生地點（巖體類別）分類 ? 煤層沖擊：又分 表面、淺部和深部沖擊 三種類型 ? 巖層沖擊：又分為 頂板沖擊 和 底板沖擊 ? 還可分為 巷道沖擊地壓 和 工作面沖擊地壓 。 ? （ 2）按應力來源和加載形式分類 ? 重力型： 棗莊、撫順、開灤 ? 構造型： 北票、華亭、天池 ? 震動型： 由脈沖式震動波引起 ? 綜合型： 幾種載荷共同作用 2/7/2022 63 ? （ 3）按顯現(xiàn)強度分類 ? 彈射 —— 一些 單個破碎巖 (煤 )塊 從處于應力狀態(tài)下的煤或巖體上拋射出去，并伴有強烈聲響，屬于微沖擊現(xiàn)象。 ? 煤炮 —— 煤、巖內部的沖擊地壓，即深部的煤或巖體發(fā)生破壞，產生片幫和塌落現(xiàn)象，煤或巖體產生強烈震動，伴有巨大聲響，有時產生煤塵。 ? 微沖擊 —— 煤和巖石向開采空間拋出，破壞性很小 ，對支架、機器、設備基本上無損壞，圍巖產生震動，震級一般在里氏 級以下且伴有很大聲響，產生煤塵，在含瓦斯煤層中可能有大量的瓦斯涌出。 ? 強沖擊 —— 部分煤和巖石急劇破碎， 大量向開采空間拋出 ，砸壞支架，推移設備，圍巖震動，震級在里氏 ，并伴有巨大聲響，產生大量煤塵和沖擊波。 2/7/2022 64 ? （ 4）按震級強度和拋出的煤量分類 ? 輕微沖擊 (I級 )，即拋出煤量在 10 t以下、震級在里氏 1級以下的沖擊地壓； ? 中等沖擊 (Ⅱ 級 )，拋出煤量在 10~15 t、震級在里氏 1～ 2級； ? 強烈沖擊 (Ⅲ 級 )，拋出煤量在 50 t以上、震級在里氏 2級以上。 ? 3．沖擊地壓發(fā)生的特點 ? (1)突然爆發(fā) 。沖擊地壓發(fā)生前，預兆不明顯。 ? (2)巨大聲響 。沖擊地壓爆發(fā)的瞬間，伴有雷鳴般的響聲。 ? (3)沖擊波強 。煤體內積聚的彈性能突然釋放，產生強大的沖擊波。它能沖掉工人頭上的礦帽，以及沖倒幾十米至幾百米內的風門、風墻等設施。 2/7/2022 65 ? (4)彈性振動 。沖擊地壓發(fā)生時在圍巖內引起彈性振動，工作人員被彈起摔倒，甚至輸送機、軌道等重型設備都可能被振動和推移，連地面人員有時都能感到這種振動。該振動所產生的彈性波可以被幾百千米外的地震儀檢測到，并留有清晰的震相記錄。 ? (5)煤體移動 。據(jù)現(xiàn)場觀測可知，淺部沖擊時，煤體發(fā)生移動，煤體移動時在頂板接觸面上留有明顯的棕褐色擦痕，擦痕的方向即為煤體移動的方向。 ? (6)頂板下沉或底鼓 。沖擊地壓發(fā)生時，常導致頂扳下沉或底鼓。 ? (7)煤幫拋射性塌落 。沖擊地壓造成煤幫拋射性塌落，多發(fā)生在煤幫上部到頂板的一段，越靠近頂板塌落越深，強烈沖擊時，塌落深度可達 1． 5～ 2 m。 2/7/2022 66 ? 4．沖擊地壓發(fā)生的機理 ? 在一定的地質因素和采礦條件下，煤（巖）受外力引起變形，發(fā)生突然破壞的力學過程。 ? 沖擊地壓發(fā)生理論： ? （ 1）強度理論 —— 由于局部應力超過強度引起 ? （ 2）剛度理論 —— 當?shù)V體剛度大于圍巖剛度，發(fā)生沖擊地壓。 ? （ 3）能量理論 —— 當支架 圍巖力學系統(tǒng)破壞時釋放的能量大于所消耗的能量時，發(fā)生沖擊地壓。 ? （ 4）沖擊傾向性理論 —— 產生沖擊破壞的能力，稱為沖擊傾向性。可用沖擊傾向性表示。 ? （ 5）變形失穩(wěn)理論 —— 沖擊地壓發(fā)生前是準靜態(tài)過程，介質是穩(wěn)定的；即將發(fā)生時，介質是非穩(wěn)定的；此時受到擾動，可能失穩(wěn)，發(fā)生沖擊地壓。該理論的實質是只有變形系統(tǒng)具有軟化特性時，才具有發(fā)生沖擊地壓的條件。 2/7/2022 67 ? ? 主要有三類： ? 地質因素，主要是原巖壓力 ? 開采技術條件因素，主要是導致高應力因素 ? 組織管理措施因素，主要是消除上述因素的措施 ? 1）地質因素 ? （ 1）開采深度 ? （ 2）煤巖物理力學性質及特征 ? （ 3）地質構造因素：斷層、褶曲、煤厚變化處（應力集中區(qū)） ? 2）開采技術條件因素 ? （ 1）采煤方法、巷道布置 ? （ 2）采掘順序 ? （ 3）煤柱 ? （ 4）其他，如殘采區(qū)、停采線、斷層區(qū)域、煤層超采區(qū)域。據(jù)統(tǒng)計 89%的沖擊地壓發(fā)生在上述地點。 2/7/2022 68 ? （二）防治沖擊地壓的相關規(guī)定 ? 隨著開采深度的增加，巷道斷面加大、礦壓顯現(xiàn)加劇，沖擊地壓事故也呈上升趨勢，因此，煤礦開采須遵守下列規(guī)定： ? (1)開采沖擊地壓煤層的煤礦應有專人負責沖擊地壓預測預報和防治工作。 ? ①必須編制專門設計。②掘進工作面臨近大型地質構造、采空區(qū)，通過其他集中應力區(qū)以及回收煤柱時，必須制定措施。③防治沖擊地壓的措施中，必須規(guī)定發(fā)生沖擊地壓時的撤人路線。④每次發(fā)生沖擊地壓后，必須組織人員到現(xiàn)場調查，記錄發(fā)生前的征兆、發(fā)生經(jīng)過、有關數(shù)據(jù)及破壞情況，制定恢復工作的措施。 ? (2)開采嚴重沖擊地壓煤層時，在采空區(qū)不得留有煤柱。如果在采空區(qū)留有煤柱，必須將煤柱的位置、尺寸以及影響范圍標在采掘工程圖上。開拓巷道不得布置在嚴重沖擊地壓煤層中；永久硐室不得布置在沖擊地壓煤層中。 2/7/2022 69 ? (3)開采煤層群時，應優(yōu)先選擇無沖擊地壓或弱沖擊地壓煤層作為保護層開采。 ? ①保護層有效范圍的劃定方法和保護層回采的超前距離，應根據(jù)對礦井實際考察的結果確定。②開采保護層后，在被保護層中確實受到保護的地區(qū)，可按無沖擊地壓煤層進行采掘。在未受保護的地區(qū)，必須采取放頂卸壓、煤層注水、打卸壓鉆孔、超前爆破松動煤體或其他防治措施。 ? (4)開采沖擊地壓煤層時，沖擊危險程度和采取措施后的實際效果，可采用鉆粉率指標法、 地音法 、微震法等方法確定。對有沖擊地壓危險的煤層，應根據(jù)預測預報等實際考察資料積累的數(shù)據(jù)劃分沖擊地壓危險程度等級并制定相應的綜合防治措施。 ? (5)對沖擊地壓煤層，應根據(jù)頂板巖性掘進寬巷或沿采空區(qū)邊緣掘進巷道。巷道支護嚴禁采用混凝土、金屬等剛性支架。 2/7/2022 70 ? (6)嚴重沖擊地壓厚煤層中的所有巷道應布置在應力集中圈外；雙巷掘進時， 2條平行巷道之間的煤柱不得小于 8 m，聯(lián)絡巷道應與 2條平行巷道垂直。 ? (7)開采沖擊地壓煤層時應采用垮落法控制頂板，切頂支架應有足夠的工作阻力，采空區(qū)中所有支柱必須回凈。 ? (8)開采沖擊地壓煤層時，在同一煤層的同一區(qū)段集中應力影響范圍內，不得布置 2個面同時回采。 2個面相向掘進，在相距 30 m(綜掘 50 m)時，必須停止其中一個掘進面，以免引起嚴重沖擊危險。 ? 停產 3天以上的采煤面，恢復生產的前一班內，應鑒定沖擊地壓危險程度，并采取相應的安全措施。 、 ? (9)有嚴重沖擊地壓的煤層中，采掘面的爆破撤人距離和爆破后進入工作面的時間，必須在作業(yè)規(guī)程中明確規(guī)定。 ? (10)在無沖擊地壓煤層中的三面或四面被采空區(qū)所包圍的地區(qū)、構造應力區(qū)、集中應力區(qū)開采和回收煤柱時，必須制定防治沖擊地壓的安全措施。 2/7/2022 71 ? （三）沖擊地壓防治 ? 根據(jù)發(fā)生沖擊地壓的成因和機理，沖擊地壓的防治措施：避免產生應力集中區(qū)；對產生的應力集中區(qū)域或因地質構造等因素存在的高應力區(qū)，采取改變煤巖體物理力學性能的措施，降低或釋放巖體積聚的彈性潛能。 ? (1)采用正確的開采方法 ? ①開采保護層。開采煤層時，為了降低潛在危險層的應力，首先應當開采保護層。當所有煤層有沖擊地壓危險時，應開采沖擊地壓危險性最小的煤層。當有沖擊地壓危險的煤層的頂、底板都賦存保護層時，建議先開采頂板保護層。 ? ②避免形成孤立煤柱。劃分井田和采區(qū)時，應保證有計劃的合理開采，避免形成應力集中的孤立煤柱，不允許在采空區(qū)內留煤柱，巷道上方不留煤柱，有條件的采區(qū)上山、采區(qū)邊界及區(qū)段巷道采用無煤柱開采技術。 2/7/2022 72 ? ③ 選擇合理的開采方法。開采有沖擊地壓危險的煤層時，應盡量采用長壁采煤法，采用全部垮落法管理頂板。煤柱支撐法、房柱式及其他留煤柱的開采方法，沖擊地壓發(fā)生頻繁。 ? ④選擇合理的巷道布置方式。開采有沖擊危險的煤層時，應盡量將主要巷道和硐室布置在底板巖石中。 ? ⑤合理安排開采程序。防止采煤工作面三面被采空區(qū)包圍，形成“半島”。采煤工作面應采用后退式開采，避免相向采煤。 2/7/2022 73 ? (2)局部卸壓措施 ? ①煤層預注水。目的主要是降低煤體的彈性和強度，向煤層注水使相鄰巷道、采煤面的煤巖層邊緣區(qū)減少內部粘結力，降低其彈性，減少其潛能。大同、撫順、北京、棗莊、天池等礦區(qū)，在具有沖擊地壓危險煤層或頂板巖層進行注水，收到了明顯的效果。例如，大同四老溝礦在堅硬頂板進行高壓注水試驗，在未注水區(qū)域，頂板堅硬難以冒落，液壓支架 6次受到?jīng)_擊載荷，壓力值達6MPa。而支架的工作阻力為 5000kN，支護強度為 ，支架受沖擊破壞，支柱缸體爆裂。而注水區(qū)域，頂板強度降低約 30％，頂板易于垮落，沒有發(fā)生沖擊載荷，壓力較小。注水可降低煤巖層硬度，使煤巖松軟濕潤，減少彈性。 2/7/2022 74 ? ②鉆孔卸壓法。是利用鉆孔降低積聚在煤層中的彈性能、釋放彈性能的一種方法。一般采用直徑大約 100 mm的鉆孔，現(xiàn)已有直徑為 300 mm的鉆孔。由于鉆孔后，鉆孔周圍的煤體受力狀態(tài)發(fā)生了變化，約束條件減弱，使煤體卸載，支承壓力的分布發(fā)生了變化，峰值向煤體深部轉移。當支承壓力不超過煤層孔壁穩(wěn)定范圍時，孔壁不破壞，鉆孔不變形，排出煤粉量為正常值，煤層沒有卸壓。當支承壓力超過煤層孔壁穩(wěn)定范圍時，鉆孔被破壞，支承壓力愈高，鉆孔破壞范圍愈大，因此，煤層積聚的應力愈高，利用大直徑鉆孔卸壓愈有效。俄國在沃爾庫塔礦區(qū)應用直徑為 300 mm鉆孔，孔距 ~ m，取得了一定成效。 2/7/2022 75 ? ③震動爆破法。震動爆破法是在安全條件下，用爆破方法釋放煤層積聚的能量，使煤層裂隙松動，是預防沖擊地壓的一種方法。卸載爆破就是在高應力區(qū)附近打鉆，在鉆孔中裝藥進行爆破，其主要目的是改變支承壓力帶的形狀和減少峰值，炮眼布置盡量接近于支承壓力帶峰值位置。 ? 誘發(fā)爆破就是在具有沖擊地壓危險的區(qū)域進行大藥量的爆破，人為地在工作人員撤出后誘發(fā)沖擊地壓。 ? 門頭溝礦發(fā)生沖擊地壓 60％是爆破引起的，因此，該礦利用震動爆破法對預防沖擊地壓進行了一些試驗，試驗的地點在爆破九采區(qū)一 170 m水平 3槽煤工作面，工作面打 2個鉆孔，孔深 4～ 6 m，每孑 L裝藥 5． 5 kg，爆破誘發(fā)相當于 2． 6級地震的沖擊地壓，從試驗來看，收到了良好的效果 2/7/2022 76 ? ④ 強制放頂。強制放頂卸壓控制頂板 ,對防治沖擊地壓的發(fā)生是有效的。如門頭溝礦為了防止沖擊地壓發(fā)生，從 20世紀 70年代開始，進行深孔爆破人工強制放頂，累計放頂達十幾萬平方米，取消刀柱式，改為長壁式開采，起到了減緩沖擊地壓的作用。 1985年在 3槽煤層試驗，也收到了較好的效果。 2/7/2022 77 ? 二、礦井頂板事故類型及其危害