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第12章 矿尘及顶板事故的处理(1)

1.矿尘的危害及处理措施

矿尘的危害

矿尘是指矿井生产过程中产生的煤尘和岩尘。

矿尘的主要危害是引起工人患尘肺病、发生煤尘燃烧和爆炸

事故。

(1)工人长期在矿尘环境中工作,吸入大量细微粉尘,从

而引起以肺组织纤维化为主的职业病,严重影响人体健康和寿命。

(2)煤尘遇到外界火源,很容易引起火灾。具有爆炸危险

的爆尘达到一定浓度时,在引爆火源的作用下,发生爆炸,往往

造成矿毁人亡。

矿尘的处理

(1)掘进井巷和硐室时,必须采取湿式钻眼、冲洗井壁巷帮、水炮泥、爆破喷雾、装岩(煤)洒水和净化风流等综合防尘措施。

(2)采煤工作面应采取煤层注水防尘措施。炮采工作面应采取湿式打眼,使用水炮泥;爆破前、后应冲洗煤壁,爆破时应喷雾降尘,出煤时洒水。

(3)采煤机、掘进机都应安装有效的内外喷雾装置,无喷雾装置的采煤机、掘进机不得工作。生产矿井中,如果采煤机、掘进机不带有内喷雾装置,必须使用外喷雾装置并加除尘器。

(4)综合机械化放顶煤工作面、液压支架和放煤口都必须喷雾洒水,否则不得放煤。

(5)井下煤仓放煤口、溜煤眼放煤口、输送机转载点和卸载点,以及地面筛分厂、破碎车间、带式输送机走廊、转载点等地点,都必须安设喷雾装置或除尘器,作业时进行喷雾降尘或用除尘器除尘。

(6)煤(岩)与瓦斯突出煤层或软煤层中瓦斯抽放钻孔难以采取湿式钻孔时,可采取干式钻孔,但必须采取捕尘、降尘措施,工作人员必须佩戴防尘保护用品。

2.煤层的顶板和采掘工作面控制

煤层的顶板

煤层上面的岩层叫顶板。根据顶板的坚硬程度及距煤层的距离,可把煤层的顶板分为三层:

(1)伪顶。伪顶是在煤层之上、紧贴煤层的一层松软岩层,一般厚度03~05米。当煤层被采落时,伪顶也同时下落,混入煤中,影响煤质。

(2)直接项。直接顶是位于伪顶之上或煤层之上的顶板,它具有一定的稳定性。工作面煤层被采落时,直接顶不会立即垮落,而是要在工作面上方悬露一定的时间才垮落。直接顶是采掘工作面支护的对象。如果支护好,就不会冒顶,否则会造成冒顶伤亡事故。

(3)老顶。老顶是在直接顶上方的岩层,一般由坚硬岩层组成。老顶在采空区上方悬露一定的面积后才能垮落。老顶垮落后会给采煤工作面带来很大压力,如果工作面支护不好,就会发生大冒顶伤人事故。

采掘工作面顶板控制

(1)采煤工作面顶板控制。

①普通机械化及炮采工作面顶板控制。普通机械化及炮采工作面顶板控制主要是依靠金属摩擦支柱、单体液压支柱配合金属铰接顶梁或型梁支护,构成工作面的基本支架。除基本支架外,在控制顶板中还会采用木垛、丛柱、密集支柱、抬棚等特殊支架。

②综合机械化工作面顶板控制。综合机械化采煤工作面依靠自移式液压支架控制顶板。无论是在对顶板的支撑力还是安全性、稳定性方面都优于其他支护形式,是我国广泛应用的支护形式。根据支架对顶板的作用力形式,综采支架有三大类型,即支撑式、掩护式和支撑掩护式。

(2)掘进工作面顶板控制。井下巷道掘进以后,必须进行不同形式的支护来控制顶板,否则随时间的推移,巷道会变形或冒顶,影响安全使用。巷道支护形式有以下几种:

①砌碹支护。

②棚式支护。

③锚杆支护。

3.冒顶前常见的预兆

在正常情况下,顶板冒落事先都有预兆。预兆情形有下面几种:

响声

岩层下沉断裂,顶板压力急剧加大时,木支架就会发生劈裂声,紧接着出现折梁断柱现象;金属支柱的活柱急剧下缩,也会发出很大声响;有时也能听到采空区内顶板发生断裂的闷雷声。

掉渣

顶板严重破裂时,折梁断柱就要增加,随着就出现顶板掉渣现象。掉渣越多,说明顶板压力越大。在人工顶板下,掉下来的碎矸石和煤渣更多,工人把它称为“煤雨”,这就是发生冒顶的危险信号。

片帮

冒顶前煤壁所受压力增加,变得松软,片帮煤比平时多。

裂缝

顶板的裂缝,一种是地质构造产生的自然裂隙,一种是由于采空区顶板下沉引起的采动裂隙。流水的裂隙有危险,茬口新的有危险,缝里有煤泥、水锈的不危险。人们常在裂缝中插上木楔子,看它是不是松动或掉下来,观察裂缝是否扩大。如果这种裂缝加深加宽,说明顶板继续恶化。

脱层

顶板快要冒落的时候,往往出现脱层现象。检查脱层要用“问顶”的方法。

漏顶

破碎的伪顶或直接顶,在大面积冒顶以前,有时因为背顶不严或支架不牢出现漏顶现象。漏顶如不及时处理,会使棚顶托空、支架松动。顶板岩石继续冒落,就会造成没有声响的大冒顶。

4.顶板事故的常见原因

井下工作面发生顶板事故的原因很多,比较常见的有以下几种:

地质构造复杂

松软破碎的顶板常有小的局部冒顶,坚硬难冒的顶板会发生大冒顶,少数矿井还有冲击地压。如果采掘过程中遇到了断层、褶曲等地质构造,更容易发生冒顶。

顶板压力的变化

初次来压和周期来压时,顶板下沉量和下沉速度都急剧增加,支架受力猛增,顶板破碎,还会出现平行煤壁的裂缝,甚至顶板出现台阶状下沉,这时冒顶的可能性最大。

回采工序的影响

采煤机切割煤壁或工作面放炮时,改柱、回柱和放顶时,对顶板的震动破坏较大,比进行其他工序时容易冒顶。

工作面部位不同

输送机机头和机尾处,不按规格要求支护的地方,工作面与回风巷和运输巷连接的上、下出口,工作面煤壁线、放顶线与顶板(特别是各种假顶)交接处,都是容易冒顶的地方。

顶板管理方式

托伪顶、留煤顶开采,厚煤层用竹笆、塑料网、金属同作假顶开采,工序复杂,管理不好就要冒顶。

人的因素

干部违章指挥,工人违章作业是造成顶板事故最根本、最直接的原因。

技术装备落后

目前多数煤矿回采工作面还在使用金属摩擦支柱和木支柱,回柱基本上是人工作业,埋下事故隐患。

5.煤层顶板的管理方法

根据顶板的性质和煤层的厚度等条件,处理采空区的办法(顶板管理方法)基本上有以下四种:

垮落法

也叫陷落法,就是随着工作面向前推进,把工作面靠近采空区的支架撤出,让直接顶自行垮落或者强制垮落,也就是常说的回柱放顶。垮落下来的岩块充填了采空区,减小了工作面顶板压力。我国大多数煤矿的回采工作面采用了垮落法。

充填法

是由地面或井下把充填材料(砂子、碎矸石等)运送到工作面,充填采空区支撑顶板,不让它垮落。把采空区全部填满的方法叫全部充填法(大多数用水泥充填),多用于开采厚煤层或“三下采煤”;局部充填采空区的方法叫局部充填法,一般是垒砌矸石带,支撑采空区顶板,适用于开采顶板坚硬的薄煤层。

煤柱支撑法

是工作面推进一定距离后,在采空区内留下适当宽度的煤柱来支撑顶板。这种方法适用于顶板岩石特别坚硬、人工强制放顶也很难垮落的顶板条件。不过这种方法很少用,因为一方面煤炭回收率低,另一方面开采近距离煤层群时,当下部煤层的工作面通过上部煤层留下的煤柱时会产生集中压力,给工作面顶板管理造成极大困难。

缓慢下沉法

是指有一种顶板岩层韧性较大,回柱后顶板岩层不垮落,而能弯曲下沉,直到与底板自然合拢的方法。这种方法适合于薄煤层工作面。

6.顶板事故的预防和处理

顶板事故的预防

(1)充分掌握顶板压力分布及来压规律。采煤工作面冒顶事故大都发生在直接顶初次垮落、老顶初次来压和周期来压过程中。只要充分掌握压力分布及来压规律,采取有效的支护措施,是可以防止冒顶的。掘进巷道在布置及支架形式的选择上,也要充分考虑压力的分布规律及顶板压力大小,把巷道布置在压力降低区内。

(2)采取有效的支护措施。在采煤工作面,根据顶板特性及压力大小采取合理、有效的支护形式控制顶板,防止冒顶。如果工作面压力太大,基本支架难以承受,还可采用特殊支架支护顶板。综采工作面要严格控制采高,及时移架控制裸露顶板。掘进工作面要坚持使用前探梁支护。在放炮前要加固棚子,实行连锁,防止崩倒棚子引起冒顶。

(3)及时处理局部漏顶。采掘工作面如果出现局部掉矸、漏顶,必须及时处理。否则,会出现漏顶处支架受力不均,受力大的支架被压断,而引起大冒顶。

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