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  辅导:安全生产法规| 安全生产管理知识| 安全生产技术| 事故案例分析

2014年安全工程师《生产技术》讲义:第七章二节3

2014-01-15  点击: 次  建培教育

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三、矿(地)压灾害及防止技术

  (一)矿(地)压灾害的概念及成因

  1.矿(地)压的概念

  在矿体没有开采之前,岩体处于平衡状态。当矿体开采后,形成了地下空间,破坏了岩体的原始应力,引起岩体应力重新分布,并一直延续到岩体内形成新的平衡为止。在应力重新分布过程中,使围岩产生变形、移动、破坏,从而对工作面、巷道及围岩产生压力。 通常把由开采过程而引起的岩移运动对支架围岩所产生的作用力,称为矿山压力。

  在矿山压力作用下所引起的一系列力学现象,如顶板下沉和垮落、底板鼓起、片帮、支架变形和损坏、充填物下沉压缩、煤岩层和地表移动、露天矿边坡滑移、冲击地压、煤与瓦斯突出等现象,均称之为矿山压力显现。因此,矿山压力显现是矿山压力作用的结果和外部表现。

  矿(地)压灾害的常见类型主要有采掘工作面或巷道的冒顶片帮、采场(采空区)顶板大范围垮落和冲击地压(岩爆)。

  2.矿(地)压灾害的成因

  (1)在采矿生产活动中,采掘工作面或巷道的冒顶片帮、采场(采空区)顶板大范围垮落是最常见的事故,主要原因有:

  1)采矿方法不合理和顶板管理不善。采矿方法不合理,采掘顺序、凿岩爆破、支架放顶等作业不妥当,是导致这类事故发生的重要原因。

  2)缺乏有效支护。支护方式不当、不及时支护或缺少支架、支架的初撑力与顶板压力不相适应是造成此类事故的另一重要原因。

  3)检查不周和疏忽大意。在顶板事故中,很多事故都是由于事先缺乏认真、全面的检查,疏忽大意.没有认真执行“敲帮问顶”制度等原因造成的。

  4)地质条件不好。断层、褶曲等地质构造形成破碎带,或者由于节理、层理发育,破坏了顶板的稳定性,容易发生顶板事故。

  5)地压活动。地压活动也是顶板事故的一个重要原因。

  6)其他原因。不遵守操作规程、发现问题不及时处理、工作面作业循环不正规、爆破崩倒支架等都容易引起顶板事故。

  (二)矿(地)压灾害的防止技术

  1.井巷支护及维护。

  井巷掘进出空间后,都要进行临时支护或永久支护,以防止围岩的破坏。井巷支护的方式主要有以下几种:

  (1)锚杆支护与锚喷支护

  1)锚杆支护。锚杆支护是单独采用锚杆的支护。掘进后即向巷道围岩钻孔,然后向孔中安装锚杆,必要时也可安装锚索,如在大断面巷道或硐室支护时。目的是使锚杆和锚索与围岩共同作用进行巷道支护。锚杆支护的作用机理有多种:悬吊作用、组合梁作用及挤压连接、加固拱作用和松动圈支护理论等。

  2)锚喷支护。锚喷支护又称喷锚支护,联合使用锚杆和喷射混凝土或喷浆的支护。从广义上讲可以将除锚杆支护以外的其他与锚杆联合的支护型式都纳入此范围。如喷浆支护、喷混凝土支护、锚网支护、锚喷网支护、锚梁网(喷)支护以及锚索支护等。

  (2)混凝土及钢筋混凝土支护

  混凝土支护是用预制混凝土块或浇筑混凝土砌筑的支架所进行的支护。钢筋混凝土支护是用预制的钢筋混凝土构件或浇筑的钢筋混凝土砌筑的支架所进行的支护。这两种支护是立井井筒及运输大巷及井底车场所采用的主要支护方式。

  (3)棚状支架

  棚状支架根据材质不同可以分为木支架和金属支架。

  2.采场地压事故防治技术

  (1)煤矿采场矿山压力控制方法

  直接顶是指直接位于煤层之上的易垮落岩层。煤矿直接顶稳定性分类主要以直接顶初次垮落步距为主要指标,将直接顶分为不稳定、中等稳定、稳定和非常稳定4类。老顶是位于直接顶之上较硬或较厚的岩层老顶压力显现分为4级,即老顶来压不明显、来压明显、来压强烈和来压极强烈。回采工作面支架主要有单体摩擦式金属支柱、单体液压支柱和液压自移支架等几种,少数矿井也还使用木支柱。

  (2)金属非金属矿山采场地压控制方法

  1)空场采矿法地压控制

  空场采矿法藉矿柱控制采场顶板和围岩的暴露面积。根据矿岩的强度,采取合适的矿房和矿柱尺寸,以维护采场的稳定。有时为了提高矿岩的承载能力,除留矿柱外,还可采取木支柱、锚杆支护等辅助性措施,以保证回采工作的安全。

  2)充填采矿法地压控制

  充填采矿法在回采矿石的同时,用充填材料充填回采空间,实现采场地压控制。充填体限制围岩的位移和变形,减缓围岩移动的危害和降低地表下沉的程度;充填体使矿柱由单向或双向受力状态变为三向受力状态,从而提高了矿柱的强度;回采空间充填后,能降低蓄积在围岩中的弹性应变能,从而提高了地下结构抵抗动荷的能力。

  (3)崩落采矿法地压控制

  随着回采工作面向前推进,顶板岩层中压力波亦向前移动。在回采工作面前后方顶板岩层中形成应力降低区、应力升高区和原始应力区。顶板岩层强度越大,开采深度越深,其应力峰值越高。采用单层崩落法采矿时,为使工作面附近有一个安全地段.应根据顶板岩石的力学性质,合理确定最大悬顶距。为保证回采工作安全,使作用在工作面上方的压力值较小,必须随回采工作面的进行,工作面向前推进一定距离,在控顶距处架设密集切顶立柱,进行放顶。采用无底柱分段崩落法采矿时,为维持回采进路良好的稳定性,必须掌握回采进路周围岩体中的应力分布,回采顺序对进路的影响,以便采取相应的维护措施。采用有底柱崩落采矿法的地压控制问题,主要是维护出矿巷道的稳定性。

  3.搞好地质调查工作。

  对于采掘工作面经过区域的地质构造必须调查清楚,通过地质构造带时要采取可靠的安全技术措施。

  4.坚持正规循环作业,严格顶板监测制度。

  5.冲击地压(岩爆)预防技术

  (1)冲击地压(岩爆)现象及特点

  冲击地压(岩爆)是井巷或工作面周嗣岩体,由于弹性变形能的瞬时释放而产生的一种以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。根据原岩(煤)体应力状态不同,冲击地压(岩爆)可分为3类:重力型冲击地压、构造应力型冲击地压、中间型或重力—构造型冲击地压。

  冲击地压(岩爆)的特点:

  1)一般没有明显的预兆,难于事先确定发生的时间、地点和冲击强度;

  2)发生过程短暂,伴随巨大声响和强烈震动;

  3)破坏性很大,有时出现人员伤亡。

  (2)冲击地压(岩爆)的预测方法

  目前,冲击地压(岩爆)的预测方法主要有以下几种:

  1)钻屑法。钻屑法是通过在煤体中打小直径(42—50 rnm)钻孔,根据排出的煤粉量

  及其变化规律以及钻孔过程中的动力现象鉴别冲击危险的一种方法,目前在我国应用较普遍。钻屑法是我国《煤矿安全规程》规定采用的冲击危险程度监测和解危措施效果检验的主要方法。

  2)声发射和微震监测方法。声发射监测的过程主要是对冲击地压前兆信息的统计,冲击危险的判别依据是能率、事件频度及其变化规律,单个声发射事件的幅度、延续时间、频率等参数作为判别冲击危险的参考指标。

  3)综合指数法。综合指数法是在进行采掘工作前,首先分析影响冲击地压发生的主要地质和开采技术因素,在此基础上确定各个因素对冲击地压的影响程度及其冲击危险指数。然后综合评定冲击地压危险状态的一种区域预测方法。

  (3)冲击地压(岩爆)的防治措施

  根据发生冲击地压的成因和机理,防治措施分为两大类:一类是防范措施;另一类是解危措施。

  1)防范措施。防范措施主要包括:预留开采保护层;尽量少留煤柱和避免孤岛开采;尽量将主要巷道和硐室布置在底板岩层中;回采巷道采用大断面掘进;尽可能避免巷道多处交叉;加强顶板控制;确定合理的开采程序;煤层预注水,以降低煤体的弹性和强度等。

  2)解危措施。冲击地压(岩爆)解危措施包括卸载钻孔、卸载爆破、诱发爆破和煤层高压注水等。

 

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