煤礦頂板事故預(yù)防

郭光華

近年來,我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)持續(xù)好轉(zhuǎn),事故起數(shù)和死亡人數(shù)呈現(xiàn)大幅度下降局面。但值得注意的是,我國(guó)煤礦頂板事故時(shí)有發(fā)生,安全生產(chǎn)形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

頂板事故主要原因

頂板事故是指在煤礦井下生產(chǎn)過程中,頂板意外冒落造成的人員傷亡、設(shè)備損毀、生產(chǎn)終止等事故。

頂板事故相對(duì)于煤礦瓦斯爆炸、透水等事故而言,雖然每次死亡人數(shù)比較少,但其事故發(fā)生頻率較高。據(jù)中國(guó)煤炭信息研究總院寧宇院長(zhǎng)介紹,2001—2006年,煤礦頂板事故起數(shù)占煤礦各類事故總起數(shù)的55%,死亡人數(shù)也占到煤礦總事故死亡人數(shù)的43%。近年來,煤礦頂板事故雖然也在減少,但仍是煤礦主要生產(chǎn)災(zāi)害之一。

頂板事故多發(fā)生在煤礦掘進(jìn)工作面及巷道交叉口。巷道發(fā)生冒頂?shù)脑蛑饕?巷道開掘后沒有得到及時(shí)支護(hù);巷道頂板圍巖壓力大,支護(hù)失效。采場(chǎng)局部冒頂常發(fā)生在上下出口、煤壁線、放頂線、地質(zhì)構(gòu)造處及采煤工作面附近。其主要原因有:采空區(qū)頂板跨落不好,懸頂面積過大;頂板中存在斷層、裂隙、層理等地質(zhì)構(gòu)造,將頂板切割成不連續(xù)的巖塊,回柱后巖塊失穩(wěn),推倒支柱造成冒落;回柱操作順序不合理;工作面支護(hù)不好,支護(hù)密度不夠,初撐力低,迎山角不合理等;在遇見未曾遇見的地質(zhì)構(gòu)造時(shí),沒及時(shí)采取措施;工作面上、下出口連接兩順槽的三角區(qū),控頂面積大;煤壁線附近容易形成“人字”“鍋底”“升斗”等劈理(變形巖石中,使巖石易于沿一定方向劈開而形成無數(shù)薄片的面狀地質(zhì)構(gòu)造),導(dǎo)致冒落。

山西長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司長(zhǎng)平礦就是一個(gè)遭受頂板事故威脅的煤礦。長(zhǎng)平礦是一個(gè)新建的現(xiàn)代化礦井,煤炭賦存條件復(fù)雜,井田范圍內(nèi)煤層強(qiáng)度低,節(jié)理、裂隙、斷層、陷落柱等發(fā)育較多,而且盤區(qū)、采面巷道均沿煤層底板掘進(jìn)(巷道留煤頂),掘進(jìn)斷面大,支護(hù)難度很大。加之礦井采煤方法為綜放開采,工作面頂板管理難度很大,稍有不慎,就有可能造成冒頂事故。因此,自建設(shè)及投產(chǎn)以來,長(zhǎng)平礦有針對(duì)性地加強(qiáng)了對(duì)采掘工作面頂板控制技術(shù)的研究、分析,并且采取了多種措施來預(yù)防冒頂事故。

頂板事故預(yù)防措施

為了從設(shè)計(jì)源頭上保證煤礦巷道支護(hù)科學(xué)合理、安全可行,長(zhǎng)平礦在建井伊始,便積極和有資質(zhì)、有實(shí)力、有信譽(yù)的科研院所合作,引進(jìn)了先進(jìn)的煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)理念及動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法,進(jìn)行煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)。

動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法包括試驗(yàn)點(diǎn)的調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估、煤柱留設(shè)、初始設(shè)計(jì)、綜合監(jiān)測(cè)和信息反饋、修正設(shè)計(jì)和日常監(jiān)測(cè)。在詳細(xì)調(diào)查試驗(yàn)點(diǎn)和評(píng)估地質(zhì)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)人員采用國(guó)際先進(jìn)的有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算程序,同時(shí)結(jié)合豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),提出了初始設(shè)計(jì)。初始設(shè)計(jì)包括支護(hù)形式和參數(shù)、支護(hù)材料、井下施工工藝和安全技術(shù)措施、礦壓監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。設(shè)計(jì)實(shí)施后,設(shè)計(jì)人員及時(shí)獲取了礦壓監(jiān)測(cè)的驗(yàn)證數(shù)據(jù),并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行修改。通過嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)源頭,保證了設(shè)計(jì)科學(xué)合理,從而促進(jìn)了掘進(jìn)工作面的頂板事故控制。

工程質(zhì)量控制是影響到能否管理好工作面頂板的關(guān)鍵因素,尤其是掘進(jìn)工作面錨桿和錨索的排間距、預(yù)緊力、錨固力、噴層厚度和強(qiáng)度,綜采工作面的直線度、采高、端面距等指標(biāo)的控制十分關(guān)鍵。

首先,長(zhǎng)平礦要求強(qiáng)化全員的工程質(zhì)量意識(shí),加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理力度,嚴(yán)格對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行考核,確保各項(xiàng)頂板控制措施能切實(shí)落實(shí)到現(xiàn)場(chǎng)施工中去。同時(shí),礦里深化了采掘工作面礦壓監(jiān)測(cè),礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一方面將直接作為修改完善設(shè)計(jì)的依據(jù),另一方面也反映出了巷道頂板及采煤工作面頂板壓力顯現(xiàn)情況,是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)頂板安全狀況的直接體現(xiàn)。礦里將采、掘工作面的礦壓監(jiān)測(cè),作為一項(xiàng)保證頂板安全的重要工作來抓,并要求每一個(gè)作業(yè)隊(duì)組的礦壓觀測(cè)人員決不能對(duì)礦壓觀測(cè)工作敷衍了事。

其次,長(zhǎng)平礦采用各種物探手段,加強(qiáng)了構(gòu)造探測(cè),以便采掘時(shí)有針對(duì)性地采取相應(yīng)的措施。由于長(zhǎng)平礦礦井地質(zhì)條件復(fù)雜,在采掘前及采掘中要采用三維地震、音頻電透、瞬變電磁、無線電坑透等物探手段,探明相應(yīng)區(qū)域內(nèi)構(gòu)造發(fā)育類型、位置、影響范圍等情況。構(gòu)造探明后,礦里有針對(duì)性地采取了應(yīng)對(duì)措施。一是從設(shè)計(jì)上優(yōu)化工作面的布置,在盡可能少損失資源的前提下繞開大型復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造,以避免構(gòu)造給頂板安全管理帶來困難。二是在小型復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造中硬過時(shí),提前采取相應(yīng)措施,包括方案制定、材料準(zhǔn)備、調(diào)整銜接等。

長(zhǎng)平礦還加強(qiáng)了掘進(jìn)工作面構(gòu)造支護(hù)技術(shù)研究,確保巷道頂板控制安全可靠。在過圍巖較穩(wěn)定的小型復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造時(shí),礦里采取了及時(shí)縮小錨桿、錨索排間距或加大錨桿、錨索直徑或長(zhǎng)度的方法,實(shí)現(xiàn)了頂板的有效控制。在過圍巖不穩(wěn)定、有淋水情況的小型復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造時(shí),礦里以原有錨桿支護(hù)為主,采取了套梯形金屬棚來加強(qiáng)支護(hù)。此外,在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域較大、有淋水且大斷面的主要巷道中,礦里采用了架拱形棚、噴漿支護(hù)的方式管理頂板。在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域較大、圍巖十分穩(wěn)定、淋水較大、且是主要巷道的情況下,礦里采取了打止?jié){墻注漿加固、下管棚臨時(shí)支護(hù)、架拱形棚支護(hù)噴漿封閉的方式管理頂板,必要時(shí)采用封閉式拱形支架支護(hù),確保了對(duì)圍巖的有效控制。

在此基礎(chǔ)上,長(zhǎng)平礦還加強(qiáng)了對(duì)回采工作面構(gòu)造區(qū)域的頂板控制技術(shù)研究,確保采煤工作面頂板控制安全可靠。復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造對(duì)回采工作面頂板控制影響很大,因此,在布置上必須避免工作面過大型復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造,實(shí)施中可以采取“多切眼、刀把式”布置,避開大型復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造。對(duì)于回采面推進(jìn)通過難度不大的構(gòu)造,則可采取硬過的辦法:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)縮小端面距、調(diào)整好直線度,超前推溜拉架,必要時(shí)上板梁或“工”字鋼、金屬網(wǎng)護(hù)頂。在過斷層要托頂煤開采時(shí),必須調(diào)整好支架的仰俯角,同時(shí)保證支架接頂嚴(yán)密,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板的有效控制。

要搞好頂板安全管理,科學(xué)合理設(shè)計(jì)是基礎(chǔ),抓好工程質(zhì)量是根本,加強(qiáng)構(gòu)造探測(cè)是保障,加強(qiáng)采掘面過構(gòu)造技術(shù)研究是關(guān)鍵。只有科學(xué)預(yù)測(cè),統(tǒng)籌安排,才能超前防范,防患于未然,從而避免頂板事故。(圖片由余茂君提供)

編輯余茂君