高檔普采工作面冒頂事故的原因分析及對策

黃慶林　劉　健

摘要：冒頂事故為煤礦五大災(zāi)害之一，其中高檔普采工作面尤為嚴重，主要發(fā)生在初次放頂和老頂來壓期間，給安全生產(chǎn)帶來威脅。為此，對普采工作面冒頂事故發(fā)生的特點、原因及其防治措施進行了探索性研究。

關(guān)鍵詞：普采工作面冒頂事故原因分析安全生產(chǎn)

1 直接頂初次放頂時的冒頂事故原因分析和預(yù)防

1.1 初次放頂特點 煤層在開采之前，它同巖層在各個方向受力是平衡的，掘出開切眼后，巖層受力平衡狀態(tài)遭到破壞，圍巖移動變形，尋求新的應(yīng)力平衡，在頂板上方形成了暫時平衡的巖石松動圈，這時工作面支架主要支撐的是松動圈內(nèi)巖石重量。工作面開始回采，向前推進，松動圈逐漸擴大，支架受力很快增加，這時如不采取措施，巖層就會壓垮支架，以致發(fā)生冒頂事故。

１.2 初次放頂時發(fā)生冒頂事故的原因：①放頂距選擇不合理，選擇過大時，放頂前頂板壓力大于支護阻力，易發(fā)生壓垮工作面的頂板事故； ②初次放頂面積過大，沖擊力大，容易推倒支柱而造成冒頂；③初次放頂后，直接頂沒有完全冒落，就繼續(xù)采煤，使控頂面積越來越大，容易造成冒頂事故；④回柱方法不合理，造成頂板壓力向局部支柱集中，造成局部頂板破碎，而容易發(fā)生局部冒頂事故；⑤支柱未按要求支設(shè)，初撐力不足，造成頂板下沉量過大或支護阻力較小，回柱后造成工作面支柱撐不住頂板而發(fā)生冒頂事故；⑥回柱一般均為工人直接操作，因此發(fā)生傷人事故的機率較大。

1.3 初次放頂時冒頂事故的預(yù)防措施：①針對具體直接頂條件，確定合理的直接頂初次放頂步距；②初次放頂時，力爭一次放頂成功，使直接頂完全冒落后，才能繼續(xù)采煤；③支柱要按要求支設(shè)，保質(zhì)保量，使支柱都能達到設(shè)計的初撐力和支護阻力；④加強切頂線的支護強度和支護密度，保證在切頂線處切頂，同時防止冒落矸石竄入工作面推倒支柱；⑤如果強制放頂，必須嚴格規(guī)定炮眼規(guī)格，裝藥量及放炮步驟，防止崩倒支柱，發(fā)生冒頂事故，同時要保證放頂效果；⑥初次放頂時，選擇有經(jīng)驗的工人操作，并且有技術(shù)人員現(xiàn)場指揮。

2 老頂初次來壓和周期來壓時的冒頂事故

2.1 初次來壓和周期來壓的特點 直接頂初次放頂后，如果直接頂垮落不能填滿采空區(qū)，老頂就像“梁”一樣架在兩邊煤層上，并支撐著上面的巖石重量，當工作面繼續(xù)推進，老頂懸露面積越來越大，當超過它本身強度，梁的平衡受到破壞，老頂折斷垮落，它給工作面一個很大的突然壓力，即老頂?shù)某醮蝸韷?。老頂初次垮落后，隨工作面繼續(xù)推進，老頂呈懸梁狀態(tài)存在，當懸臂長度達到一定長度時，折斷垮落。隨工作面推進，這種垮落有規(guī)律，周期性地發(fā)生，稱老頂?shù)闹芷趤韷?。老頂在初次來壓和周期來壓時，垮落步距較大、面積大、強度高，并且可能伴隨發(fā)生動壓沖擊，礦壓顯現(xiàn)較強烈，一般具有以下特點：一是由于老頂?shù)膭×一顒?，使工作面頂板下沉量和下沉速度急劇增加；二是支架受力猛增，出現(xiàn)頂板破碎、裂縫、片幫甚至工作面出現(xiàn)臺階下沉等現(xiàn)象；三是老頂折斷垮落時，在采空區(qū)深處先產(chǎn)生沉悶雷聲，繼而采空區(qū)出現(xiàn)掉碴，垮落時伴有暴風(fēng)。

2.2 老頂初次來壓和周期來壓發(fā)生冒頂事故的原因 ①來壓前，工作面壓力較小，當使用增阻支柱時，支柱不牢，來壓時極易失穩(wěn)，造成切頂事故。②來壓前，由于支護強度不夠，造成直接頂與老頂離層，來壓時，老頂對直接頂形成沖擊引起推垮工作面事故；③工作面支護強度不夠或剛性支護(如木支柱)，老頂來壓時，壓垮工作面，造成事故；④來壓前，支承壓力的集中，使老頂斷裂線附近頂板破碎，當沒有防止冒頂措施時，來壓時易發(fā)生局部冒頂事故；⑤來壓時造成煤壁大量片幫，當開采厚度較大時，片幫煤容易造成埋人、傷人事故。另外，片幫后造成空頂面積增大，易發(fā)生漏頂事故。

2.3 老頂初次來壓及周期來壓時冒頂事故的預(yù)防措施 ①加強工作面頂板管理的基礎(chǔ)工作。認真編制合理的作業(yè)規(guī)程，嚴格作業(yè)規(guī)程的實施。②支護設(shè)計應(yīng)做到：第一，支架的支護特性與頂?shù)装鍡l件相適應(yīng)。急增阻摩擦支柱適用于頂板下沉量小于100ｍｍ、高度1.3ｍ以下的緩斜煤層；微增阻摩擦金屬支柱可用于頂板下沉量小于400ｍｍ的緩斜或傾斜中厚煤層；單體液壓支柱可用于頂板下沉量小于600ｍｍ的緩斜或傾斜煤層。另外不同工作特性的支柱不能在同一工作面混用或分段使用。第二，確定合理的支護參數(shù)和布置方式。支護強度和支護密度是單體支柱工作面最重要的支護參數(shù)。支護強度較小，會引起大面積冒頂或頂板臺階下沉，易引發(fā)頂板事故。支護強度過大也帶來支架成本高，支設(shè)和回柱工作量大等缺點。有些情況下，過大的支護強度使支柱對老頂處于“限定變形”的工作方案下，老頂來壓時給直接頂較大的壓力，從而使直接頂破碎而引起冒頂。因此必須針對每個工作面，根據(jù)頂板具體條件，通過計算確定合理的支護強度和支護密度。單體支柱工作面基本支護的布置方式應(yīng)根據(jù)頂板條件確定：不穩(wěn)定頂板采用齊梁齊柱加臨時貼幫柱(或超前梁布置)；中等穩(wěn)定頂板采用齊梁齊柱或錯梁齊柱等布置；穩(wěn)定頂板可采用帶帽點柱布置。特種支護起著增強工作面支撐力和穩(wěn)定性，提高切頂和擋矸效果的作用。密集支柱一般在Ⅱ級以上老頂條件下使用；在老頂初次來壓和周期來壓時，要用戧棚、木垛或增加支護密度等措施。③進一步落實好頂板管理責(zé)任制，從上到下，認真落實，層層負責(zé)。教育廣大職工干標準活、干放心活，按質(zhì)量標準化標準作業(yè)。一是加強支護材料的質(zhì)量管理，按設(shè)計每個支柱合格方能使用和嚴格執(zhí)行定期檢修制度；二是嚴格工程質(zhì)量管理，按設(shè)計要求支設(shè)和回收支柱；三是嚴格按規(guī)章制度執(zhí)行，不得違章指揮和違章作業(yè)。④加強支護質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測。支護質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測是預(yù)防管理科學(xué)之一，通過對采煤面各部位頂板動態(tài)、支護質(zhì)量和不安全因素及其變化規(guī)律進行監(jiān)測和預(yù)報，及時制定可行的防范措施，可做到有效地控制頂板。⑤開展安全班評估工作。開展班評估工作可以變靜態(tài)安全、質(zhì)量檢查為動態(tài)檢查，變定期檢查為日常檢查，及時反映現(xiàn)場的不安全隱患，立即加以整改，達到變事故后追查處理為超前預(yù)測預(yù)防的目的。特別是加強老頂來壓的預(yù)測預(yù)報，觀察、觀測頂板下沉速度的變化，當下沉速度突然增至某一范圍時，及時發(fā)出預(yù)報，采取加強支護等必要措施，以消除沿煤壁切頂或工作面壓垮型事故發(fā)生。⑥加強礦井地質(zhì)工作。采掘工作面的頂板事故有相當一部分是因遇地質(zhì)變化而未能及時采取針對性措施引起的，做好地質(zhì)預(yù)報工作，對降低頂板事故具有重要意義。

3 結(jié)論

對于高檔普采工作面，首先必須根據(jù)頂?shù)装鍡l件，合理確定初次放頂步距；其次嚴格支護設(shè)計和支護密度，進行支護質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測，保證支護強度；第三加強面后懸頂管理，及時進行人工強制放頂；第四落實好頂板管理責(zé)任制，開展好班評估工作，抓好工作面基礎(chǔ)質(zhì)量；第五加強地質(zhì)工作，地質(zhì)變化時及時采取針對性措施；以上五點是防止高檔普采工作面發(fā)生冒頂事故的主要安全技術(shù)措施。

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