大采高冒頂片幫的危險(xiǎn)性分析

吳日明

（山西中新甘莊煤業(yè)有限公司，山西 大同 037002）

大采高冒頂片幫的危險(xiǎn)性分析

吳日明

（山西中新甘莊煤業(yè)有限公司，山西 大同 037002）

趙莊煤礦開采3號(hào)煤層采用大采高、煤質(zhì)松軟、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，工作面煤壁片幫嚴(yán)重，頂板多處嚴(yán)重漏冒，給煤礦的安全開采構(gòu)成重大威脅。針對(duì)趙莊煤礦實(shí)際情況，運(yùn)用事故樹分析法,對(duì)可能引發(fā)冒頂片幫事故的因素進(jìn)行了危險(xiǎn)性分析,并提出了相應(yīng)預(yù)防措施。為實(shí)現(xiàn)趙莊煤礦安全生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

大采高；冒頂；片幫；影響因素；危險(xiǎn)性分析

趙莊煤礦晉煤集團(tuán)新建特大型礦井，設(shè)計(jì)產(chǎn)能600萬(wàn)t/a，主采3號(hào)煤層。工作面采用走向長(zhǎng)壁一次采全高，后退式自然垮落綜合機(jī)械化采煤法。

由于3號(hào)煤層采高大、煤質(zhì)松軟，斷層、裂隙、節(jié)理、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，且埋藏較深，開采3號(hào)煤層難度很大，給工作面的安全開采構(gòu)成重大威脅。工作面煤壁片幫嚴(yán)重，易形成大范圍空頂，加之地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，頂板極易產(chǎn)生漏冒，進(jìn)而引起連鎖反應(yīng)造成垮面。趙莊礦的工作面實(shí)踐表明：正常回采時(shí)，片幫達(dá)1.5 m左右，來壓期間普遍片幫達(dá)2.2 m左右，嚴(yán)重時(shí)達(dá)3m左右。片幫長(zhǎng)度大于10m占到總片幫數(shù)的20 %以上，最大片幫長(zhǎng)度達(dá)105m左右；工作面先后出現(xiàn)了多次大面積冒頂，采用“勾頂”、“戧柱拉架”、“強(qiáng)擠硬過”、炮采、人工清煤推溜等方式才通過頂板漏冒區(qū)。為此，本文運(yùn)用事故樹分析法對(duì)其冒頂片幫危險(xiǎn)性進(jìn)行分析。

1 煤礦冒頂片幫的主要因素分析

（1）地質(zhì)因素和煤巖層的性質(zhì)：3號(hào)煤層埋藏較深，煤質(zhì)松軟而且夾矸；頂板巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖組成，局部含煤線；泥巖層層理發(fā)育、破碎、強(qiáng)度較低，砂巖層裂隙發(fā)育。底板以砂質(zhì)泥巖為主，層理發(fā)育、破碎、強(qiáng)度較低。地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和煤層性質(zhì)，常引起煤壁的冒頂片幫。

（2）采高和礦山壓力的作用：實(shí)踐表明，隨著采高的增大，頂板壓力隨之增大；工作面的推進(jìn)過程中，老頂來壓和周期來壓期間，頂板的壓力大于非來壓期間，隨著煤壁上方壓力的增大，增加了煤體的破碎度，使得煤體強(qiáng)度降低，加劇了煤壁的冒頂和片幫。

（3）人員操作和管理因素：支架初撐力和實(shí)際工作阻力不足，使得煤體上覆巖層的支撐力前移，造成工作面煤壁的片幫和架前的冒頂，可能引發(fā)事故、危害人員安全。在開采工程中，拉架工人跟不上采煤機(jī)的運(yùn)行速度、造成移架滯后，不能及時(shí)打開護(hù)幫板、保護(hù)新暴露的煤壁，加劇工作面煤壁的片幫。

2 冒頂片幫的事故樹分析

根據(jù)表1，并結(jié)合大量現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用事故樹分析法，編制事故樹（見圖1）。

根據(jù)圖1的事故樹分析，用布爾代數(shù)法求事故樹的最小割集，結(jié)構(gòu)函數(shù)式為：

求得9組最小割集如下：第1組：（X23，X8）；（X23，X9）;(X23，X10)；（X23，X11）;(X23，X12);(X23，X13);(X23，X14);（X23，X15）;(X23，X16);(X23，X17);(X23，X18);(X23，X19);(X23，X20);(X23，X21);(X23，X22)；計(jì)15個(gè)。第2組：（X24，X8）；（X24，X9）;(X24，X10)；（X24，X11）;(X24，X12);(X24，X13);(X24，X14)（;X24，X15）;(X24，X16);(X24，X17);(X24，X18);(X24，X19);(X24，X20);(X24，X21);(X24，X22)；計(jì)15個(gè)。……第9組：（X31，X8）；（X31，X9）;(X31，X10)；（X31，X11）;(X31，X12);(X31，X13); (X31，X14)（;X31，X15）;(X31，X16);(X31，X17);(X31，X18);(X31，X19); (X31，X20);(X31，X21);(X31，X22)；計(jì)15個(gè)。以上共9組，每組15個(gè)，累計(jì)135個(gè)。不難看出：導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的模式有135種，如果要使頂上事件不發(fā)生，則要求X1和X2不同時(shí)發(fā)生，需要控制135個(gè)最小割集；因此，該系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)的可能性是很大的。

結(jié)構(gòu)重要度按下式計(jì)算：

式中：Xi為第i個(gè)基本事件；Kj為第j個(gè)最小割集；I(i)為第i個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度；nj為第i個(gè)基本事件所在Kj中各基本事件總數(shù)。得出各事件的結(jié)構(gòu)重要度順序?yàn)椋篒(8)=I(9)=I(10)=I(11)=I(12)=I(13)=I(14)=I(15)=I(16)=I(17)=I(18)=I(19)=I(20)=I(21)=I(22)＞I(23)=I(24)=I(25)=I(26)=I(27)=I(28)=I(28)=I(29)=I(30)=I(31)。

3 結(jié)果分析

（1）從冒頂片幫的事故樹圖的構(gòu)成看，邏輯或門占87.5%，其事故發(fā)生的可能性較大，危險(xiǎn)性較大。最小割集有135組，其事故發(fā)生的途徑就有135種，其事故較容易發(fā)生。（2）從格局結(jié)構(gòu)重要度的計(jì)算看，X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21、X22對(duì)頂事件發(fā)生的影響最大，X23、X24、X25、X26、X27、X28、X29、X30、X31對(duì)頂事件發(fā)生的影響次之。（3）從以上分析知，事故發(fā)生是由人的因素、管理因素、環(huán)境因素的一種或幾種共同作用的結(jié)果。如果管理完善，就會(huì)減少工人違章操作，從而減少事故發(fā)生；人的因素和管理因素有時(shí)又是相互聯(lián)系的。

4 防治措施

（1）及時(shí)支護(hù)：開采工程中，拉架工人要及時(shí)支護(hù)，提高液壓支架的初撐力，減少工作端面的應(yīng)力集中；拉架工人必須堅(jiān)持超前拉架并打出護(hù)幫板，要求追及拉架。移架要做到少降、快拉、快升，保證及時(shí)支護(hù)頂板。（2）加強(qiáng)液壓支架初撐力的管理：按時(shí)檢測(cè)液壓支架供液管路和密封膠圈，以保證泵站能夠提供支架足夠的初撐力。安設(shè)大采高液壓支架初撐力保持閥，使液壓支架實(shí)際初撐力達(dá)到設(shè)計(jì)初撐力。要求支架工嚴(yán)格按照規(guī)范操作，保證升支架的時(shí)間，使支架初撐力達(dá)到要求。（3）提高圍巖和煤體的強(qiáng)度：趙莊煤礦3305工作面地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，煤質(zhì)松軟。當(dāng)通過地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域時(shí)，應(yīng)提前加固煤壁，以提高煤巖的整體強(qiáng)度。當(dāng)工作面煤壁出現(xiàn)較大塊度的片幫時(shí)，要用瑪麗散或羅克休增加煤巖強(qiáng)度。（4）改進(jìn)工作面回采工藝和設(shè)備操作技術(shù)：加快工作面的推進(jìn)速度，減少煤壁的暴露時(shí)間，從而避免或減輕煤壁片幫。當(dāng)煤壁片幫嚴(yán)重時(shí)，可適當(dāng)降低采高，利于減輕片幫。（5）加強(qiáng)安全管理和安全教育：認(rèn)真落實(shí)“安全第一，預(yù)防為主”的方針，采取有效措施，治理和控制事故隱患；加強(qiáng)對(duì)工人的安全培訓(xùn)，提高職工素質(zhì)；并建立健全各種規(guī)章制度；加大安全檢查和監(jiān)督力度。

表1 冒頂片幫的事故樹基本參數(shù)表

圖1 冒頂片幫的事故樹圖

5 結(jié)束語(yǔ)

趙莊煤礦大采高綜采工作面在開采過程中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜、并且煤層較軟，工作面的煤壁片幫嚴(yán)重，多數(shù)液壓支架處出現(xiàn)嚴(yán)重漏冒。如果不采取有效措施，不糾正這些現(xiàn)象，很可能發(fā)生冒頂片幫事故。為了避免冒頂片幫事故的發(fā)生，必須做好防止片

幫措施、有效控制片幫現(xiàn)象，從而起到預(yù)防冒頂事故發(fā)生的目的。

[1]劉亞立,陳日輝,馮興隆,等.某礦山冒頂片幫事故的事故樹分析〔J〕.礦業(yè)快報(bào),2004(5):27～29.

[2]張景林，崔國(guó)璋.安全系統(tǒng)工程[M].北京：煤炭工業(yè)出版杜，2002.

Hazard Analysis of Large-mining-height Roof and Sidewall Falling

WU Ri-ming
(Zhongxin Ganzhuang Coal Co.,Datong Shanxi 037002)

In No.3 seam of Zhaozhuang mine,with large-mining-height method,soft coal,and complex geological structure,sidewall falling and roof falling threaten safety mining seriously.For the actual situation, the study examines possible accident factors with fault tress analysis method and proposes corresponding precautions.The study is very important for the mine to realize safety production and to achieve social and economical benefits.

large-mining-height;roof falling;sidewall falling;influence factors;hazard analysis

TD327.2

A

1672-5050（2012）04-0068-03

2011-10-10

吳日明（1968—），男，山西大同人，大學(xué)本科，工程師，從事煤礦管理工作。

徐樹文