淺談礦井冒頂片幫的預(yù)防及其處理措施

胡鵬

摘 要：文章主要闡述了煤礦井下施工過程中片幫、冒頂事故的預(yù)防和處理方法、井巷工程地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、安全技術(shù)措施臨時(shí)超前支護(hù)應(yīng)用、井巷發(fā)生冒頂后控制處理方式。

關(guān)鍵詞：井巷工程；冒頂；超前支護(hù)；頂板控制

頂板事故是煤礦生產(chǎn)五大災(zāi)害之一，在不同時(shí)段特殊地質(zhì)變化帶施工過程中需要制定專項(xiàng)安全技術(shù)措施，同時(shí)要求生產(chǎn)、地質(zhì)、安監(jiān)等部門專業(yè)技術(shù)人員要親自到按照技術(shù)“五關(guān)”現(xiàn)場(chǎng)指揮監(jiān)督。在松軟的煤、巖層和五尺渣頂板、斷層帶掘進(jìn)井巷時(shí)，較有可能發(fā)生大面積漏垮冒頂。例如某公司在二采集運(yùn)巷施工過程中，由于地測(cè)部門未提供相應(yīng)地質(zhì)預(yù)報(bào)，加上幫部支護(hù)不及時(shí)，導(dǎo)致發(fā)生片幫傷人事故，事故直接原因：違章指揮、未執(zhí)行敲幫問頂制度，支護(hù)不及時(shí)，在空幫8m的情況下，跟班干部違章安排職工作業(yè)。由此可見，預(yù)防頂板事故，重視地質(zhì)預(yù)報(bào)在煤礦安全預(yù)防中是十分必要的。

1 董家河煤礦地質(zhì)情況

董家河煤礦范圍內(nèi)大斷裂構(gòu)造較少，但受區(qū)域構(gòu)造影響，礦區(qū)內(nèi)小斷裂發(fā)育密集，斷層較發(fā)育，幾乎全為正斷層；落差基本上在4.5m以下，并具有成帶密集分布和疏密相間的特點(diǎn)，以近EW向及近SN向斷層最為發(fā)育。

某礦主采5號(hào)煤層，5#煤層頂板由于受古河流沖刷的緣故，巖性變化較大。直接頂板可分三類：一類為粉砂巖或泥巖或砂質(zhì)泥巖組成，俗稱“五尺渣”。厚度0.2～3.0m，與5號(hào)煤層為明顯接觸關(guān)系。采動(dòng)或震動(dòng)后易冒落。其頂板類型屬易于落頂板，難管理。第二類頂板為細(xì)粒砂巖（K4），該頂板也是5號(hào)煤層的基本頂，與5號(hào)煤層為沖刷接觸關(guān)系，厚度變化較大，厚0.90～21.97m，一般5～10m，該層為淺灰色-深灰色，主要成份為長(zhǎng)石與石英，分選性差，泥質(zhì)膠結(jié)，沿層而分布有大量云母星點(diǎn)，含F(xiàn)eS2結(jié)核，具緩波狀層理。第三類頂板為中粒砂巖（K4）構(gòu)成的頂板，也為5號(hào)煤層的基本頂，與5號(hào)煤層為明顯沖刷接觸，厚3.34～27.94m，一般6～13m。此類頂板經(jīng)采掘證實(shí)，穩(wěn)定性好，易于管理，屬中等冒落-難冒落頂板，煤巷常采用錨桿支護(hù)即可。

2 采煤頂板管理

采區(qū)工作面頂板采用ZY4600/18/42支架支護(hù)，老空頂板采用全部垮落法管理。最小控頂距3.4+0.34=3.74（m），最大控頂距為：3.74+0.6=4.34（m）。

正常生產(chǎn)時(shí)期采用頂板支護(hù)方式。工作面采用ZY4600/18/42型液壓支架支護(hù)，支架初撐力為31.5MPa（3096KN），工作阻力為40.7MPa（4600KN），兩順槽及兩巷端頭采用單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)。工作面最大控頂距為4.34m，最小控頂距為3.74m，放頂步距為0.6m。

2.1 兩順超前支護(hù)

兩順槽超前支護(hù)長(zhǎng)度均不小于20m，支護(hù)形式采用3.15m單體柱子架800mm鉸接頂梁，柱距800mm。軌道順槽內(nèi)第一排單體鉸接梁支護(hù)距順槽南幫1.5m，第二排鉸接梁支護(hù)距順槽北幫0.8m，兩排鉸接梁支護(hù)間距為1m。運(yùn)輸順槽內(nèi)兩排鉸接頂梁支護(hù)以轉(zhuǎn)載機(jī)中線為基準(zhǔn)，分別距裝載機(jī)槽幫各200mm。兩巷超前支柱直線型必須良好，柱子手把、三用閥平行于巷道，無(wú)卸載、損壞支柱，柱子初撐力不小于50KN（6.366MPa），迎山角度符合要求，防倒繩齊全、有效。鉸接頂梁接頂必須嚴(yán)實(shí)，接頂不實(shí)處必須背板皮剎實(shí)，嚴(yán)禁使用壞梁或質(zhì)量不合格的鉸接頂梁。

兩順槽安全出口及超前支護(hù)范圍內(nèi)的巷道高度都不低于1.8m，人行道寬度不小于0.7m。若兩巷底板為煤底或底板松軟時(shí)，則兩巷超前支柱必須穿柱鞋，保證支柱支撐有效，超前內(nèi)支柱初撐力不小于50KN（6.366MPa）。

2.2 采面兩端頭的支護(hù)

采面兩端頭采用雙排密柱戧棚加帶帽點(diǎn)柱支護(hù)，雙排密柱支設(shè)位置與支架的切頂線靠齊。密柱柱距不大于300mm，且支撐有力，初撐力不小于90KN（11.459MPa）。戧棚、戧柱必須支設(shè)牢靠，并與密柱排靠實(shí)，戧柱柱距不大于1m。帶帽點(diǎn)柱間距不大于500mm，排距為600mm，點(diǎn)柱必須拴好防倒繩，初撐力不小于90KN（11.459MPa）。采面兩端頭支柱的手把、三用閥必須平行于工作面布置。

若工作面老山懸頂超過2×5m2，巷壓較大或沿下山開采時(shí)，則采面兩端頭必須加打叢柱，增打密柱和帶帽點(diǎn)柱，保證支柱初撐力和迎山角度符合要求，加強(qiáng)兩巷端頭支護(hù)強(qiáng)度。

采面頭架、尾架旁分別用一對(duì)4mπ梁配合單體支柱支護(hù)，一梁四柱，兩端柱子分別支設(shè)在距梁端100mm處，中間兩根支柱根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況支設(shè)。兩π梁間距為200mm，π梁距支架間距不大于300mm。兩根π梁隨推采進(jìn)度邁步前移，移長(zhǎng)梁時(shí)必須四人配合作業(yè)，兩人抬長(zhǎng)梁，一人降柱，一人監(jiān)護(hù)安全，四人配合將長(zhǎng)梁前移，梁下柱子必須拴好防倒繩。

2.3 兩巷落山角回柱放頂

兩端頭落山角放頂線必須與支架頂梁切頂線齊，回撤落山角單體柱子時(shí)必須堅(jiān)持先支后回原則，維護(hù)好后路，注意處理頂幫活矸活石。由外向里逐排逐根回撤戧棚、密柱，回撤后及時(shí)前移600mm進(jìn)行支設(shè)，密柱間距不大于300mm，排距不大于200mm，每次放頂步距不得超過600mm。

3 常見冒頂事故分類

3.1 局部冒頂?shù)念A(yù)兆

3.1.1 工作面遇小構(gòu)造，破壞了巖層的完整性。

3.1.2 頂板裂隙張開、裂隙增多，敲幫問頂時(shí)，聲音不正常。

3.1.3 煤層與頂板接觸面上，極薄的矸石片不斷脫落。

3.2 大型冒頂?shù)念A(yù)兆

3.2.1 頂板征兆：頂板的連續(xù)發(fā)生斷裂聲、掉碴、脫層、頂板裂縫增加或裂隙張開。

3.2.2 煤壁預(yù)兆：冒頂前壓力增加，煤壁受壓后，煤質(zhì)變軟，片幫增多，鉆眼省力，用采煤機(jī)割煤時(shí)負(fù)荷減少。

3.2.3 工作面其他預(yù)兆：頂板有淋水且淋水量增加。

4 煤礦井巷頂板事故的防治

4.1 老頂來壓時(shí)的壓垮型冒頂預(yù)防

4.1.1 采煤工作面支架的初撐力應(yīng)能平衡垮落帶直接頂及老巖層的重量。

4.1.2 采煤工作面的初撐力應(yīng)能保證直接頂與老頂之間不離層。

4.1.3 采煤工作面支架的可縮量應(yīng)能滿足裂隙帶老頂下沉的要求。

4.2 破碎頂板大面積漏垮型冒頂預(yù)防

4.2.1 先用合適的支柱，使工作面支護(hù)系統(tǒng)有足夠的支撐力和可縮量。

4.2.2 嚴(yán)禁放炮、移溜等工序弄倒支架，防止出現(xiàn)局部冒頂。

4.3 采煤工作面局部冒頂事故預(yù)防

4.3.1 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料制定切實(shí)可行的安全技術(shù)措施。

4.3.2 工作面一茬推采結(jié)束后及時(shí)采用超前掛鉸接梁和π梁進(jìn)行支護(hù)，切頂排必須使用好叢柱嗆柱，防止局部冒頂。

4.3.3 巷道超過超前支護(hù)必須接頂支護(hù)牢固，嚴(yán)格按照支架規(guī)定采高進(jìn)行推采，防止倒架造成冒頂。

4.4 掘進(jìn)工作面冒頂?shù)姆乐?/p>

4.4.1 開口管理：施工前，首先按由外向里的順序，對(duì)開門口處前后各10m范圍內(nèi)的巷道進(jìn)行安全支護(hù)，必須按《錨網(wǎng)梁支護(hù)巷道平面交岔點(diǎn)支護(hù)設(shè)計(jì)要求》進(jìn)行安全有效支護(hù)，經(jīng)安全確認(rèn)后，方可開口掘進(jìn)。

4.4.2 巷道支護(hù)

（1）掘進(jìn)巷道嚴(yán)禁空頂作業(yè)，必須有臨時(shí)支護(hù)措施，嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，巷道頂板實(shí)行分段負(fù)責(zé)制。

（2）臨時(shí)支護(hù)采用2-3根輕型液壓?jiǎn)误w帶帽點(diǎn)柱支護(hù)。

（3）靠近掘進(jìn)工作面10米內(nèi)的支護(hù)，在爆破前必須檢查、加固。

（4）掘進(jìn)期間隨時(shí)進(jìn)行敲幫問頂，特別是在打眼裝藥，按注錨桿過程中應(yīng)清除危巖，排除隱患，工作面炮前炮后或綜掘切割后，必須按規(guī)定鋪設(shè)符合規(guī)格的迎頭網(wǎng)，防止危巖，確保作業(yè)人員安全施工。

（5）錨桿必須用機(jī)械或力矩板手?jǐn)Q緊，確保錨桿的托盤緊貼巷壁。

（6）每班安裝的錨桿要在交接班時(shí)，驗(yàn)收員用測(cè)力計(jì)進(jìn)行驗(yàn)收；當(dāng)班測(cè)定合格的錨桿，必須由驗(yàn)收員記錄于原始記錄本中，記好備查；凡是錨固力達(dá)不到85KN，扭距達(dá)不到150N.m的錨桿應(yīng)當(dāng)班處理補(bǔ)打或重新安裝。

（7）安裝的托盤要與圍巖、煤幫接觸緊密，嚴(yán)禁在托盤后充填木片、渣子等雜物，托盤、螺母要上緊上牢，錨桿外露長(zhǎng)度20～40mm。

4.5 掘進(jìn)巷道過斷層等構(gòu)造變化帶時(shí)的安全措施

4.5.1 加強(qiáng)巷道掘進(jìn)地段的地質(zhì)調(diào)查工作，特殊地段，應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的針對(duì)性措施，否則不能開工。

4.5.2 巷道在破碎帶中掘進(jìn)，應(yīng)做到一次成巷，盡可能縮短圍巖暴露時(shí)間。

4.5.3 施工中嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程、交接班和安全檢查制度。

4.5.4 掘進(jìn)工作面臨近斷層或穿斷層帶時(shí)，巷道支護(hù)應(yīng)盡量采用復(fù)式支護(hù)，棚距要縮小。

4.5.5 減少放炮裝藥量，降低因放炮對(duì)斷層附近破碎頂板的震動(dòng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

煤礦井巷工程施工頂板冒頂事故災(zāi)害的預(yù)防和處理，是生產(chǎn)施工管理過程一項(xiàng)不可避免的工作，影響到礦井安全、生產(chǎn)、效益等多方面。