煤礦頂板災(zāi)害預(yù)警及防治措施

劉 明

(山西大同煤礦集團北辛窯煤業(yè)有限公司)

煤礦頂板災(zāi)害預(yù)警及防治措施

劉 明

(山西大同煤礦集團北辛窯煤業(yè)有限公司)

在煤礦開采過程中，頂板災(zāi)害事故時有發(fā)生，對煤礦企業(yè)的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟效益產(chǎn)生了較大影響。在分析煤礦頂板災(zāi)害誘發(fā)因素的基礎(chǔ)上，討論了煤礦頂板災(zāi)害的類型，并給出了對應(yīng)的預(yù)警及防治對策，為有效防治煤礦頂板災(zāi)害，確保煤礦安全生產(chǎn)提供參考。

煤礦頂板 誘發(fā)因素 災(zāi)害類型 防治措施

煤礦頂板災(zāi)害主要指在井下作業(yè)過程中,頂板受到地質(zhì)條件、煤層存儲條件以及開采技術(shù)等因素的影響發(fā)生冒落后導(dǎo)致的作業(yè)終止甚至人員傷亡等災(zāi)害事故。有必要對導(dǎo)致煤礦頂板災(zāi)害發(fā)生的因素進行分析，弄清煤礦頂板災(zāi)害的類型，在此基礎(chǔ)上對煤礦頂板災(zāi)害的預(yù)警和防治措施進行深入探討。

1 煤礦頂板災(zāi)害的誘發(fā)因素

(1)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。在煤礦開采過程中如果遇到地質(zhì)斷層、褶皺、陷落柱等構(gòu)造，其對底層的破壞比較大，如果不引起重視，頂板破碎容易造成冒頂與漏頂。

(2)支護作業(yè)不到位。煤礦開采作業(yè)時，采掘面支護工作不及時或者空頂作業(yè)，特別是進行過破碎帶、貫通等施工時安全措施未能及時跟進，支柱被碰倒或放炮崩倒，未能及時采取相關(guān)的補救措施，容易造成冒頂。

(3)開采管理工作不規(guī)范。在煤礦開采過程中應(yīng)編制作業(yè)規(guī)程，采取可靠的安全措施，若僅僅是生搬硬套，沒有編制有針對性的全面的安全生產(chǎn)規(guī)程，對于安全事故的發(fā)生無法進行有效的防范和管控。

(4)采煤作業(yè)方法不合理。國內(nèi)諸多中小型煤礦由于技術(shù)力量薄弱，對于煤礦的地質(zhì)情況和支設(shè)情況了解得不夠深入，很多時候都是一邊開采一邊勘探，容易破壞巷道圍巖的應(yīng)力分布，導(dǎo)致支護和巷道壓力增加，工作面露頂面積過大，從而出現(xiàn)空頂或者空幫現(xiàn)象。

(5)安全意識不足。大量的煤礦頂板事故的后期調(diào)查證明，對于“安全第一”的原則認識不足，違章作業(yè)，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

2 煤礦頂板災(zāi)害類型

2.1 工作面頂板災(zāi)害

積極推廣綜合機械化開采是防治頂板災(zāi)害的有效途徑，但是對復(fù)合頂板、松軟煤層以及深部開采等開采環(huán)境來說，即便采用了綜采技術(shù)，也容易產(chǎn)生頂板災(zāi)害。結(jié)合煤礦頂板災(zāi)害力源和范圍，綜采工作面頂板災(zāi)害類型有：

(1)工作面煤壁處冒頂。由于煤壁松軟或者割煤高度較大，頂板壓力造成煤壁片幫，支架空頂距增加，無支護位置出現(xiàn)冒頂，或煤層頂板松軟，支護不到位。

(2)工作面出口位置冒頂。工作面出口區(qū)設(shè)備較多，控頂面積較大，應(yīng)力相對集中，巷道頂板在超前支撐壓力的作用下發(fā)生損壞，端頭支護不合理等。

(3)地質(zhì)構(gòu)造區(qū)局部冒頂。地質(zhì)構(gòu)造區(qū)煤巖體一般比較脆弱，如果工作面經(jīng)過構(gòu)造區(qū)，破碎煤巖在應(yīng)力的作用下發(fā)生損壞一般會引起冒頂。

(4)復(fù)合頂板下的推垮型冒頂。由于復(fù)合頂板一般是由不同巖性的巖層構(gòu)成，各個巖層間存在弱面，夾雜煤線或者薄煤層，容易出現(xiàn)離層下沉的現(xiàn)象，如果下沉量超過了一定范圍便會發(fā)生斷裂和冒落。如果煤層傾角變大，局部冒頂很容易引發(fā)漏頂事故，漏洞位置支護失效后會向冒頂區(qū)域傾倒，同時跟隨冒頂位置持續(xù)向上發(fā)展，導(dǎo)致支架大范圍傾倒，從而引起推垮型冒頂[1]。

(5)壓垮型冒頂。在綜采工作面的前進方向上存在與其相平行的構(gòu)造，或者綜采工作面基巖較薄，此時如果支護強度較小，直接頂易產(chǎn)生臺階下沉，支架無法保證頂板穩(wěn)定，必然會出現(xiàn)壓垮型冒頂。

(6)大面積冒頂。工作面頂板屬于較厚且相對堅硬的巖層，如果頂板強度無法承擔(dān)上覆巖層和自身質(zhì)量，很容易導(dǎo)致大面積的斷裂垮落，進而將采空區(qū)內(nèi)的空氣或者瓦斯壓出，導(dǎo)致沖擊事故，甚至?xí)纬赏咚篂?zāi)害。

2.2 巷道頂板災(zāi)害

(1)掘進工作面出現(xiàn)冒頂。當(dāng)掘進工作面破壞煤巖之后，頂層煤巖缺乏控制，從三向應(yīng)力作用轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽?yīng)力狀態(tài)，煤巖會出現(xiàn)卸壓損壞的現(xiàn)象，此時如果不采取支護措施，很容易引發(fā)冒頂事故；已進行支護的煤巖，如果支護強度不足，導(dǎo)致局部支護失去作用，也會出現(xiàn)冒頂。

(2)巷道交岔區(qū)域頂板災(zāi)害。交岔位置斷面較大，巖層也相對松動，巷道應(yīng)力集中便會造成冒頂；另外，巷道交岔區(qū)域的支護情況相對復(fù)雜，如果支護不夠穩(wěn)定或者強度不夠也會引起冒頂。

(3)構(gòu)造區(qū)頂板破碎或構(gòu)造應(yīng)力釋放。當(dāng)掘進工作面遭遇不明構(gòu)造的情況下，由于并未提前對構(gòu)造破碎區(qū)實施加固，容易發(fā)生冒頂；如果構(gòu)造應(yīng)力較強，其釋放出的力量也容易引起冒頂。

3 預(yù)警及防治措施

(1)頂板危險性評價。在進行正式開采作業(yè)之前有必要明確工作面煤層的地質(zhì)情況，對開采工作面實施頂板安全評價，標(biāo)明危險區(qū)域。具體來說：①應(yīng)了解開采工作面煤巖厚度、傾角以及水文地質(zhì)情況，進行煤巖物理力學(xué)性質(zhì)測試、應(yīng)力測量和煤巖沖擊傾向監(jiān)測；②在進行地面三維地震探測的同時，對井下進行更加深入的勘探，掌握開采作業(yè)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造情況，設(shè)備允許時也可以選擇地震CT技術(shù)對應(yīng)力異常區(qū)域進行探測；③實時監(jiān)測礦壓強度，根據(jù)構(gòu)造和應(yīng)力異常區(qū)域?qū)敯逦ｋU性進行評價，準(zhǔn)確劃分出危險作業(yè)區(qū)域[2]。

(2)優(yōu)化設(shè)計，防范頂板災(zāi)害。煤礦頂板災(zāi)害事故頻發(fā)通常是受到煤層隱伏構(gòu)造和支護效果的影響。為此，有必要在掌握開采作業(yè)面基本情況的前提下優(yōu)化開采設(shè)計，盡可能消除頂板災(zāi)害事故的發(fā)生條件。具體來說，可以采取采掘接替的形式，防止應(yīng)力過于集中或者動壓疊加情況的出現(xiàn)，選擇科學(xué)的支護方案，增加支護強度，同時對可能發(fā)生頂板災(zāi)害的區(qū)域進行重點監(jiān)控。

(3)危險區(qū)域?qū)崟r監(jiān)測預(yù)警。對巷道頂板災(zāi)害頻發(fā)的區(qū)域，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測站點對附近的圍巖變形情況進行監(jiān)測，頂板離層和支護體的受力也應(yīng)實時監(jiān)控。①工作面頂板災(zāi)害預(yù)警，通過監(jiān)測支架工作阻力來對初撐力和來壓步距進行分析，對安全閥門開啟頻率進行記錄，及時掌握支架的具體情況，避免片幫冒頂；②巷道頂板災(zāi)害預(yù)警，通過對錨桿受力情況、頂板離層量以及兩幫位移情況進行監(jiān)測，結(jié)合支護情況與鉆孔實際應(yīng)力，判斷監(jiān)測位置的應(yīng)力集中狀態(tài)，結(jié)合支護體受力和兩幫允許變形的合理范圍設(shè)置預(yù)警閥值，及時掌握巷道內(nèi)部支護體的實際情況，從而實現(xiàn)對頂板災(zāi)害的有效預(yù)警。

(4)頂板災(zāi)害危險區(qū)解危。結(jié)合監(jiān)測位置頂板災(zāi)害的預(yù)警結(jié)果，及時采取相應(yīng)的防治對策：①由于支架初撐力而導(dǎo)致的片幫冒頂，其重點在于增強支護的初撐力；如果是由于支架支撐力過低而導(dǎo)致的冒頂，則應(yīng)當(dāng)對支架液壓系統(tǒng)進行排查，檢查管路和閥門是否存在滴漏現(xiàn)象；②對堅硬頂板實施弱化處理，降低來壓步距；③對于破碎頂板有必要提前進行加固保護；④對于沖擊地壓巷道，在降低危險區(qū)壓力的同時強化支護措施；⑤對于大傾角急傾斜頂板必須進行掛網(wǎng)，避免飛石打傷作業(yè)人員。

(5)加強作業(yè)現(xiàn)場管理。在通常情況下，煤礦頂板災(zāi)害都發(fā)生于采掘工作面，因此，應(yīng)加強現(xiàn)場管理工作：①煤礦安全管理人員應(yīng)充分掌握井下煤層結(jié)構(gòu)以及頂板情況，定期對工作面進行巡查，及時排查出頂板安全管理工作中存在的隱患和漏洞，及時采取整改措施；②一線作業(yè)人員必須強化安全意識，具備較強的專業(yè)技能，降低因人為作業(yè)失誤而導(dǎo)致的在掘進過程中出現(xiàn)的頂板災(zāi)害事故的發(fā)生概率；③委派專業(yè)人員在安全位置調(diào)查頂板的具體狀況，如果出現(xiàn)災(zāi)害征兆，應(yīng)及時通知相關(guān)作業(yè)人員撤離，并采取有效措施排除危險[3]。

4 結(jié) 語

煤礦頂板災(zāi)害的預(yù)警及防治是一項復(fù)雜、艱巨的長期性工作。對煤礦頂板災(zāi)害的誘發(fā)因素以及類型進行了深入分析，并給出了針對性的預(yù)警及防治措施，對于防治煤礦頂板災(zāi)害，確保開采作業(yè)安全具有一定的參考價值。

[1] 章 忠，韋 晶.淺談煤礦頂板事故的成因及預(yù)防措施[J].山東煤炭科技，2015(3)：87-88

[2] 郭衛(wèi)東.煤礦管理中如何有效控制頂板事故分析[J].科技資訊，2015(4)：48-49

[3] 許 恒.煤礦開采工作面頂板事故產(chǎn)生的原因及安全管理措施探析[J].統(tǒng)計與管理，2014(1)：1-3.

2015-01-20)

劉 明(1968—)，男，工程師， 036000 山西省大同市。