炮采工作面初采期間冒頂事故分析與預(yù)防

張 浩

（柳林縣煤炭工業(yè)局，山西 柳林 033300）

柳林縣鑫飛毛家莊煤礦采用炮采懸移頂梁液壓支架放頂煤開采工藝，能有效地適應(yīng)毛家莊煤礦復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件，能實現(xiàn)高產(chǎn)高效安全開采的目的。但是在毛家莊煤礦初采初放期間內(nèi)常有冒頂事故的發(fā)生，給該礦造成了重大的人身傷亡與財產(chǎn)損失，給煤礦帶來了負(fù)面影響。為提高煤礦生產(chǎn)的安全性，切實做到安全生產(chǎn)，對毛家莊煤礦生產(chǎn)中冒頂事故發(fā)生的原因進(jìn)行研究分析，提出針對性的預(yù)防措施十分必要。

1 冒頂事故發(fā)生的類型分析

冒頂事故的發(fā)生機(jī)理：在煤礦井下工作面生產(chǎn)過程中，因各種因素導(dǎo)致頂板發(fā)生離層現(xiàn)象后，下部支架無法起到正常的支撐作業(yè)，巷道的支護(hù)結(jié)構(gòu)被破壞，整個支護(hù)處在非穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)支架受到頂部巖體落下之力及其他外力時，會導(dǎo)致上部的巖體突然大量冒落，對下部的支架造成強(qiáng)大的沖擊力，從而發(fā)生冒頂事故。給開采工作面帶來人員和財產(chǎn)的損失。本論文基于冒頂事故發(fā)生的類型，結(jié)合毛家莊煤礦井下工作面開采的地質(zhì)環(huán)境的實況，分析了導(dǎo)致該煤礦井下工作面冒頂事故發(fā)生的原因有以下幾種。

1.1 切眼掘進(jìn)操作不當(dāng)形成空頂

毛家莊煤礦當(dāng)前主要采用炮采懸移頂梁液壓支架放頂煤開采工藝，工作面的切眼都是沿煤層底板進(jìn)行布置，在切眼掘進(jìn)過程中，沒有根據(jù)現(xiàn)場情況對頂板進(jìn)行及時的檢查和維護(hù)，沒有制定針對性的安全措施，缺乏有效的指揮，因此就造成了冒頂現(xiàn)象。從冒頂區(qū)域的現(xiàn)場來看，支架上方覆蓋有薄碎煤，在薄碎煤頂部則是大面積的空頂，下方的支架不能有效地起到支撐的作用，整個架構(gòu)處于失穩(wěn)的狀態(tài)，薄碎煤上方的巖石也會有下墜的可能。該切眼的掘進(jìn)作業(yè)和工作面的回采作業(yè)分屬于不同的掘進(jìn)分隊，加之之前該切眼掘進(jìn)工作面停工時間較長（2.5個月），在恢復(fù)通風(fēng)后對冒頂區(qū)的安全隱患不清楚，也沒有及時地檢查和維護(hù)，認(rèn)為該頂板完整，沒有在初釆初放期采取冒頂事故的防范措施。后期在對支架進(jìn)行移架作業(yè)時，因不穩(wěn)頂板上部的矸石在處力作業(yè)下也常常發(fā)生墜落，沖垮支架造成冒頂事故。

1.2 支護(hù)形式更換形成頂板離層或空頂

毛家莊煤礦井下工作面切眼掘進(jìn)和工作面初釆兩個階段采用的支護(hù)形式不同，在工作面的初采期間，需要將切眼掘進(jìn)時巷道的礦工鋼支護(hù)更換為單體液壓支柱和π形梁支護(hù)，在更換過程中容易發(fā)生頂板離層現(xiàn)象，導(dǎo)致冒頂事故的發(fā)生。切眼掘進(jìn)期間的礦工鋼支護(hù)是沒有初撐力的，需要等待形成壓力，在這過程中易常有頂板下沉和煤體破碎發(fā)生，頂板的下沉就會造成頂板離層現(xiàn)象，煤體的破碎容易造成流煤空頂，對支護(hù)形式更換后，盡管單體液壓支柱的初撐力能有效地改變以往頂板的受力情況，但是卻加劇了煤體的破碎程度。在后期替棚作業(yè)中，就會因頂煤的破碎流出造成局部空頂，支架失去支撐力，留下了冒頂和煤壁切頂?shù)陌踩[患。

1.3 頂板應(yīng)力較大造成斷裂冒落

工作面初采期間隨工作面的推進(jìn)，頂板應(yīng)力大部集中在煤壁區(qū)域，造成了頂板應(yīng)力過大。因頂板應(yīng)力過大，導(dǎo)致支架上方的煤體沿煤壁向下開始撕裂，從而造成切頂現(xiàn)象。應(yīng)力過大的隱患持續(xù)時間較長，后期與支架的支撐力一起作用于頂煤，導(dǎo)致工作面的支護(hù)困難，發(fā)生大面積的冒頂現(xiàn)象。如2781工作面，現(xiàn)場作業(yè)人員在空頂下維修，沒有采取控制頂板冒落的可靠措施，梁抬不起來就用釬子搗肩窩，搗掉兩塊矸石，致使頂板松動離層；隨后又貿(mào)然拔掉了一根圓木，就破壞了松動頂板的應(yīng)力分布，造成了嚴(yán)重的冒頂事故。

1.4 初采初放期間過度放煤造成冒頂

在工作面初采期間，因多因素影響造成支架上方煤體破碎度過大，推進(jìn)期間同老塘破碎煤體一起放出，如果不能及時垮落將形成大面積空頂。該種情況造成頂板應(yīng)力過大，出現(xiàn)煤體撕裂并造成空洞，容易將老塘和支架上方流空，一旦受外力影響就會發(fā)現(xiàn)冒頂事故。因此，必須做好工作面初采期間的放煤量，提高作業(yè)人員的理論知識和實踐操作技能，準(zhǔn)備掌握好放煤時間和放煤量，不為生產(chǎn)留下安全隱患。在毛家莊煤礦的開采過程中，2215、2208、2209三個采煤工作面發(fā)生過類似情況，2215和2208兩個工作面推垮性冒頂30多米，2209工作面發(fā)生大面積切頂。

以上是毛家莊煤炮采工作面初采期間冒頂事故發(fā)生的主要形式，此外支護(hù)不及時、支護(hù)質(zhì)量差、回柱放頂不及時、方法不正確、充填不滿等都會導(dǎo)致支柱支撐無力，支架失穩(wěn)，從而誘發(fā)冒頂?shù)那闆r。

2 冒頂事故預(yù)防措施

2.1 對掘進(jìn)過程中形成的空頂采取預(yù)防措施

針對毛家莊煤礦工作面切眼掘進(jìn)中的空頂?shù)默F(xiàn)象，主要采取以下的預(yù)防措施。針對已形成的冒頂區(qū)域必須馬上處理并背緊背實，在施工圖紙上做好詳細(xì)的標(biāo)注。當(dāng)采煤施工隊進(jìn)入前，及時地同對方技術(shù)人員做好交接，將冒頂區(qū)域做為重要的基礎(chǔ)資料移送，并形成相應(yīng)的制度。采煤隊進(jìn)入后，需要對冒頂區(qū)域重新進(jìn)行探測，確定切眼內(nèi)空頂?shù)脑敿?xì)情況，主要是采用打木垛、抬棚等措施進(jìn)行施工處理，消除相應(yīng)的安全隱患。

2.2 采用單體液壓支柱和π形梁支護(hù)

針對切眼掘進(jìn)和工作面初釆兩個階段采用的支護(hù)形式更換造成的頂板空頂，可以采用單體液壓支柱和π形梁支護(hù)，這樣工作面安裝和掘進(jìn)一次成功，能夠保證頂板的完整，減少工作面安裝工序。當(dāng)初期不能采用生產(chǎn)時使用的支護(hù)形式，在初釆替換棚時應(yīng)在原來支架的間隙內(nèi)支設(shè)單體液壓支柱和π形梁。原有支架的處理措施為：頂板完整時就可以去掉原有支架，頂板不完整比較破碎時，一般都是給予保留，在工作面向前推出切眼時，再逐步替掉。該措施工序稍多，但現(xiàn)場應(yīng)用效果較好。

2.3 掘進(jìn)穿透上部巷道的防冒頂措施

（1）率先測定被穿透區(qū)段的準(zhǔn)確位置，防止誤穿透不安全地段而造成事故，然后及早改善被穿透區(qū)段的安全條件。其具體做法是：加強(qiáng)被穿透區(qū)段的巷道支護(hù)，原則要求是在上巷穿透點(diǎn)前后5m內(nèi)的棚子，要加插背板，將幫、頂背實，先修理好被損壞的棚子，必要時可放置長樹地粱加設(shè)抬棚，若預(yù)計透穿地方為金屬拱形支架時，應(yīng)用5m左右長的鋼軌銷好棚子，以增加上巷透點(diǎn)附近支架的整體性和穩(wěn)定性，確保安全透穿；不通風(fēng)的巷道應(yīng)按規(guī)定事前恢復(fù)通風(fēng)，避免積存其間的有害有毒氣體在巷道透穿時突然涌出造成人身傷害事故，或放炮透穿引起瓦斯爆炸事故；若被穿區(qū)段巷道內(nèi)存有積水，則須在穿透前予以排除，使巷道疏干，防止透穿時涌水傷人或引起冒頂。

（2）準(zhǔn)確掌握透穿距離，注意安全施工。當(dāng)掘進(jìn)頭距上巷被透穿地點(diǎn)5m時，應(yīng)用3m以上的長釬子按平行巷道斜角的方向?qū)ι戏教窖郏员阏莆站蛲干舷锏臏?zhǔn)確距離，防止透點(diǎn)標(biāo)高方向不準(zhǔn)而造成冒頂事故；當(dāng)掘進(jìn)頭距上透穿點(diǎn)3m時，要根據(jù)煤堅硬和松軟情況，采取放小炮落煤的辦法。

2.4 加強(qiáng)初采期間的放煤控制

放煤是毛家莊煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，對安全和生產(chǎn)至關(guān)重要。初采期間的放煤工序為：工作面推進(jìn)3～4排，支架才推出切眼，該階段不要放煤；支架推出切眼后幾排時，可控制放煤量在1/3；緊接著再推幾排，可控制放煤量在2/3，然后到最放。盡管該過程放煤相對比較簡單，但是要求工作人員必須嚴(yán)格按放煤工藝規(guī)程操作，避免因過度放煤引發(fā)冒頂隱患。加強(qiáng)現(xiàn)場管理，嚴(yán)格按規(guī)章制度和放煤工藝進(jìn)行生產(chǎn)，保障工作面初采期間的安全。

3 實踐應(yīng)用效果分析

毛家莊煤礦的多個工作面都是采用炮采放頂煤技術(shù)進(jìn)行開采，在開采初期因經(jīng)驗不足造成了頂板冒頂事故的頻繁發(fā)生。針對頂板事故頻發(fā)的情形，對工作面初采初放期間的頂板事故發(fā)生的原因進(jìn)行了研究分析，根據(jù)不同情況，采取了多種預(yù)防頂板冒頂事故的技術(shù)措施，較好地解決初采初放期間的頂板管理問題。目前，毛家莊煤礦已連續(xù)回采8個炮采放頂煤工作面，沒有發(fā)生一起頂板傷亡事故，保障了炮采工作面初采初放期間的安全生產(chǎn)。