煤礦掘進(jìn)巷道頂板事故預(yù)防措施研究

韋國兵

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽煤礦分公司，山西 晉城 048003)

引言

近年來，伴隨著我國煤礦開采力度擴(kuò)大，開采的深度也越來越深，地質(zhì)條件也變得尤為復(fù)雜，這也給煤礦開采和施工帶來了較多的困難。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，在中國的煤礦事故總數(shù)中，有40%的是頂板事故，其中在頂板死亡事故中，又有20%左右是掘進(jìn)工作面冒頂事故，而影響頂板穩(wěn)定性的主要因素有頂板巖性、巷道斷面參數(shù)及具體支護(hù)形式，因此要想更好地預(yù)防頂板事故，必須重視巷道斷面形態(tài)及支護(hù)方式的研究。

1 煤礦當(dāng)前形勢和預(yù)防頂板事故的重要性

近幾年，隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對煤炭的需求量也在逐漸擴(kuò)大。在進(jìn)行煤礦開采期間，安全事故時(shí)有發(fā)生。即便施工人員專業(yè)技能過硬、操作達(dá)標(biāo)，但是由于地質(zhì)構(gòu)造和自然環(huán)境的限制和人為失誤也會(huì)造成開采過程中出現(xiàn)安全事故，在給開采企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)影響施工人員的生命安全。在煤礦開采過程中，掘進(jìn)巷道頂板事故是最容易出現(xiàn)的安全事故。有數(shù)據(jù)顯示，煤礦頂板事故不僅發(fā)生率較高，危害也較其他事故大。這就要求無論是施工人員還是開采單位都應(yīng)該對此事故給予高度關(guān)注。若是在煤礦開采過程中出現(xiàn)事故通常都會(huì)給開采單位及施工人員帶來巨大的損失。因此，必須了解造成頂板事故發(fā)生的條件，并進(jìn)行研究，以此制定有效的改善方案，盡可能的降低煤礦安全事故的發(fā)生。

2 頂板事故發(fā)生的原因

2.1 設(shè)計(jì)方面

造成頂板事故的人為原因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理，主要包含：(1)巷道位置設(shè)計(jì)不合理，譬如說將巷道設(shè)計(jì)在堅(jiān)硬度較低的巖層中；(2)未對煤礦開采區(qū)域進(jìn)行精確的勘探，導(dǎo)致項(xiàng)目期間缺乏地質(zhì)構(gòu)造和水源等相關(guān)數(shù)據(jù)，無法根據(jù)具體情況進(jìn)行改善。

2.2 復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境

造成頂板事故的自然原因主要是煤礦開采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造。比如，巖層中地下水含量較高，侵入到巖層內(nèi)部，降低了巖層的穩(wěn)固性，當(dāng)壓力較大時(shí)巖層可能或斷裂或者塌陷，后可能造成巖石風(fēng)化或者致使有毒氣體出現(xiàn)。

2.3 施工方面

除去以上兩種原因外還有可能是在施工過程中操作不當(dāng)導(dǎo)致的，大概包含以下幾項(xiàng)：(1)在進(jìn)行巷道的挖掘工作前，未根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的預(yù)防措施；(2)在進(jìn)行施工期間采用的施工技術(shù)和開采方案不符合施工條件；(3)在進(jìn)行巷道掘進(jìn)作業(yè)時(shí)有停頓，致使周圍巖體接觸空氣時(shí)間較長，導(dǎo)致巖體風(fēng)化，同時(shí)支護(hù)措施不能達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，無法起到支護(hù)作用；(4)工作面到頂柱之間的距離較長，支護(hù)無法發(fā)揮其作用；(5)爆破作業(yè)中炸藥用量不合理導(dǎo)致巖體穩(wěn)固性遭到破壞，在此種巖層中進(jìn)行施工，較易發(fā)生事故；(5)施工期間操作不規(guī)范，未能及時(shí)處理浮石，造成施工人員被浮石砸傷。

3 預(yù)防頂板事故的措施

3.1 采取措施優(yōu)化巷道的斷面

在進(jìn)行煤礦開采過程中，常用到的巷道斷面為拱形底板、直墻及弧形底角等，在增加施工進(jìn)度的同時(shí)還可以改善巷道周圍巖層的承壓能力，以此來提高巷道的承載能力。將弧形底角巷道斷面和傳統(tǒng)直角巷道斷面通過采用數(shù)字模擬軟件和圖像處理技術(shù)在承壓能能力和變形能力等發(fā)面進(jìn)行對比，結(jié)果顯示，弧形底角斷面較直角斷面在剪應(yīng)力上減少了百分之四十三，最大主應(yīng)力減少了百分之四十三，最小主應(yīng)力較少了百分之六十九，頂板下沉位置減少了百分之二，底鼓減少了百分之四十二，所以說弧形底角斷面更適合煤礦開采施工。

3.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)，避免發(fā)生巷道冒頂事故

在煤礦開采期間，進(jìn)行巷道掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，通常會(huì)采用錨索和錨桿聯(lián)合的組合拱來對巷道進(jìn)行支護(hù)，其優(yōu)勢在于能夠起到懸吊與加固的作用。與此同時(shí)組合拱可以承載巖體的重力，增加巖層的堅(jiān)硬程度，防止巷道周圍巖體的松弛，增加巷道的穩(wěn)定性，從而降低煤礦安全事故的發(fā)生。當(dāng)巷道的水平延伸方向與巖體傾向之間的角度較小時(shí)通常會(huì)向巖體中插入一根錨桿來解決。若是巷道頂板發(fā)生裂痕的情況下，則需使錨桿插入的方向與巷道的拱形邊緣呈傾斜狀態(tài)，且傾斜角度會(huì)根據(jù)巖層的傾斜角度而改變。此時(shí)充分的利用了錨桿的懸吊作用。還有一種情況是巷道的水平延伸方向與巖體傾向之間的角度較大，此種情況下錨桿的另一側(cè)插入到巖體內(nèi)部比較困難，即使采用了聯(lián)合拱也不能增加巷道的穩(wěn)固性。若是此時(shí)邊緣巖體發(fā)生波動(dòng)，則會(huì)加速巖層的開裂或者巖層之間的分離，導(dǎo)致錨桿無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性作用。

3.3 提高工作人員的安全意識(shí)

為了降低安全事故的發(fā)生，必須將安全生產(chǎn)作為施工理念，增加安全培訓(xùn)，加大安全意識(shí)的宣傳，將安全意識(shí)植入到每一名施工人員的心里，從而減少因違規(guī)操作造成事故的發(fā)生。在進(jìn)行施工期間若是不按照要求進(jìn)行操作極有可能發(fā)生安全事故，而安全事故的出現(xiàn)就會(huì)帶來傷亡，要讓每一個(gè)煤礦施工人員記住這一真理。在進(jìn)行煤礦施工項(xiàng)目時(shí)隨時(shí)可能出現(xiàn)安全事故，所以每一名煤礦工作者在進(jìn)行工作期間都需要高強(qiáng)度的責(zé)任意識(shí)及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。在施工期間必須牢記安全的重要性，且要時(shí)刻牢記并嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行作業(yè)，不能心存僥幸，為了省事而違反操作流程。造成事故出現(xiàn)的關(guān)鍵是忽視細(xì)節(jié)的重要性，對于煤礦工作者應(yīng)該將細(xì)節(jié)作為工作的重點(diǎn)，嚴(yán)格要求自己，盡力將每項(xiàng)工作做到最好，減少因?yàn)楣ぷ魇д`造成煤礦安全事故的發(fā)生。

3.4 遵循巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的基本原則

為了降低巷道頂板事故的發(fā)生，則需要對巷道進(jìn)行支護(hù)施工，以加強(qiáng)巷道的穩(wěn)固性，同時(shí)在進(jìn)行巷道支護(hù)過程中必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工。一般情況下，因?yàn)楦邞?yīng)力作用可能會(huì)導(dǎo)致巷道周圍巖層因?yàn)橄锏朗┕ぐl(fā)生軟化或者碎裂，巷道頂板會(huì)因?yàn)閿D壓而出現(xiàn)變形、彎曲或者底鼓等現(xiàn)象，因此對巷道采取支護(hù)施工非常有必要。在進(jìn)行巷道支護(hù)施工期間必須遵守巷道支護(hù)施工的中心理念，以護(hù)為重點(diǎn)，通過采用錨桿和錨索支護(hù)，對巷道周圍巖層的承壓和變壓情況進(jìn)行有效的改善；以加強(qiáng)支護(hù)為施工的重點(diǎn)，防止巷道周圍巖體出現(xiàn)脫落、破碎或者松動(dòng)等現(xiàn)象，從而通過錨桿和錨索增加巷道的穩(wěn)固性，防止巷道在巖層發(fā)生變化的情況下發(fā)生損壞。

3.5 從技術(shù)方面來講

為了預(yù)防頂板事故的發(fā)生，在施工技術(shù)方面應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：(1)在施工前針對煤礦掘進(jìn)巷道周邊地質(zhì)構(gòu)造和水源分布情況進(jìn)行勘測，若進(jìn)行施工時(shí)工作面發(fā)生變化，則需要進(jìn)行二次勘測，以保證勘測結(jié)果的準(zhǔn)確性。(2)煤礦掘進(jìn)前期準(zhǔn)備工作充足。在進(jìn)行掘進(jìn)施工操作前需根據(jù)施工位置的地質(zhì)構(gòu)造及影響因素制定有效的施工方案，同時(shí)針對巷道的支護(hù)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，熟知巷道支護(hù)作業(yè)的施工過程，保證煤礦施工質(zhì)量。加大對頂板相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果掌握頂板變化規(guī)律，為之后的施工提供有效的數(shù)據(jù)支持，當(dāng)頂板出現(xiàn)影響安全的數(shù)值時(shí)應(yīng)該停止施工，在進(jìn)行加固后方可繼續(xù)。(3)嚴(yán)格把控施工人員。在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)前需對施工人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，且通過相關(guān)考核后方可進(jìn)行施工作業(yè)，確保施工人員熟悉施工流程和操作工藝，可以完全按照施工規(guī)范進(jìn)行作業(yè)，確保施工質(zhì)量的同時(shí)能夠增加工程效率，同時(shí)能夠降低安全事故的發(fā)生頻率。

4 結(jié)束語

在實(shí)際工作過程中，工作人員應(yīng)徹底調(diào)查實(shí)際地質(zhì)環(huán)境，尤其是巖層本質(zhì)，根據(jù)檢查結(jié)果選擇合適的道路，做好斷面優(yōu)化工作，集中精力優(yōu)化支護(hù)工作，有效加強(qiáng)防止道路頂板落體、加固道路圍巖，防止煤礦道路頂板事故。