煤礦地質(zhì)構(gòu)造與頂板事故的關(guān)系

周平

摘要：煤礦開采過程中頂板事故的發(fā)生與地質(zhì)構(gòu)造有著很大的關(guān)系，尤其在惡劣的地質(zhì)條件下頂板事故發(fā)生幾率會增加，而且頂板事故造成的人員傷亡和損失很大，是煤礦生產(chǎn)中重要的事故類型之一。為了保證煤礦開采活動的安全進(jìn)行，需要對頂板事故相關(guān)問題進(jìn)行分析，明確二者之間的關(guān)系，找到針對性的解決措施和方法，提高事故預(yù)防能力，避免或減少頂板事故造成的影響。

關(guān)鍵詞：煤礦;地質(zhì)構(gòu)造;頂板事故

煤礦開采活動中頂板事故發(fā)生的幾率比較大，傷亡人數(shù)也很大，嚴(yán)重影響煤礦安全生產(chǎn)，威脅到作業(yè)人員生命安全。形成頂板事故的原因比較多，其中最主要最關(guān)鍵的就是地質(zhì)構(gòu)造問題，而且提前未做好充分的勘查，對地質(zhì)條件了解不全面，加上開采活動中生產(chǎn)技術(shù)管理、作業(yè)人員安全意識和防護(hù)措施等落實不到位，在頻繁的采動下使構(gòu)造面“活化”，也會影響煤層頂板的穩(wěn)定性，引發(fā)頂板事故。一些研究顯示，頂板事故造成的死亡人數(shù)在40%以上，可見頂板事故的危害性以及預(yù)防頂板事故的重要性和迫切性。為了促進(jìn)和確保煤礦開采的安全進(jìn)行，保障作業(yè)人員的安全，必須對頂板事故相關(guān)問題進(jìn)行研究，找到有效的解決對策。

1頂板事故概述

煤礦開采之前，地下巖體是處于靜止的動態(tài)平衡狀態(tài)，在開采活動下原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)的巖體遭到破壞，一旦應(yīng)力超過煤、巖的極限強度情況下，巷道和回采工作面周圍的煤、巖層發(fā)生不同程度破壞，致使工作面發(fā)生頂板下沉、離層和裂隙等情況，如果支護(hù)工作未做到位，很容易引起冒頂事故[1]。

煤礦頂板事故發(fā)生的頻率和危害都比較大，主要包括三種類型：一，局部冒頂事故，如果煤礦開采過程中遇到薄層結(jié)構(gòu)的復(fù)合頂板，加上支護(hù)不當(dāng)?shù)那闆r會引發(fā)冒頂事故或者開采層埋藏深度、采高、開采寬度等比較大，采動應(yīng)力場高峰深入壁前方，也就是發(fā)生內(nèi)應(yīng)場的情況下容易引發(fā)頂板事故。二，壓垮型頂板事故，主要是頂板壓垮支架大面積發(fā)生垮塌，在直接頂及老頂大面積來壓過程中容易發(fā)生。 壓垮型頂板事故發(fā)生需要具備以下條件，即支架組抗力無法平衡直接頂大面積運動的作用力，當(dāng)頂板發(fā)生沉降的情況下，逐漸失去了支撐能力，或者支架阻抗能力可以平衡直接頂沉降作用力，但壓縮量無法適應(yīng)老頂沉降至給定變形位置狀態(tài)的要求等，容易發(fā)生頂板事故[2]。三，推垮型頂板大面積垮塌事故，主要是在頂板來壓過程中發(fā)生，具體還包括向老塘推垮、向壁推垮、沿傾斜方向推垮等三種類型，其動力來源可能是直接頂板自身也可能是老頂裂斷來壓的沖擊與推動力。

2煤礦地質(zhì)構(gòu)造與頂板事故的關(guān)系

2.1褶曲構(gòu)造與頂板事故

在地質(zhì)作用力的影響下巖層或煤層發(fā)生變形形成的波狀彎曲連續(xù)性的構(gòu)造形態(tài)就是褶曲結(jié)構(gòu)，主要受到水平擠壓力或者水平擠壓剪切力的作用，同時煤層出現(xiàn)塑性流動或滑動的改為狀態(tài)下，導(dǎo)致褶曲不同部位發(fā)生裂隙、節(jié)理等，使煤層呈現(xiàn)出厚薄不一、層次不均的特征，影響支護(hù)工作，增加煤炭開采活動的安全隱患，也極易造成頂板事故發(fā)生。

2.2斷裂構(gòu)造與頂板事故

受到斷裂構(gòu)造的影響下會使煤層與巖層之間產(chǎn)生錯位，嚴(yán)重情況下破壞煤層的連續(xù)性，斷層兩側(cè)的巖體也會發(fā)生相對位移。斷裂構(gòu)造中斷層包括正斷層、逆斷層以及改為平移斷層三種類型，在各種地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境中都會存在，而且勘探工作中也會將這些作為判斷構(gòu)造復(fù)雜程度的重要因素。尤其在一些復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中，斷層構(gòu)造比較常見，由于斷層引發(fā)的破碎帶以及斷距等大小不一，直接影響巖層的整體穩(wěn)定性。另外，斷層構(gòu)造發(fā)育的同時也會引起地層變形而產(chǎn)生褶曲、擠壓以及破碎等現(xiàn)象，會增加頂板裂縫的寬度，在頻繁的開采活動下頂板控制難度加大，容易引發(fā)頂板事故[3]。

2.3巖漿侵入與頂板事故

煤礦開采過程中巖漿侵入也是引發(fā)頂板事故的原因之一，一旦出現(xiàn)巖漿侵入會直接破壞煤層的連續(xù)性，也會造成煤層出現(xiàn)特殊的揉皺現(xiàn)象，并伴隨著旋渦狀褶曲等小構(gòu)造的出現(xiàn)，危害到頂板的穩(wěn)定性。要想預(yù)防巖漿侵入引發(fā)的事故，必須了解巖漿侵入體的分布特征及規(guī)律，做好支護(hù)，減少局部冒頂現(xiàn)象發(fā)生，從根本上控制頂板事故。

2.4水侵蝕與頂板事故

幾乎所有含煤地層均為含水層，隨著開采活動的不斷進(jìn)行和開采范圍的不斷加大，礦井水會沿著裂隙流入到工作面及煤層頂板，并對工作面造成侵蝕。在長時間巖層水侵蝕下，巖體會出現(xiàn)軟化、裂隙活化等問題，巖體的結(jié)構(gòu)也會逐漸失去穩(wěn)定性。同時，復(fù)合頂或者偽厚頂都會造成頂板水抽頂速度加快，增加冒頂事故發(fā)生的幾率。

2.5煤巖組合與頂板事故

頂板事故的發(fā)生與煤礦生產(chǎn)過程中的煤層頂板、構(gòu)造、巖石強度、含水性等都有著很大的關(guān)系，為減少這些地質(zhì)因素對煤層頂板的影響必須做好支護(hù)工作，選擇合適的支護(hù)方式以及做好采空區(qū)處理等。另外，地質(zhì)應(yīng)力和后期構(gòu)造發(fā)生變異都會對煤層造成影響，使煤層發(fā)生形變，周圍的巖體也會破碎，頂板完整性受到影響，形變嚴(yán)重情況下會增加頂板事故的幾率。

3頂板事故預(yù)防措施

3.1勘查地質(zhì)構(gòu)造和頂?shù)装逄卣?，提前進(jìn)行預(yù)測預(yù)報

針對煤礦開采過程中的頂板事故，必須做好提前防范工作，尤其是要掌握煤礦地質(zhì)構(gòu)造，分析頂?shù)装逄卣鳎M(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測預(yù)報，提前制定應(yīng)對方案。1）做好工作面作業(yè)規(guī)程的編制，包括詳細(xì)的開采地質(zhì)說明書以及頂板管理措施等，確保工作面作業(yè)流程的規(guī)范和安全;2）要根據(jù)煤礦開采活動的具體情況靈活的調(diào)整相應(yīng)措施，確保開采活動的安全;3）開采過程中遇到復(fù)雜地質(zhì)條件，比如褶曲、積壓帶、破碎帶等，需要做好支護(hù)，并且要根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)的支護(hù)方式，避免支護(hù)不當(dāng)引發(fā)的事故[4]。

3.2保證開拓設(shè)計和巷道布置的合理性

煤礦開采之前必須做好地質(zhì)條件的勘查，掌握地質(zhì)狀況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行井巷工程設(shè)計，而且要注意避免在地質(zhì)構(gòu)造線、斷層、破碎帶等附近布置巷道。圍巖的次生應(yīng)力主要受到原巖應(yīng)力、側(cè)壓系數(shù)等的影響，應(yīng)該選擇頂板壓力不大、穩(wěn)定性和完整性比較好的部位進(jìn)行巷道布置，減少頂板事故造成的影響。

3.3做好施工現(xiàn)場和生產(chǎn)技術(shù)管理

頂板事故的危害比較大，除了做好預(yù)防措施以外也需要做好頂板的檢查與處理，由技術(shù)人員對礦區(qū)巖石位移的規(guī)律進(jìn)行觀測，了解頂板具體情況，然后在構(gòu)造帶附近的關(guān)鍵地點，比如采煤面上下出口、掘進(jìn)面迎頭、切眼口等等做好防范措施，保證支護(hù)工作做到位。同時，管理人員要進(jìn)入到生產(chǎn)一線，加強管理，及時解決頂板問題，消除隱患，保證生產(chǎn)安全。另外，為避免圍巖破碎引發(fā)冒頂事故，必須在了解煤巖特征的情況下，合理布置炮眼，保證裝藥量適宜。

3.4落實安全生產(chǎn)主體責(zé)任

為減少頂板事故發(fā)生的幾率以及保證作業(yè)人員安全，煤礦企業(yè)必須主動的落實安全生產(chǎn)主體責(zé)任，在具體生產(chǎn)活動中要做到以下幾點：采掘工作面施工之前組織好學(xué)習(xí)，增強安全生產(chǎn)意識，嚴(yán)格要求禁止開采保護(hù)煤柱;制定“敲幫問頂”制度，對于違章作業(yè)行為必須嚴(yán)懲，確保生產(chǎn)過程的安全;支護(hù)工作必須做到位，保證支護(hù)牢固且有效，避免因空頂作業(yè)而增加安全隱患;在頂?shù)装逅绍?、破碎帶、過斷層、冒頂區(qū)等開采時必須加強安全管理，嚴(yán)格落實安全責(zé)任制，嚴(yán)禁使用不合格的支護(hù)材料，從根本上保證生產(chǎn)安全。

3.5加強頂板隱患排查和安全教育工作

煤礦生產(chǎn)過程中安全隱患極大，為了消除隱患，減少頂板事故造成的影響，必須加強隱患排查，保證安全隱患及時治理，堅持做到不安全不生產(chǎn)。領(lǐng)導(dǎo)發(fā)揮監(jiān)督管理職能，將安全隱患排查工作落到實處，也要加強技術(shù)員的檢查工作，并要求作業(yè)人員具備識別安全隱患、預(yù)防安全隱患以及應(yīng)急處理能力，在保證自身安全的情況下才能進(jìn)行生產(chǎn)活動。另外，切實做好安全教育培訓(xùn)，要求作業(yè)人員具備較強的安全意識，學(xué)習(xí)安全技術(shù)，將預(yù)防頂板事故的各項措施落實到位，使作業(yè)人員具備主動發(fā)現(xiàn)頂板冒落的預(yù)兆，能夠在突發(fā)事件情況下選擇正確安全的逃生方式，在短時間逃離危害現(xiàn)場，或者即便是遇到災(zāi)害情況下也能自救和互救，切實保障作業(yè)人員安全，減少生命和財產(chǎn)損失。

結(jié)語

煤礦工程中頂板事故的發(fā)生幾率比較大，而且造成的危害也很大，為保證生產(chǎn)過程的安全進(jìn)行，必須做好頂板事故的預(yù)防。同時要明確地質(zhì)構(gòu)造是引發(fā)頂板事故的重要原因之一，必須提前做好地質(zhì)條件的勘探，了解煤礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征和規(guī)律，編制合適的應(yīng)對和預(yù)防方案，提高頂板事故預(yù)防能力。同時，為減少頂板事故發(fā)生以及帶來的危害，煤礦企業(yè)必須落實安全生產(chǎn)主體責(zé)任，加強生產(chǎn)一線的監(jiān)督管理、技術(shù)管理以及作業(yè)人員的安全教育等，及時排查和治理安全隱患，營造安全的生產(chǎn)環(huán)境和氛圍，確保井下生產(chǎn)人員安全的情況前提下促進(jìn)煤礦生產(chǎn)活動的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張旭棟. 煤礦地質(zhì)構(gòu)造與頂板事故的關(guān)系[J]. 石化技術(shù)，2020，27（01）：273+275.

[2]陳浩. 煤礦地質(zhì)構(gòu)造與頂板事故的關(guān)系[J]. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2018（11）：82+102.

[3]金紫霄，趙四男. 論煤礦地質(zhì)構(gòu)造與頂板事故的關(guān)系[J]. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2020（24）：193-194.

[4]張立民. 東榮礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與頂板事故的關(guān)系探究[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（08）：122.