煤礦頂板事故的原因及控制方法研究

韋飛

（中煤能源集團大屯煤電公司安監(jiān)局，江蘇 徐州 221000）

0 引言

從近些年煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況來看，煤礦事故的發(fā)生是一種較為普遍的現(xiàn)象，而礦井頂板事故的發(fā)生頻率大于其他類型的事故。若出現(xiàn)頂板事故，就會給煤礦企業(yè)的發(fā)展帶來巨大的影響，而這也影響著煤礦工作的正常進(jìn)度，嚴(yán)重的煤礦事故也會不利于社會的穩(wěn)定發(fā)展，因此，選擇一個合理的、科學(xué)方法，加強對煤礦頂板事故的安全管理。要對導(dǎo)致礦井事故出現(xiàn)的具體影響因素進(jìn)行系統(tǒng)的分析，這種做法可以避免施工人員對井下的實際狀況沒有充分掌握，引導(dǎo)施工人員對頂板事故發(fā)生規(guī)律進(jìn)行分析。

1 煤礦頂板事故的特性和消極影響

1.1 礦井頂板事故發(fā)生的機理

地下巖體架構(gòu)通常是較為堅固的，巖體內(nèi)部應(yīng)力的平衡性也較強。然而及井下崛進(jìn)和開采工作在進(jìn)行過程中會設(shè)置采空區(qū)，并會出現(xiàn)開采擾動的情況，這就會對地下巖層的穩(wěn)定性和完整性造木成一定的影響，導(dǎo)致開采區(qū)域巖體受力不穩(wěn)定，同時也造成巖體內(nèi)應(yīng)力的再次分布，這就是導(dǎo)致頂板事故發(fā)生的關(guān)鍵因素。在礦壓的作用下，巖體內(nèi)應(yīng)力數(shù)值大于煤和巖的承受能力，這就導(dǎo)致巷道和工作面頂部和圍巖部分出現(xiàn)裂縫、形變和沉降等情況，若支護(hù)工作采取的不及時，就會出現(xiàn)頂板冒落的問題[1]。

1.2 頂板事故的類型

煤層頂板具體包括直接頂、微頂和老頂三個組成成分，按照引起事故發(fā)生的力學(xué)原因，可以把頂板事故設(shè)定為三個不同的類型，分別是推垮型冒頂、壓垮型冒頂和漏垮型冒頂，如果從影響情況上來看，可以把它們分為大面積冒頂和局部冒頂兩個類別，以局部冒頂為例，它的危害并不大，一般來說這種情況不會造成過大的人員傷亡，但是由于這種情況出現(xiàn)的可能性較大，因此也應(yīng)該得到關(guān)注。就大型冒頂來看，它的危害是巨大的，一般情況下會導(dǎo)致三人或三人以上的傷亡。壓垮冒頂主要是因為支護(hù)的強度較小，導(dǎo)致頂壓破壞了支架的結(jié)構(gòu)，從而引發(fā)冒頂事故。

1.3 頂板事故的消極影響

在冒頂事故產(chǎn)生的影響不大的情況下，往往會出現(xiàn)巷道堵塞、以及支柱線路和裝置被破壞的情況，從而造成生產(chǎn)系統(tǒng)停止的結(jié)果，若頂板事故的危害級別過大，就會出現(xiàn)人員傷亡，以及造成較大的經(jīng)濟損失，導(dǎo)致生產(chǎn)工作無法正常進(jìn)行。

2 煤礦頂板事故的原因研究

2.1 地理環(huán)境方面的原因

在一些特殊的環(huán)境中，保持頂板壓力的正常性有很大的難度，比如：斷層、破壞等。斷層情況的出現(xiàn)會導(dǎo)致煤層連續(xù)性和頂板的完整性受到影響，從而造成巖層的分離，斷層兩側(cè)巖體就可能會出現(xiàn)相對位移的情況。斷層范圍的擴大與褶曲、擠壓與破碎等情況的發(fā)生有一定的關(guān)聯(lián)性，而且它們會引發(fā)頂板裂縫程度加深和煤層厚度不均衡的情況發(fā)生，這在一定程度上會增加礦井開采和頂板安全管理工作的復(fù)雜度。所以，斷層的位置也是地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)區(qū)域，這個位置發(fā)生冒頂事故的可能性較大。

褶皺的產(chǎn)生與水平擠壓和剪切等力的作用有很大的聯(lián)系，這些力會導(dǎo)致巖層變形，從而以連續(xù)性、波浪狀的狀態(tài)呈現(xiàn)出來，這也就是所謂的褶皺。褶曲的位置不同，其內(nèi)部也會出現(xiàn)不一樣的裂縫和節(jié)理，特別是褶曲軸部，出現(xiàn)最多的問題巖層損壞和節(jié)理發(fā)育。褶曲軸部的結(jié)構(gòu)會極大的阻礙煤礦生產(chǎn)工作的進(jìn)行，由于煤層的均勻度較低，在進(jìn)行回采工作時難以展開支護(hù)，從而造成冒頂[2]。

巖層水普遍在井下巖層中，而且會通過縫隙滲透至施工區(qū)域。巖層水的pH 通常不高，其對巖體有著一定的侵蝕影響，這會造成巖體的軟化，從而導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)破損。

2.2 防護(hù)工作落實不到位

煤礦生產(chǎn)工作往往都在井下的環(huán)境中進(jìn)行，而且在空氣流動性方面有著一定的不足，這種生產(chǎn)情況具有一定的危險性，因此無論哪一種工作都應(yīng)該精確的按照技術(shù)規(guī)定來進(jìn)行，以提高生產(chǎn)作業(yè)的正確性，防止安全問題的產(chǎn)生。但是一些煤礦公司為了增加經(jīng)濟收益，對安全管理工作缺乏一定重視，既沒有落實相應(yīng)的安全培訓(xùn)工作，對于日常安全控制工作和應(yīng)急方法機制方面，也沒有得到完善，從而增加了安全事故發(fā)生的可能性。

2.3 管理方面存在問題

任何生產(chǎn)工作的開展都需要落實相應(yīng)的管理工作，一個科學(xué)合理的管理制度能夠保證生產(chǎn)工作的安全和穩(wěn)定，所以在研究煤礦頂板災(zāi)害的情況時，應(yīng)該考慮到施工管理工作對其的影響。管理機制的合理化是提高煤礦開采質(zhì)量的關(guān)鍵，而管理措施的落實，要依靠管理人員和開采人員的協(xié)調(diào)合作，而這也在一定程度上影響著頂板事故的預(yù)防工作的有效實施。

2.4 支護(hù)設(shè)置方面存在不足

施工人員對礦井的地質(zhì)情況不了解，就難以保證開采區(qū)域和施工現(xiàn)場的支護(hù)安設(shè)的有效性，而應(yīng)力集中位置的頂板所受到的作用力也會增大，而頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就難以保證，在開采過程中，就可能因為壓力而引發(fā)頂板事故出現(xiàn)。若開采工作已經(jīng)開始，就難以對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和改善。一些煤礦頂板支護(hù)設(shè)計人員在設(shè)計過程中沒有考慮頂板的具體狀況，往往會選擇和模仿其他的巷道頂板支護(hù)設(shè)計，導(dǎo)致支護(hù)技術(shù)工作脫離了真實的情況，這就無法實現(xiàn)規(guī)劃好的支護(hù)效果。在開采工作的支護(hù)設(shè)計的過程中，未考慮質(zhì)量問題和開采要求方面的問題，只是根據(jù)自己的想法和感覺就對支護(hù)設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行修改，但是缺乏嚴(yán)格的計算過程，而選取的支護(hù)方式不夠先進(jìn)，這就會導(dǎo)致支護(hù)工作與設(shè)計的內(nèi)容不相符，從而引發(fā)頂板事故。當(dāng)遇到特殊的地質(zhì)構(gòu)造頂板破碎帶，煤礦企業(yè)并沒有有效的研究構(gòu)造帶頂板破損的原因，依然需要選擇傳統(tǒng)的錯桿支護(hù)方式，但是沒有選擇科學(xué)、合理的支護(hù)方式。

2.5 頂板事故的形成過程研究

在開展煤礦開采工作中，開采工作人員需要進(jìn)入地下環(huán)境展開施工工作，而礦洞上方的巖石層會受到一定壓力的沖擊，另外，煤礦的挖掘?qū)е碌貙拥姆€(wěn)定性被影響，而礦山受力作用的并不均勻。而掏空的煤洞也會受到周圍作用力的沖擊，這種壓力會作用到巷道和頂板上，從上文也可得知，壓力過大，就會導(dǎo)致頂板沉降、片幫的情況發(fā)生，甚至還有可能會出現(xiàn)底鼓、冒頂、斷梁和巷道被壓斷的情況。因此，礦井區(qū)域的地質(zhì)情況、頂板的狀況、支架的設(shè)置等都會對施工工作的安全性造成影響。

3 煤礦頂板事故安全控制的措施

3.1 加強對煤礦頂板事故的關(guān)注度

煤礦頂板事故發(fā)生的原因是多種多樣的，目前頂板事故的出現(xiàn)也具有一定的普遍性，煤礦頂板事故發(fā)生率也在各種煤礦事故中占有較大的比例，而大多數(shù)企業(yè)和管理人員對此項事故發(fā)生的原因和防治工作并不重視，對此，應(yīng)該加強管理人員對頂板事故原因的研究和了解，積極落實防范頂板的措施，有效的采用開采技術(shù)和優(yōu)化開采方式，增加對事故預(yù)防工作的資金和人力投入，加強安全隱患檢測的程度，最大程度上消除開采工作中存在的風(fēng)險隱患。

3.2 落實頂板管理和工作人員的培訓(xùn)工作

提高煤礦井下頂板事故防范工作的質(zhì)量，有效推進(jìn)管理工作責(zé)任制的執(zhí)行，若要使各項制度得到有效落實，就應(yīng)該禁止施工人員和管理人員不按照規(guī)定進(jìn)行開采工作以及相關(guān)管理工作，對煤礦工程的所有工作人員進(jìn)行行為規(guī)范。對于管理人員，應(yīng)該要求其履行自身職責(zé)，提高頂板安全管理工作的質(zhì)量，密切關(guān)注安全技術(shù)應(yīng)用的情況，建設(shè)好控制頂板事故的重要防線，充分落實日常管理工作內(nèi)容，消除施工工作中存在的風(fēng)險。提高工作人員職業(yè)素養(yǎng)和支護(hù)維修技術(shù)水準(zhǔn)，提升工作人員的事故防范觀念，加強其在支護(hù)、回柱等工作中的規(guī)范度，并提高對維修人員的要求，培養(yǎng)其隱患辨別意識。

3.3 設(shè)置危險區(qū)域監(jiān)督警告

在一些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的危險工作區(qū)，應(yīng)該設(shè)定檢測部門，主要就圍巖形變、支護(hù)受力和頂板離層等內(nèi)容展開監(jiān)控和檢測，根據(jù)移動和應(yīng)力的實際變化，計算頂板事故出現(xiàn)的可能性，而且應(yīng)該設(shè)置預(yù)警準(zhǔn)備，在達(dá)到預(yù)警限度時及時發(fā)出警報，在收到警報信息時，應(yīng)該借助檢查支架工作作用力、以及對初撐力、循環(huán)未阻力等展開檢查，計算支架保壓可能性、安全閥正常啟動的可能性等，確認(rèn)支架的實際狀況，以有效的落實防范工作，避免冒頂、壓架等事故的出現(xiàn)。

3.4 完善施工方案

施工開采工作是否落實到位，與頂板事故出現(xiàn)的可能性有著較大的聯(lián)系，所以應(yīng)該在開采之前考慮各種影響因素，以此來對開采計劃進(jìn)行完善，從而精確的對地質(zhì)狀態(tài)的變化和支護(hù)作用失效等情況進(jìn)行處理。結(jié)合開采工作實施的要求和頂板安全等級檢測的情況，優(yōu)化和改善施工方案，防止頂板事故的出現(xiàn)。比如：通過開采區(qū)域相關(guān)工作的安排，防止應(yīng)力聚集或動壓疊加的情況發(fā)生，從而加強支護(hù)處理的合理性和可靠性，而且應(yīng)該根據(jù)異常區(qū)域的頂板事故的實際設(shè)計監(jiān)察和預(yù)測措施，并確保措施的有效性。

3.5 了解施工區(qū)域地質(zhì)信息

在進(jìn)行煤礦開采工作之前，應(yīng)該掌握開采地區(qū)的地質(zhì)情況、圍巖壓力和施工區(qū)域安排等內(nèi)容，對于煤層的賦存、地質(zhì)成分和頂板巖石性質(zhì)等信息應(yīng)該利用物探、鉆探等方法收集。此類地質(zhì)信息對于頂板安全控制工作十分重要，它是煤礦工程正常進(jìn)行的關(guān)鍵，煤礦開采工作不能只根據(jù)經(jīng)驗展開，還應(yīng)該借助合理的方法勘察地質(zhì)情況，通過地質(zhì)信息研究應(yīng)力的作用范圍，從而更好的進(jìn)行支護(hù)設(shè)計工作。

3.6 優(yōu)化管理制度

對管理制度進(jìn)行優(yōu)化和改善是頂板安全控制工作的重點，盡管礦井中的狀況是復(fù)雜的，且無法預(yù)測，但是，頂板事故的發(fā)生可以查找到規(guī)律，應(yīng)該通過規(guī)律和實際生產(chǎn)工作的規(guī)定對管理制度進(jìn)行調(diào)整：①落實對管理人員和施工人員的培訓(xùn)工作。煤礦企業(yè)應(yīng)該通過各種渠道獲取近些年來頂板事故的相關(guān)數(shù)據(jù)，對以往事故進(jìn)行研究，從中得到管理經(jīng)驗，而且要加強管理人員和施工人員的協(xié)調(diào)合作，引導(dǎo)施工人員掌握更多的事故方面的知識，并落實事故防控能力考核。②落實對頂板事故的動態(tài)管理工作。嚴(yán)格根據(jù)施工規(guī)定落實施工方案，明確施工目標(biāo)、正確采用支護(hù)形式，購買合格材料，并要保證設(shè)備調(diào)試完成。在開采過程中，應(yīng)該按照管理人員的部署，加強對頂板的管控、定期檢測、以及履行工作人員的職責(zé)，構(gòu)成一個精密的頂板管理機制，優(yōu)化對頂板施工作業(yè)的動態(tài)化管理。在施工過程中應(yīng)該落實質(zhì)量檢查工作，若出現(xiàn)質(zhì)量不合格的問題，應(yīng)該及時暫停工作，同時要查找負(fù)責(zé)相關(guān)工作的人員，并加強工作人員的責(zé)任意識。③設(shè)置安全管理機構(gòu)，落實煤礦開采工作中的監(jiān)督工作和質(zhì)量控制工作，并規(guī)范工作人員在頂板施工中的各項操作，管理工作者應(yīng)該做到實時的監(jiān)控，若檢查出隱患問題，就應(yīng)該及時、合理的應(yīng)對。頂板檢查的各類工作內(nèi)容包括：頂板等級的標(biāo)準(zhǔn)化、頂板狀況是否出現(xiàn)異常以及頂板施工的安全性是否達(dá)標(biāo)。

3.7 落實日常安全管理工作

落實頂板施工的日常管理工作，此項工作的關(guān)鍵內(nèi)容包括支護(hù)密度的合理性、控頂形式、正常合理的規(guī)劃采煤工作，并要控制好支護(hù)裝置的安設(shè)效果，最大程度上降低冒頂事故發(fā)生的可能性。主要的措施包括：①結(jié)合頂板巖層的特性、采礦時間和前后頂?shù)淖兓闆r來選擇支護(hù)密度和控頂形式。②在設(shè)定開采和控頂之間的定時關(guān)系時，應(yīng)該最大程度上減小采煤、回柱放頂?shù)拈g隔，并提高開采工作的效率。一些開采區(qū)域的來壓情況較為突出，這需要在來壓的過程中設(shè)置相應(yīng)的定時設(shè)置，對于控頂關(guān)系的設(shè)置，在來壓前要控制好開采工作和放頂工作的先后順序，在來壓后，應(yīng)該保證開采和放頂之間距離的最小化。在開采工作中，應(yīng)該提高施工工作的監(jiān)督管理工作質(zhì)量，規(guī)范施工人員的行為，結(jié)合實際狀況落實開采作業(yè)，以提高頂板的安全性。

3.8 升級管理技術(shù)和機械設(shè)施

煤礦企業(yè)生產(chǎn)工作應(yīng)該依靠更加智能的機械裝置和高效施工技術(shù)來進(jìn)行，同時技術(shù)應(yīng)用應(yīng)該根據(jù)煤礦開采情況進(jìn)行，構(gòu)建可靠的、有效的管理體系。對技術(shù)和裝置進(jìn)行升級和優(yōu)化后，應(yīng)該引導(dǎo)工作人員學(xué)習(xí)這些新型的技術(shù)和設(shè)備使用使工作人員能夠切實了解設(shè)備和技術(shù)的特點和應(yīng)用。另外，礦井開采、挖掘和支護(hù)形式需要考慮礦井的具體狀況，設(shè)計可行的施工措施，同時要規(guī)范生產(chǎn)質(zhì)量要求，充分發(fā)揮技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勢。

4 結(jié)語

總而言之，煤礦頂板事故既可能會影響開采工作的進(jìn)度，還會對礦井內(nèi)的其他類型作業(yè)造成極大的危害。頂板事故的出現(xiàn)往往會阻礙煤礦工作的正常開展，而且也導(dǎo)致工作人員的生命安全無法得到保障，降低了國家的經(jīng)濟效益。為了有效的落實頂板事故預(yù)防工作。應(yīng)該掌握事故出現(xiàn)的原因，加強企業(yè)和工作人員對事故預(yù)防工作的關(guān)注度，落實管理人員和施工人員的培訓(xùn)工作，設(shè)置危險情況警報，并對施工計劃進(jìn)行優(yōu)化，完善安全管理體系，根據(jù)具體施工狀況對開采計劃和安全管理措施進(jìn)行改進(jìn)，從而保證煤礦生產(chǎn)工作的安全性。