淺談煤層頂板的安全問題分析

張學(xué)成

蔚州礦業(yè)公司崔家寨礦，河北張家口 075700

1 頂板事故原因與分析

從廣義上看，采礦工作面最易發(fā)生冒頂?shù)氖强拷罕跓o支護(hù)空間區(qū)域，移機(jī)頭機(jī)尾及替換支護(hù)采場(chǎng)兩端及回柱放頂時(shí)，放頂線附近易發(fā)生冒頂。在掘進(jìn)頭泥巷道交叉口處也很容易發(fā)生巷道頂板事故，此外，在地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定處，發(fā)生冒頂事故的可能性也很大。其具體表現(xiàn)在：

1）機(jī)頭機(jī)尾移動(dòng)過程中：在采煤生產(chǎn)時(shí)，機(jī)頭機(jī)尾的移置工作是不可避免的，當(dāng)老支柱需要拆除換上新支柱時(shí)，原來斷裂的頂板有可能產(chǎn)生大的震動(dòng)而松動(dòng)冒落。由于巷道支架的支撐力本來就很小，在與回采工作面相連的一段巷道中，直接頂有時(shí)會(huì)自然下沉松動(dòng)，支架很難阻止。如果直接頂是薄弱巖層時(shí)情況會(huì)更嚴(yán)重導(dǎo)致頂板破碎。這樣伴隨著回采工作面的推進(jìn)，原巷道的支架棚腿也要拆掉一部分，支上新的支架，這樣的變化可能導(dǎo)致破碎頂板冒落；

2）巷道交叉點(diǎn)的施工方法多采用在原巷道側(cè)開幫的方法，這種方法需要設(shè)放大棚子，抬棚等替換原來巷道的棚子，如果開幫處巷道頂部存在與巖體失去聯(lián)系的巖塊，并且圍巖正向巷道擠壓，而新支設(shè)的抬棚強(qiáng)度不夠，或者穩(wěn)定性不夠就會(huì)造成冒頂事故；

3）由于頂板會(huì)隨著時(shí)間的推移慢慢下沉，與放頂線連接處會(huì)形成裂隙，切割頂板形成大塊游離巖塊。這時(shí)如果支架不夠穩(wěn)定，原來的支柱由于旋轉(zhuǎn)有可能倒塌，在回拆最后一根柱子時(shí)最為重要，伴隨著柱子的倒塌頂板出現(xiàn)冒頂事故，工人若沒有及時(shí)的退到安全區(qū)域，后果不堪設(shè)想；

4）從力學(xué)分析：在開始采煤工作之前，地殼各個(gè)系統(tǒng)的受力是均衡的，組成平衡力系。一旦開始挖掘開眼，破壞了巖層的受力平衡狀態(tài)，巖石開始移動(dòng)變形，建立新的平衡力系，頂板上方就會(huì)形成暫時(shí)平衡的巖石松動(dòng)圈，而工作面支架主要支撐的是松動(dòng)圈內(nèi)巖石和煤層重量。一旦工作面放頂開始落煤時(shí)，隨著煤層的減少，空頂范圍會(huì)越來越大，巖層的受力越來越不均衡，支架受到很大的擠壓力，如果沒有采取緊急措施，巖層就會(huì)壓著煤層壓垮支架，導(dǎo)致冒頂事故的發(fā)生。所以，殘采工作面放頂落煤時(shí)，只能放一茬炮，然后將浮煤出空，工作人員要及時(shí)往后退，這是因?yàn)橹苯禹敯逡言獾狡茐?，隨著煤層的垮落直接頂漸漸也會(huì)垮落。有時(shí)頂板巖石不自行垮落，這樣浮煤就不能出空，下次復(fù)采時(shí)，必須留有足夠的煤柱來支承頂板以保障安全。直接頂初次放頂?shù)奶攸c(diǎn)主要是：（1）空頂面積相對(duì)較大，最迎頭的支架承受很大的壓力；（2）初次放頂時(shí)頂板遭到破壞，下次開采頂板再次受到影響，造成頂板迅速的冒頂而且范圍很大；

5）由于原生裂縫、地質(zhì)構(gòu)造和采動(dòng)等原因，靠近煤壁附近的一些煤層的直接頂中，自然形成很多裂縫，漸漸會(huì)形成各種形狀的巖塊，這時(shí)出現(xiàn)冒頂事故的原因是支護(hù)不及時(shí)或放炮崩裂支架。如果老頂來壓，煤幫附近直接頂破碎，煤層本身強(qiáng)度不夠出現(xiàn)片幫，無支護(hù)空間就會(huì)擴(kuò)大，這也容易發(fā)生冒頂事故；

6）在巷道掘進(jìn)工作時(shí)有時(shí)會(huì)掘進(jìn)破巖，頂部的有些巖塊會(huì)與原巖塊失去聯(lián)系，沒有及時(shí)的支護(hù)，這些就會(huì)與巖體完全失去聯(lián)系而冒頂。還有就是掘進(jìn)工作面附近一支護(hù)半邊的頂部掘進(jìn)的破巖，支護(hù)突然失效，冒頂事故也很容易發(fā)生。

2 針對(duì)頂板安全管理的一些措施

對(duì)以上冒頂事故的原因及分析，我們要采取相應(yīng)的措施以減少冒頂事故的發(fā)生，保證開采工作順利進(jìn)行。

一般來說，大多煤礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多樣，煤層的厚度不穩(wěn)定，薄至1m以下，厚至二三十米。而《煤礦安全規(guī)程》第五十條規(guī)定：采煤工作面必須保持兩個(gè)以上暢通的安全出口，一個(gè)通進(jìn)風(fēng)巷，一個(gè)通回風(fēng)巷。開采三角煤、殘留煤柱，不能保持2個(gè)安全出口時(shí)，必須制訂安全措施，報(bào)企業(yè)主要負(fù)責(zé)人審批。所以造成有些煤礦在復(fù)采工作面的生產(chǎn)布局上很難符合要求，即上述規(guī)程規(guī)定的嚴(yán)格意義上的兩個(gè)安全出口生產(chǎn)方式。這樣，按照規(guī)定的“開采三角煤、殘留煤柱，不能保持2個(gè)安全出口時(shí)，必須制訂安全措施，報(bào)企業(yè)主要負(fù)責(zé)人審批”的方式組織生產(chǎn)十分必要。因此，對(duì)頂板進(jìn)行科學(xué)的管理勢(shì)在必行。

2.1 企業(yè)要建立完善的管理制度

1）進(jìn)行集體學(xué)習(xí)培訓(xùn)，查閱近年來發(fā)生的各類頂板事故，進(jìn)行分析，把先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)制成學(xué)習(xí)手冊(cè)，在各基層隊(duì)組下發(fā)來學(xué)習(xí)討論，與此同時(shí)組織現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地的考試員工上崗作業(yè)前必須考試合格；

2）對(duì)工作嚴(yán)格要求：工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要確切，不能馬馬虎虎。要清晰的規(guī)定巷道的支護(hù)方式，各種材料的規(guī)格，對(duì)頂板采取的管理方式，需要輔助的設(shè)備等。在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，進(jìn)行嚴(yán)格的管理質(zhì)量，監(jiān)測(cè)，事故責(zé)任監(jiān)督，對(duì)頂板進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，對(duì)掘金隊(duì)組織胡質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的要嚴(yán)格停止作業(yè)，進(jìn)行學(xué)習(xí)培訓(xùn)。

2.2 對(duì)采掘方法進(jìn)行改進(jìn)，應(yīng)用采礦方法的3個(gè)必要條件

安全上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上先進(jìn)，但安全可靠是首當(dāng)其沖的前提，安全上不可靠的話，其他條件再多么的好也是空談，絕對(duì)不會(huì)成為采煤的好方法。對(duì)空頂?shù)目缍冗M(jìn)行縮小，降低暴露面積，減小頂板暴露相對(duì)跨度，這會(huì)減輕拱頂內(nèi)巖石的重量，進(jìn)而有效的改善頂板的安全管理。

2.3 施工工藝要合理，頂板的破壞度要減少

有時(shí)采煤工程頂板的跨度雖符合規(guī)格，但沒有采用合理的施工工藝或者爆破參數(shù)錯(cuò)誤，對(duì)頂板的破壞力度會(huì)更大，頂板暴露面積也會(huì)增大，對(duì)頂板的安全管理十分不利。采用合理的施工工藝與爆破參數(shù)，對(duì)頂板的爆破震動(dòng)和破壞的減小起很大作用，間接的做到了頂板安全管理。所以，要對(duì)采掘工程進(jìn)行合理的布置，施工要遵守秩序。要充分利用已有的復(fù)采工作面周期來壓多少規(guī)律，采取加強(qiáng)相應(yīng)的支護(hù)措施，礦長(zhǎng)要組織實(shí)施，安監(jiān)部門進(jìn)行監(jiān)督的職責(zé)。對(duì)工作面迎頭與安全出口處要特別加強(qiáng)支護(hù)，頂板事故多發(fā)區(qū)就在這里，這是頂板管理的重中之重。

2.4 預(yù)防為主，加強(qiáng)對(duì)頂板的支護(hù)，支護(hù)質(zhì)量是預(yù)防科學(xué)管理

頂板上有些巖石比較松碎，必對(duì)支護(hù)的要求十分嚴(yán)格，最終保證頂板上安全沒有事故發(fā)生。

3 結(jié)論

健全的管理制度，是科學(xué)管理頂板技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶。結(jié)合礦井綜合情況，頂板安全問題多種多樣，制定頂板管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已十分必要。同時(shí)要深入了解復(fù)采工作面頂板來壓特點(diǎn)和頂板事故原因，完善技術(shù)措施，搞好頂板管理的各項(xiàng)工作，建立健全完整的頂板管理制度，科學(xué)的防止頂板事故的發(fā)生。

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