煤礦頂板事故風(fēng)險(xiǎn)管理體系應(yīng)用研究

齊俊杰

（國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭有限責(zé)任公司開拓準(zhǔn)備中心，陜西 神木 719300）

煤礦安全是煤礦開采過程中需要首先解決的問題。煤礦開采過程中原始地層的平衡性遭到破壞，導(dǎo)致安全事故時(shí)有發(fā)生。在煤礦安全事故中，頂板事故的發(fā)生次數(shù)位于煤礦六大事故的首位。因此，預(yù)防煤礦頂板事故是煤礦安全工作的主要內(nèi)容之一，其關(guān)鍵在于對(duì)工作面的頂板進(jìn)行管理。

一、我國(guó)煤礦頂板事故發(fā)生的特點(diǎn)

我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)事故和頂板事故發(fā)生的次數(shù)和死亡的人數(shù)已經(jīng)達(dá)到同步下降，對(duì)于安全生產(chǎn)的狀態(tài)在不斷鞏固，對(duì)于安全生產(chǎn)管理工作有了很大的加強(qiáng)，但仍然不能夠放松警惕，對(duì)于安全事件的防范是一件非常重要的事情。2.對(duì)于巷道施工地質(zhì)條件的調(diào)查有所缺失，而導(dǎo)致巷道支護(hù)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)不合理的現(xiàn)象發(fā)生，在設(shè)計(jì)的過程中缺少針對(duì)性，臨時(shí)的支護(hù)沒有起到有效的作用，再加上在進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)的過程中不夠及時(shí)，空頂作業(yè)會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生，占的比重較大。3.一些煤礦企業(yè)為了推進(jìn)作業(yè)進(jìn)度、趕任務(wù)，使得采掘出現(xiàn)了失調(diào)的問題，在進(jìn)行掘進(jìn)的過程中，若是發(fā)生港道失修而發(fā)生變形時(shí)，就需要采用前掘后修的方式來進(jìn)行平行作業(yè)，這樣會(huì)使得掘進(jìn)工作面以及港到維修地點(diǎn)的頂板事故發(fā)生的頻率大大增加。

二、造成煤礦頂板事故的原因

（一）地質(zhì)因素影響

煤礦挖掘工作很難確定地質(zhì)構(gòu)成，尤其是某些特殊地點(diǎn)，很容易對(duì)頂板產(chǎn)生壓力，造成破壞或斷層現(xiàn)象。當(dāng)?shù)孛鏉穸冗_(dá)到一定程度時(shí)，很容易在斷離層發(fā)生斷裂。尤其是遇到大水時(shí)，因?yàn)檐浕鹛鹿?。在下盤礦體進(jìn)行連接時(shí)，也容易發(fā)生裂縫問題。如果其表面結(jié)構(gòu)存在泥質(zhì)，就無法發(fā)揮良好的穩(wěn)定作用，容易出現(xiàn)破碎圍巖的情況。這些不利的地質(zhì)條件，都對(duì)煤礦頂板的安全穩(wěn)定產(chǎn)生了影響。

（二）采掘區(qū)域圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試與評(píng)估不健全

為了能夠更好地對(duì)頂板災(zāi)害進(jìn)行防治工作，其最重要的前提條件是要對(duì)采掘區(qū)域圍巖地質(zhì)力學(xué)特性進(jìn)行一定的掌握，要對(duì)圍巖變形破壞特性進(jìn)行一定的了解，并采取針對(duì)性的控制措施來進(jìn)行解決。目前一些礦區(qū)對(duì)于采掘區(qū)域全范圍全服務(wù)周期、動(dòng)態(tài)圍巖地質(zhì)力學(xué)性能缺乏有效地進(jìn)行探測(cè)以及評(píng)估和跟蹤，這些都是頂板災(zāi)害發(fā)生的重要因素。

（三）安全管理不規(guī)范

我國(guó)很多煤礦企業(yè)在開采過程中，安全技術(shù)管理不合理，尤其是安全保障制度不規(guī)范。很多工作人員自身技術(shù)性不強(qiáng)，不了解施工流程，給冒頂事故的發(fā)生埋下了很大的隱患。有些企業(yè)甚至違規(guī)開采，產(chǎn)生了很大的不確定性因素，開采過程管理相對(duì)松散，沒有嚴(yán)格的監(jiān)督機(jī)制，很容易引發(fā)安全事故，造成重大傷亡。

（四）巖體抗拉強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)

對(duì)開采地區(qū)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，要對(duì)巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量。如果巖體抗拉強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，將會(huì)出現(xiàn)極大的問題。巖體抗拉強(qiáng)度是頂板自拱形成的條件之一，如果其面積和結(jié)構(gòu)不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)使巖體抗拉強(qiáng)度無法達(dá)到頂板的承重要求，巖體的支撐結(jié)構(gòu)無法發(fā)揮承重作用，導(dǎo)致脫落，產(chǎn)生極大的安全威脅。

（五）礦山壓力顯現(xiàn)劇烈的原因

礦山壓力顯現(xiàn)劇烈是工作面回采過程中經(jīng)常遇到的，其主要表現(xiàn)是液壓支架被壓死或壓壞。其多是由于在選擇液壓支架時(shí)沒有注意到其性能或其工作阻力不夠。這種情況多發(fā)生在工作面兩端的端頭支護(hù)處，雖然不會(huì)引起嚴(yán)重的安全事故，但是會(huì)影響工作面的回采效率。此外，在進(jìn)行孤島工作面開采時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。值得注意的是，當(dāng)煤層底板比較軟時(shí)，工作面的液壓支架容易下陷，這時(shí)也會(huì)出現(xiàn)煤層頂?shù)装逡平觿〉膯栴}。

（六）工作面布置不合理

煤礦普遍存在于地下，以前的技術(shù)條件相對(duì)比較低下，煤礦的地質(zhì)資料不能進(jìn)行全面的掌握，綜采的工作面得不到科學(xué)的布置，在進(jìn)行煤礦開采與掘進(jìn)當(dāng)中，將原有煤礦層的壓力平衡狀態(tài)破壞了，從而使得煤礦頂板壓力受力不均，在回采工作面以及四周的巖體上也會(huì)受到不均勻壓力的作用。如果壓力超出一定的范圍，高于巷道或頂板的支撐力，輕微情況下會(huì)有頂板下沉的現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重情況下就會(huì)有頂板塌落、陷落柱、斷層、巷道壓垮等現(xiàn)象的發(fā)生，增加了煤礦開采安全事故的發(fā)生率，此外，在綜采作業(yè)進(jìn)行期間，還會(huì)對(duì)上覆巖層中隔水層的性能帶來損壞或影響，進(jìn)而在作業(yè)期間導(dǎo)致工作面中有水涌入，甚至完全淹沒在水中。

三、煤礦頂板事故的防控防范的主要措施

（一）加強(qiáng)地質(zhì)勘探

很多情況下，煤礦頂板事故的發(fā)生與煤層的地質(zhì)構(gòu)造存在很大的關(guān)系。在一些地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域，巖體通常比較破碎，例如陷落柱、斷層等。在這些區(qū)域進(jìn)行開采時(shí)，很容易發(fā)生冒頂事故。對(duì)于巖體破碎區(qū)域，可通過地質(zhì)勘探來發(fā)現(xiàn)。雖然在開采前煤礦已對(duì)開采區(qū)域的煤層地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行了詳細(xì)勘探，但是多采用的是鉆探方式，很難勘探到一些巖層破碎區(qū)域。為此，在煤層開采前還需要采用一些物探方法加強(qiáng)勘探，特別是工作面中存在的一些孔洞、破碎區(qū)域。在確定有破碎區(qū)存在后，需要采用鉆探的方式估算破碎區(qū)域或孔洞區(qū)域的范圍，從而做好開采的安全措施。通過加強(qiáng)地質(zhì)勘探，就能大幅度減少煤礦頂板事故的發(fā)生。當(dāng)通過這些區(qū)域時(shí)，可在液壓支架上方鋪設(shè)1 層金屬網(wǎng)，這樣就能有效控制頂板破碎引起的冒頂事故。

（二）科學(xué)進(jìn)行工作面的布置

在設(shè)計(jì)礦面頂板的時(shí)候，要進(jìn)行全方面因素的考慮，并對(duì)整體的具體情況進(jìn)行有效綜合，進(jìn)而對(duì)礦面頂板進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于地區(qū)不同礦區(qū)的地理位置也不完全相同，這個(gè)時(shí)候每個(gè)礦層也會(huì)有不同的具體情況，存在一定的差異，為了能根據(jù)不同礦面的頂板而進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，要對(duì)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行相關(guān)考察，同時(shí)在進(jìn)行施工當(dāng)中，礦山的巖層也要進(jìn)行特別注意，避免出現(xiàn)山體坍塌等一些自然災(zāi)害，在施工過程中對(duì)于事先制定好的工作計(jì)劃要嚴(yán)格執(zhí)行，同時(shí)做好安全措施，整個(gè)施工中都要把安全放在首位，在進(jìn)行整體的礦面布置時(shí)，安全逃生通道是首先要預(yù)留出來的，同時(shí)還要進(jìn)行通風(fēng)口的保留，防止出現(xiàn)有害氣體的泄露而威脅到工作人員的生命安全，通常情況下，要具備相關(guān)人員的指導(dǎo)以及有經(jīng)驗(yàn)的工人所描述的具體方法，通過兩者結(jié)合進(jìn)行施工。另一方面，科學(xué)合理的布置整個(gè)礦面，從而有助于后續(xù)工作的順利進(jìn)行。根據(jù)上述方法，使整個(gè)工程的安全性都得到了有效的提高，保證相關(guān)工作人員的生命安全，即使在意外發(fā)生的時(shí)候，工人也能以最快的速度逃生，這種保障技術(shù)被經(jīng)常運(yùn)用到煤礦開采作業(yè)當(dāng)中。

（三）堅(jiān)硬頂板強(qiáng)制放頂

綜采工作面回采時(shí)通常采用垮落法管理頂板，即煤層開采完成后讓采空區(qū)頂板自由垮落填滿采空區(qū)。這種頂板管理方式比較簡(jiǎn)單，成本較低，但存在很大的安全隱患。若頂板長(zhǎng)期懸而不垮積聚大量的彈性能，則很可能誘發(fā)沖擊地壓事故。特別是一些礦區(qū)采用了大采高、放頂煤等采煤方法，導(dǎo)致頂板積聚的能量顯著增大。因此，需要對(duì)煤層的頂板垮落情況進(jìn)行監(jiān)視。若發(fā)現(xiàn)頂板不易垮落，則應(yīng)采取一些強(qiáng)制措施來放頂，常見的有巖層注水，深孔爆破、水力壓裂等方法。隨著煤礦科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大型切割機(jī)已經(jīng)問世，使得利用機(jī)器設(shè)備來切割煤層頂板成為可能。

（四）加大煤礦頂板管理的資金投入

煤礦企業(yè)需要不斷對(duì)頂板管理進(jìn)行資金的投入，還需要對(duì)頂板管理的一些先進(jìn)的技術(shù)以及設(shè)備進(jìn)行引進(jìn)，要更新觀念，不能夠認(rèn)為引進(jìn)新的設(shè)備就會(huì)導(dǎo)致成本大大增加，減少了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際的工作中，對(duì)于先進(jìn)技術(shù)以及設(shè)備的引進(jìn)能夠有效提升企業(yè)的工作效率，同時(shí)還能夠保障企業(yè)的工作能夠順利有序的進(jìn)行，保證運(yùn)行過程中的安全性，使得煤礦頂板事故的發(fā)生率大大減少。所以，以長(zhǎng)期的目光來進(jìn)行觀察，煤礦企業(yè)的利潤(rùn)也會(huì)逐步的提升。此外，會(huì)大大地優(yōu)化煤礦頂板的管理，使得企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也大大增加。在煤礦頂板管理方面加大資金的投入，采用先進(jìn)的技術(shù)以及設(shè)備能夠大大的促進(jìn)煤礦企業(yè)對(duì)頂板的管理工作。

（五）采掘區(qū)域圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試與評(píng)估

對(duì)采掘區(qū)域圍巖地質(zhì)力學(xué)進(jìn)行測(cè)試以及評(píng)估是作為煤礦開拓部署、巷道布置以及進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)前提條件，同時(shí)也是作為日常頂板災(zāi)害隱患排查的一個(gè)重要基礎(chǔ)。在進(jìn)行巷道掘進(jìn)、維修以及工作面部署的準(zhǔn)備工作時(shí)，需要對(duì)煤礦進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)的測(cè)試，并做好評(píng)估，根據(jù)采用動(dòng)態(tài)評(píng)估的方式來進(jìn)行，注意要覆蓋巷道以及工作面的全生命服務(wù)周期。在進(jìn)行采掘區(qū)域圍巖地質(zhì)力學(xué)的測(cè)試和評(píng)估過程中，首先需要對(duì)采掘區(qū)域煤巖層賦存情況進(jìn)行一定的了解，同時(shí)還需要掌握頂?shù)装鍘r性、地質(zhì)構(gòu)造以及地應(yīng)力，注意對(duì)空間周圍的采動(dòng)情況進(jìn)行采掘，還要要考慮到水、火、瓦斯以及沖擊地壓等因素。在進(jìn)行圍巖地質(zhì)力學(xué)的測(cè)試過程中，需要在井下進(jìn)行工作，它的內(nèi)容包括井下原位地應(yīng)力測(cè)量、圍巖結(jié)構(gòu)觀測(cè)、圍巖強(qiáng)度測(cè)量及采動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)等。

（六）實(shí)行“四類面”工作面管理制度

煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)開采工作面開采作業(yè)的管理，實(shí)行“四類面”工作面管理制度。強(qiáng)調(diào)在開采作業(yè)時(shí)，首先由煤礦開采工作的領(lǐng)導(dǎo)人員進(jìn)行專項(xiàng)任務(wù)布置，保證安全員、技術(shù)員以及開采隊(duì)長(zhǎng)三人全部到位，保證將安全措施有效落實(shí)再進(jìn)行開采，將收尾工作的工作面管理作為重點(diǎn)管理內(nèi)容，在收尾工作時(shí)，安全員要對(duì)工作面的頂板壓力集中和分布情況仔細(xì)觀察，將切頂密柱、從柱以及木垛等具有支護(hù)作用的防護(hù)措施做好，有效防止頂板受壓過大而造成的冒頂事故。

結(jié)束語：最常出現(xiàn)的煤礦安全事故就是由于頂板的問題導(dǎo)致事故，因此，需要對(duì)頂板進(jìn)行有效的管理，才能夠保障煤礦的安全生產(chǎn)。對(duì)此，煤礦企業(yè)要加強(qiáng)重視，在進(jìn)行開采的過程中，要注意分析的合理性，然后再根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)、地質(zhì)條件以及現(xiàn)代的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，按照頂板的特點(diǎn)來制定出一個(gè)較為科學(xué)合理的頂板控制管理方案，要能夠有效地增強(qiáng)對(duì)頂板的管理。有效的維持抗壓，使得工作面的危害大大減少，保障工人能夠有序地進(jìn)行采煤工作。不管是企業(yè)或者是工作人員都需要加強(qiáng)自身的安全防護(hù)意識(shí)，需要在工作之前進(jìn)行防護(hù)方案的制定，這樣能夠有效保障采煤工人的安全，也有利于推進(jìn)我國(guó)煤礦行業(yè)的持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步。