煤礦頂板事故預防

郭光華

近年來,我國煤礦安全生產(chǎn)形勢持續(xù)好轉(zhuǎn),事故起數(shù)和死亡人數(shù)呈現(xiàn)大幅度下降局面。但值得注意的是,我國煤礦頂板事故時有發(fā)生,安全生產(chǎn)形勢依然嚴峻。

頂板事故主要原因

頂板事故是指在煤礦井下生產(chǎn)過程中,頂板意外冒落造成的人員傷亡、設備損毀、生產(chǎn)終止等事故。

頂板事故相對于煤礦瓦斯爆炸、透水等事故而言,雖然每次死亡人數(shù)比較少,但其事故發(fā)生頻率較高。據(jù)中國煤炭信息研究總院寧宇院長介紹,2001—2006年,煤礦頂板事故起數(shù)占煤礦各類事故總起數(shù)的55%,死亡人數(shù)也占到煤礦總事故死亡人數(shù)的43%。近年來,煤礦頂板事故雖然也在減少,但仍是煤礦主要生產(chǎn)災害之一。

頂板事故多發(fā)生在煤礦掘進工作面及巷道交叉口。巷道發(fā)生冒頂?shù)脑蛑饕?巷道開掘后沒有得到及時支護;巷道頂板圍巖壓力大,支護失效。采場局部冒頂常發(fā)生在上下出口、煤壁線、放頂線、地質(zhì)構造處及采煤工作面附近。其主要原因有:采空區(qū)頂板跨落不好,懸頂面積過大;頂板中存在斷層、裂隙、層理等地質(zhì)構造,將頂板切割成不連續(xù)的巖塊,回柱后巖塊失穩(wěn),推倒支柱造成冒落;回柱操作順序不合理;工作面支護不好,支護密度不夠,初撐力低,迎山角不合理等;在遇見未曾遇見的地質(zhì)構造時,沒及時采取措施;工作面上、下出口連接兩順槽的三角區(qū),控頂面積大;煤壁線附近容易形成“人字”“鍋底”“升斗”等劈理(變形巖石中,使巖石易于沿一定方向劈開而形成無數(shù)薄片的面狀地質(zhì)構造),導致冒落。

山西長平煤業(yè)有限責任公司長平礦就是一個遭受頂板事故威脅的煤礦。長平礦是一個新建的現(xiàn)代化礦井,煤炭賦存條件復雜,井田范圍內(nèi)煤層強度低,節(jié)理、裂隙、斷層、陷落柱等發(fā)育較多,而且盤區(qū)、采面巷道均沿煤層底板掘進(巷道留煤頂),掘進斷面大,支護難度很大。加之礦井采煤方法為綜放開采,工作面頂板管理難度很大,稍有不慎,就有可能造成冒頂事故。因此,自建設及投產(chǎn)以來,長平礦有針對性地加強了對采掘工作面頂板控制技術的研究、分析,并且采取了多種措施來預防冒頂事故。

頂板事故預防措施

為了從設計源頭上保證煤礦巷道支護科學合理、安全可行,長平礦在建井伊始,便積極和有資質(zhì)、有實力、有信譽的科研院所合作,引進了先進的煤巷錨桿支護技術理念及動態(tài)信息設計法,進行煤巷錨桿支護設計。

動態(tài)信息設計法包括試驗點的調(diào)查和地質(zhì)力學評估、煤柱留設、初始設計、綜合監(jiān)測和信息反饋、修正設計和日常監(jiān)測。在詳細調(diào)查試驗點和評估地質(zhì)力學參數(shù)的基礎上,設計人員采用國際先進的有限差分數(shù)值計算程序,同時結(jié)合豐富的設計經(jīng)驗,提出了初始設計。初始設計包括支護形式和參數(shù)、支護材料、井下施工工藝和安全技術措施、礦壓監(jiān)測等內(nèi)容。設計實施后,設計人員及時獲取了礦壓監(jiān)測的驗證數(shù)據(jù),并根據(jù)實際情況及時進行修改。通過嚴格控制設計源頭,保證了設計科學合理,從而促進了掘進工作面的頂板事故控制。

工程質(zhì)量控制是影響到能否管理好工作面頂板的關鍵因素,尤其是掘進工作面錨桿和錨索的排間距、預緊力、錨固力、噴層厚度和強度,綜采工作面的直線度、采高、端面距等指標的控制十分關鍵。

首先,長平礦要求強化全員的工程質(zhì)量意識,加強現(xiàn)場管理力度,嚴格對工程質(zhì)量進行考核,確保各項頂板控制措施能切實落實到現(xiàn)場施工中去。同時,礦里深化了采掘工作面礦壓監(jiān)測,礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)一方面將直接作為修改完善設計的依據(jù),另一方面也反映出了巷道頂板及采煤工作面頂板壓力顯現(xiàn)情況,是生產(chǎn)現(xiàn)場頂板安全狀況的直接體現(xiàn)。礦里將采、掘工作面的礦壓監(jiān)測,作為一項保證頂板安全的重要工作來抓,并要求每一個作業(yè)隊組的礦壓觀測人員決不能對礦壓觀測工作敷衍了事。

其次,長平礦采用各種物探手段,加強了構造探測,以便采掘時有針對性地采取相應的措施。由于長平礦礦井地質(zhì)條件復雜,在采掘前及采掘中要采用三維地震、音頻電透、瞬變電磁、無線電坑透等物探手段,探明相應區(qū)域內(nèi)構造發(fā)育類型、位置、影響范圍等情況。構造探明后,礦里有針對性地采取了應對措施。一是從設計上優(yōu)化工作面的布置,在盡可能少損失資源的前提下繞開大型復雜地質(zhì)構造,以避免構造給頂板安全管理帶來困難。二是在小型復雜地質(zhì)構造中硬過時,提前采取相應措施,包括方案制定、材料準備、調(diào)整銜接等。

長平礦還加強了掘進工作面構造支護技術研究,確保巷道頂板控制安全可靠。在過圍巖較穩(wěn)定的小型復雜地質(zhì)構造時,礦里采取了及時縮小錨桿、錨索排間距或加大錨桿、錨索直徑或長度的方法,實現(xiàn)了頂板的有效控制。在過圍巖不穩(wěn)定、有淋水情況的小型復雜地質(zhì)構造時,礦里以原有錨桿支護為主,采取了套梯形金屬棚來加強支護。此外,在復雜地質(zhì)構造影響區(qū)域較大、有淋水且大斷面的主要巷道中,礦里采用了架拱形棚、噴漿支護的方式管理頂板。在復雜地質(zhì)構造影響區(qū)域較大、圍巖十分穩(wěn)定、淋水較大、且是主要巷道的情況下,礦里采取了打止?jié){墻注漿加固、下管棚臨時支護、架拱形棚支護噴漿封閉的方式管理頂板,必要時采用封閉式拱形支架支護,確保了對圍巖的有效控制。

在此基礎上,長平礦還加強了對回采工作面構造區(qū)域的頂板控制技術研究,確保采煤工作面頂板控制安全可靠。復雜地質(zhì)構造對回采工作面頂板控制影響很大,因此,在布置上必須避免工作面過大型復雜地質(zhì)構造,實施中可以采取“多切眼、刀把式”布置,避開大型復雜地質(zhì)構造。對于回采面推進通過難度不大的構造,則可采取硬過的辦法:根據(jù)現(xiàn)場情況及時縮小端面距、調(diào)整好直線度,超前推溜拉架,必要時上板梁或“工”字鋼、金屬網(wǎng)護頂。在過斷層要托頂煤開采時,必須調(diào)整好支架的仰俯角,同時保證支架接頂嚴密,從而實現(xiàn)對頂板的有效控制。

要搞好頂板安全管理,科學合理設計是基礎,抓好工程質(zhì)量是根本,加強構造探測是保障,加強采掘面過構造技術研究是關鍵。只有科學預測,統(tǒng)籌安排,才能超前防范,防患于未然,從而避免頂板事故。(圖片由余茂君提供)

編輯余茂君