煤礦頂板事故的原因及安全管理探析

（山西焦煤西山煤電集團公司總調度室 山西 030053）

引言

當前我國很多煤礦所開采的淺部資源已經殆盡，進入到深部開采已經成為必然趨勢，在深部開采過程中，不僅帶來了開采成本的增加，帶來的安全事故發生的概率相對于先前也有了明顯的提升，特別是頂板事故出現的概率相對于先前提升明顯。因此，對煤礦頂板事故的原因及安全管理進行分析有著較為重要的意義。

1.煤礦頂板事故發生的主要原因

(1)工作面工作強度過大，事故發生概率增加

隨著煤礦工作面開采強度的不斷增加，各種類型的大中型設備在采掘工作面得到了較大范圍的應用，特別是很多工作面采用了一些全新的開采技術與工藝，例如，一次采全高的高度已經超過了7m，部分工作面采取了超長推進的長度，長度已經超過了6000m，同時推進的速度也非常快，部分推進速度已經超過了每天30m。隨著這些技術的大量應用，雖然較大的提升了煤礦工作面的開采質量和效率，但是在一定程度上也增加了煤礦工作面頂板出現事故的概率，特別是很多頂板事故開展表現出明顯的超大范圍、超快速度，帶有明顯的動力沖擊問題，部分也將采空區空氣排出，帶來了颶風問題，破壞作用極大。例如，出現了較為明顯的工作面切頂問題，見圖1所示。

圖1 工作面出現切頂問題

(2)對開采設備較為重視，對監測工作較為輕視

雖然我國的煤礦開采工藝水平整體已經達到了相對較高的水平，巷道支護質量和工作面支護效果相對于先前也有了明顯的提升，對頂板事故的發生有著明顯的抑制效果。但是隨著各種類型高強度支護材料、設備的大量使用，在一定程度上導致技術人員思想上出現了麻痹心理，認為在高強度的支護作用下，頂板事故發生的概率會明顯的下降，導致對礦壓監測工作不夠重視。從實際情況來看，通過提升支護強度的方式，能夠提升頂板安全性，但是高強度支護僅僅是其中一個方面，技術人員還需要采取強化管理、分析數據及礦壓監測等方式，更好保證工作面安全性。例如，部分綜采工作面，支架所能夠提供的支護阻力已經超過了1.5萬kN，但是從工作面實際情況來看，所能夠提供的初撐力非常少，特別是出現了前后柱受力不夠均勻的問題，最終工作面出現了較多的頂板冒落問題。

2.煤礦頂板事故安全管理措施

(1)全面掌握頂板控制對象特點，精確評價頂板危險性

在開采之前，技術人員應當對采掘工作面煤層地質條件進行全面分析，精準把控采掘工作面頂板安全性，提前確定出工作面頂板危險區域。首先，對開采條件進行全面了解，例如，水文情況、煤層傾角、巖層傾角及厚度等條件，進行全面掌握，可采取煤巖體物理力學性能測試、煤巖體沖擊傾向性測試、地應力測量等方式，對開采情況提前掌握。其次，技術人員可選擇使用地面三位地震探測方式對井下地質開展精細化勘探，特別是對采掘工作面的地質構造應當進行超前探測，確保在采掘工作開展之前，全面掌握采掘區域內地質構造情況。若煤礦條件允許，也可以采用地震CT的方法對應力異常區開展探測。此外，技術人員可根據提前掌握的相關地質參數，采取理論分析或者數值模擬等方式對礦壓顯現的強度進行提前的預測與掌握，結合提前掌握的應力異常區、構造異常區等對頂板災害出現的概率及危險性進行研判，重點將采掘過程中可能出現的壓架、切頂、冒頂及片幫等情況全面掌握，存在突出危險的礦井，還需要將沖擊地壓危險性提前研判出來，科學劃分出采掘工作危險區域。

(2)優化設計措施，嚴防頂板事故發生

煤礦頂板事故的發生，受到煤層賦存條件的影響較大，同時也與采掘工作中采取的支護技術、隱伏構造等有著直接的關系。大量煤礦頂板事故表明，出現的煤礦頂板災害事故，與煤礦采掘工作面臨的地質條件出現了突然的變化或者支護體出現了支護失效有著直接的關系。所以，應當全面了解掌握采掘工作面面臨的實際開采條件，充分結合頂板安全性評價結果，對頂板采取的支護措施進行全面優化，降低頂板災害發生的概率。例如，可對采掘接替、采區布置等情況進行全面優化，防止出現動壓疊加或者應力疊加的問題，科學確定出支護強度、支護方式。此外，在進行具體設計時，對存在危險的區域，提前制定出頂板事故防治預案，并開展針對性的頂板災害監測方案。

(3)開展頂板災害危險區域實時預警和監測

針對當前煤礦企業面臨的各種類型的頂板事故，全面做好對頂板災害的提前預警工作非常關鍵。在具體實施中，技術人員可采取設置測站的方式對采掘區域內頂板支護體受力情況、頂板出現的離層情況及頂板范圍內圍巖變形情況進行全面的分析，充分考慮應力、位移及兩者之間的變化情況，在達到了預警的數值時，及時發出警報。對頂板的預警，技術人員可通過監測來壓步距、循環末阻力、支架初撐力等方面進行全面的測算。同時，對安全閥的開啟率、初撐力合格率、支架保壓概率等方面進行全面的分析研判，及時掌握支架工作狀態，嚴防出現倒架事故，特別是對冒頂片幫事故等也需要嚴格防治。在對頂板災害進行預警之前，可通過對錨索、錨桿受力狀態進行檢測，或者采取鉆孔壓力分析、頂板離層分析、兩幫位移分析等方式，對鉆孔應力的增長情況、支護體壓力的增長情況等進行全面的分析，將巷道監測區域內應力出現的集中情況精準確定。在綜合考慮兩幫變形、頂板離層問題、支護體受力等極限數值的基礎上，確定出預警的閾值，從而第一時間掌握巷道支護體的受力狀態，精準掌握巷道圍巖變形情況，從而精準實現對可能發生的頂板事故進行及時全面預警。

(4)對頂板安全管理體系進行完善

大量實踐表明，在頂板管理過程中，選擇使用PDCA循環管理模式，對于提升頂板管理效果，降低頂板事故發生有著非常明顯的作用。具體見圖2所示。首先，結合煤礦頂板的實際情況，開展體系策劃，主要是確定出煤礦頂板管理目標、安全方針等，制定出相關的作業規程。然后采取“體系實施”的方式，結合采掘工作的實際生產條件，設計出具體的方式方法，然后根據具體的布局與設計，將具體的管理方式融入到具體的操控環節中，推動體系策劃安全目標的全面實現。第三是開展“體系檢查”，對整個具體計劃執行的結果進行總結分析，找出其中的問題，對取得的成功經驗進行提煉，對沒有較好解決的問題，提交給下個循環進行解決。

圖2 煤礦頂板PDCA安全管理體系

(5)及時采取措施對頂板災害危險區域進行解危

可從危險區域內頂板災害預警與實際監測的結果，采取針對性的解危措施。例如，若出現了因為支架初撐力不足而導致的片幫冒頂事故時，技術人員應當及時采取措施提升支架的初撐力。若出現了由于支架支撐力偏低而導致出現了壓架冒頂事故，則技術人員應當對支架液壓系統進行全面重點檢修，防治閥門或者管路有滴漏問題發生。若出現了安全閥長期開啟的問題，則技術人員應當提升支架支護的強度，同時對于采掘工作推進的速度應適當提升。此外，若遇到的頂板較為堅硬，技術人員還應對頂板采取弱化措施，最大限度的降低來壓步距。若遇到的頂板較為破碎，或者采掘工作面處于構造區域內，技術人員應當提前采取針對性的頂板加固措施。若巷道屬于沖擊地壓巷道，技術人員不僅要對危險區域采取針對性的卸壓措施，還應當針對性的進行支護強化，全面做好現場施工技術人員的防護措施。若處于急傾斜工作面，還應當采取設置擋矸板、掛網等方式，防治出現飛石傷人的問題。

3.結束語

綜上分析，當前很多煤礦企業仍舊面臨著較為嚴峻的頂板事故威脅，給煤礦生產的安全性帶來了較大的挑戰，同時，從當前煤礦出現的頂板事故來看，導致頂板事故出現的原因也相對較多，因此，這就需要煤礦企業充分認識到做好頂板事故防治的重要性，充分結合煤礦生產形勢，采取針對性的措施，全面提升煤礦頂板事故防治效果，更好推動煤礦企業安全可持續發展。