大采高冒頂片幫的危險性分析

吳日明

（山西中新甘莊煤業有限公司，山西 大同 037002）

大采高冒頂片幫的危險性分析

吳日明

（山西中新甘莊煤業有限公司，山西 大同 037002）

趙莊煤礦開采3號煤層采用大采高、煤質松軟、地質構造復雜，工作面煤壁片幫嚴重，頂板多處嚴重漏冒，給煤礦的安全開采構成重大威脅。針對趙莊煤礦實際情況，運用事故樹分析法,對可能引發冒頂片幫事故的因素進行了危險性分析,并提出了相應預防措施。為實現趙莊煤礦安全生產、提高經濟效益和社會效益具有重要現實意義。

大采高；冒頂；片幫；影響因素；危險性分析

趙莊煤礦晉煤集團新建特大型礦井，設計產能600萬t/a，主采3號煤層。工作面采用走向長壁一次采全高，后退式自然垮落綜合機械化采煤法。

由于3號煤層采高大、煤質松軟，斷層、裂隙、節理、褶曲等地質構造發育，且埋藏較深，開采3號煤層難度很大，給工作面的安全開采構成重大威脅。工作面煤壁片幫嚴重，易形成大范圍空頂，加之地質構造發育，頂板極易產生漏冒，進而引起連鎖反應造成垮面。趙莊礦的工作面實踐表明：正?；夭蓵r，片幫達1.5 m左右，來壓期間普遍片幫達2.2 m左右，嚴重時達3m左右。片幫長度大于10m占到總片幫數的20 %以上，最大片幫長度達105m左右；工作面先后出現了多次大面積冒頂，采用“勾頂”、“戧柱拉架”、“強擠硬過”、炮采、人工清煤推溜等方式才通過頂板漏冒區。為此，本文運用事故樹分析法對其冒頂片幫危險性進行分析。

1 煤礦冒頂片幫的主要因素分析

（1）地質因素和煤巖層的性質：3號煤層埋藏較深，煤質松軟而且夾矸；頂板巖層結構復雜，主要由炭質泥巖、砂質泥巖、砂巖組成，局部含煤線；泥巖層層理發育、破碎、強度較低，砂巖層裂隙發育。底板以砂質泥巖為主，層理發育、破碎、強度較低。地質結構復雜和煤層性質，常引起煤壁的冒頂片幫。

（2）采高和礦山壓力的作用：實踐表明，隨著采高的增大，頂板壓力隨之增大；工作面的推進過程中，老頂來壓和周期來壓期間，頂板的壓力大于非來壓期間，隨著煤壁上方壓力的增大，增加了煤體的破碎度，使得煤體強度降低，加劇了煤壁的冒頂和片幫。

（3）人員操作和管理因素：支架初撐力和實際工作阻力不足，使得煤體上覆巖層的支撐力前移，造成工作面煤壁的片幫和架前的冒頂，可能引發事故、危害人員安全。在開采工程中，拉架工人跟不上采煤機的運行速度、造成移架滯后，不能及時打開護幫板、保護新暴露的煤壁，加劇工作面煤壁的片幫。

2 冒頂片幫的事故樹分析

根據表1，并結合大量現場經驗，運用事故樹分析法，編制事故樹（見圖1）。

根據圖1的事故樹分析，用布爾代數法求事故樹的最小割集，結構函數式為：

求得9組最小割集如下：第1組：（X23，X8）；（X23，X9）;(X23，X10)；（X23，X11）;(X23，X12);(X23，X13);(X23，X14);（X23，X15）;(X23，X16);(X23，X17);(X23，X18);(X23，X19);(X23，X20);(X23，X21);(X23，X22)；計15個。第2組：（X24，X8）；（X24，X9）;(X24，X10)；（X24，X11）;(X24，X12);(X24，X13);(X24，X14)（;X24，X15）;(X24，X16);(X24，X17);(X24，X18);(X24，X19);(X24，X20);(X24，X21);(X24，X22)；計15個?！?組：（X31，X8）；（X31，X9）;(X31，X10)；（X31，X11）;(X31，X12);(X31，X13); (X31，X14)（;X31，X15）;(X31，X16);(X31，X17);(X31，X18);(X31，X19); (X31，X20);(X31，X21);(X31，X22)；計15個。以上共9組，每組15個，累計135個。不難看出：導致頂上事件發生的模式有135種，如果要使頂上事件不發生，則要求X1和X2不同時發生，需要控制135個最小割集；因此，該系統發生危險的可能性是很大的。

結構重要度按下式計算：

式中：Xi為第i個基本事件；Kj為第j個最小割集；I(i)為第i個基本事件的結構重要度；nj為第i個基本事件所在Kj中各基本事件總數。得出各事件的結構重要度順序為：I(8)=I(9)=I(10)=I(11)=I(12)=I(13)=I(14)=I(15)=I(16)=I(17)=I(18)=I(19)=I(20)=I(21)=I(22)＞I(23)=I(24)=I(25)=I(26)=I(27)=I(28)=I(28)=I(29)=I(30)=I(31)。

3 結果分析

（1）從冒頂片幫的事故樹圖的構成看，邏輯或門占87.5%，其事故發生的可能性較大，危險性較大。最小割集有135組，其事故發生的途徑就有135種，其事故較容易發生。（2）從格局結構重要度的計算看，X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21、X22對頂事件發生的影響最大，X23、X24、X25、X26、X27、X28、X29、X30、X31對頂事件發生的影響次之。（3）從以上分析知，事故發生是由人的因素、管理因素、環境因素的一種或幾種共同作用的結果。如果管理完善，就會減少工人違章操作，從而減少事故發生；人的因素和管理因素有時又是相互聯系的。

4 防治措施

（1）及時支護：開采工程中，拉架工人要及時支護，提高液壓支架的初撐力，減少工作端面的應力集中；拉架工人必須堅持超前拉架并打出護幫板，要求追及拉架。移架要做到少降、快拉、快升，保證及時支護頂板。（2）加強液壓支架初撐力的管理：按時檢測液壓支架供液管路和密封膠圈，以保證泵站能夠提供支架足夠的初撐力。安設大采高液壓支架初撐力保持閥，使液壓支架實際初撐力達到設計初撐力。要求支架工嚴格按照規范操作，保證升支架的時間，使支架初撐力達到要求。（3）提高圍巖和煤體的強度：趙莊煤礦3305工作面地質構造發育，煤質松軟。當通過地質構造區域時，應提前加固煤壁，以提高煤巖的整體強度。當工作面煤壁出現較大塊度的片幫時，要用瑪麗散或羅克休增加煤巖強度。（4）改進工作面回采工藝和設備操作技術：加快工作面的推進速度，減少煤壁的暴露時間，從而避免或減輕煤壁片幫。當煤壁片幫嚴重時，可適當降低采高，利于減輕片幫。（5）加強安全管理和安全教育：認真落實“安全第一，預防為主”的方針，采取有效措施，治理和控制事故隱患；加強對工人的安全培訓，提高職工素質；并建立健全各種規章制度；加大安全檢查和監督力度。

表1 冒頂片幫的事故樹基本參數表

圖1 冒頂片幫的事故樹圖

5 結束語

趙莊煤礦大采高綜采工作面在開采過程中，由于地質條件復雜、并且煤層較軟，工作面的煤壁片幫嚴重，多數液壓支架處出現嚴重漏冒。如果不采取有效措施，不糾正這些現象，很可能發生冒頂片幫事故。為了避免冒頂片幫事故的發生，必須做好防止片

幫措施、有效控制片幫現象，從而起到預防冒頂事故發生的目的。

[1]劉亞立,陳日輝,馮興隆,等.某礦山冒頂片幫事故的事故樹分析〔J〕.礦業快報,2004(5):27～29.

[2]張景林，崔國璋.安全系統工程[M].北京：煤炭工業出版杜，2002.

Hazard Analysis of Large-mining-height Roof and Sidewall Falling

WU Ri-ming
(Zhongxin Ganzhuang Coal Co.,Datong Shanxi 037002)

In No.3 seam of Zhaozhuang mine,with large-mining-height method,soft coal,and complex geological structure,sidewall falling and roof falling threaten safety mining seriously.For the actual situation, the study examines possible accident factors with fault tress analysis method and proposes corresponding precautions.The study is very important for the mine to realize safety production and to achieve social and economical benefits.

large-mining-height;roof falling;sidewall falling;influence factors;hazard analysis

TD327.2

A

1672-5050（2012）04-0068-03

2011-10-10

吳日明（1968—），男，山西大同人，大學本科，工程師，從事煤礦管理工作。

徐樹文