同煤集團煤礦頂板事故分析與防治

董 永

(大同煤礦集團有限責任公司 安全管理監察局，山西 大同 037003)

在同煤集團歷年生產安全事故中，礦井頂板事故約占礦井全部事故的46.20%，事故死亡人數約占總事故死亡人數的36.11%，事故的起數比例居各類事故首位，事故造成的死亡人數也居首位。因此，同煤集團煤礦安全生產風險中，頂板是安全生產的主要危險、有害因素之一。通過對同煤集團頂板事故的特點和歷年頂板事故的分析，筆者認為，加強礦井作業現場管理，落實好安全技術組織措施是預防頂板事故，確保礦井生產安全的關鍵。

1 同煤集團礦井頂板事故的主要形式及危害

1.1 地質條件特征

同煤集團大部分煤礦處在山區，煤礦分布從山西的北部到西南部，所采區域有大同煤田、寧武煤田、霍西煤田、河東煤田等，含煤地層有侏羅系大同組、二疊系山西組、石炭系太原組煤層。大同組煤系有頂板、底板及煤層“三硬”特點，屬中厚煤層居多，多采用一次采全高開采。而山西組和太原組煤系的頂板、底板及煤層相對較軟或遇水易軟化，開采易冒落，煤層較厚，多采用放頂煤開采。

1.2 頂板事故的主要形式及危害

頂板災害形式有以下幾種:

1)片幫傷人事故。

在礦井開拓和開采過程中，受采動影響，煤壁受壓下會發生片幫事故，致使人員生命財產遭受損失。如2012 年3 月3 日，大同地煤東周窯煤礦在13－2#層402 盤區2218 巷(進風巷)距工作面16 m 處超前支護段，發生一起片幫傷人事故，導致1 人死亡。

2)偽頂塌落事故。

大同地區礦井采掘面老頂多為砂巖、粉砂巖，膠結致密，穩定性好;直接頂以砂質泥巖與細砂巖為主，含較多黃鐵礦，性較硬，較穩定。而常有1 層泥質結構的偽頂，在支護不到位情況下極易塌落。如2009年8 月13 日，大同煤礦集團大同地煤青磁窯煤礦11#層303 盤區集中回風巷掘進工作面發生一起頂板事故，造成2 人死亡。

3)直接頂冒落事故。

個別井田由于上覆頂板偽頂為泥質頁巖，直接頂為炭質頁巖，當頂板節理裂隙發育而且破碎，礦壓顯現時破碎頂板突然冒落，導致事故發生。如2007 年9 月5 日，大同煤礦集團軒崗煤電有限責任公司劉家梁煤礦213 區西翼2136－1 工作面發生一起頂板事故，造成7 人死亡。

4)頂煤冒落事故。

大同煤田石炭二迭紀的煤層中有不同程度的夾矸，頂底板巖性及夾矸巖性多為泥巖、炭質泥巖、砂質泥巖，部分煤層中有煌斑巖侵入體。煤層受煌斑巖侵入，受熱變質或硅化，開采過程一般不需強制放頂，受到采動、應力集中或爆破等影響，頂板易冒落。如2005 年3 月28 日，大同煤礦集團有限責任公司同煤大唐有限公司塔山基建井1070 輔助運輸巷在掘進工作中發生頂板事故，11 人死亡。

在同煤集團煤礦頂板事故中，偽頂塌落事故占頂板事故的87.1%，偽頂塌落事故導致傷亡人數占頂板事故總傷亡人數的85.6%.因此，造成人員傷亡和財產損失的主要是偽頂塌落事故。偽頂常表現為表面完整，而內部結構可能錯綜復雜的假象，這種表面假象嚴重威脅礦井的安全生產。

2 事故主要原因分析

2.1 事故原因分析

1)采掘布置不合理，采區布置與工作面開采不能做到有序推進后退式開采。

2)支護設計不合理，如大斷面掘進巷道缺角錨桿設計，采煤工作面兩回采巷超前支護距離、數量設計不合理。

3)條件發生變化時，不能及時調整采掘工程支護設計方案。

4)采掘過程中過老巷、煤柱及遇到斷層、陷落柱等地質構造相應的安全技術措施不到位。

5)采掘過程違章作業，不嚴格執行敲幫問頂制度，未按照作業規程規定認真檢查頂板情況和支設臨時支柱。

6)頂板離層監測設計不合理或未按設計進行頂板離層監測。

7)培訓不到位，沒有及時發現冒頂征兆。

8)發現冒頂征兆沒有及時采取防范措施或沒有及時撤離。

9)懸板尺寸大于規定尺寸未及時放頂。

10)違章超控頂距作業，或空頂作業。

11)支護質量差，如支護初撐力不足，木支柱未支在實底上等。

以上這些危險、有害因素的存在與出現，就有可能造成片幫、局部頂板冒落、大面積頂板冒落和人員、財產的重大損失。

2.2 礦井頂板事故樹圖

事故樹分析:

受采掘影響，頂板穩定性發生變化和未及時支護等可能會造成采掘工作中突然發生頂板傷人事故，因此，采用事故樹分析的方法對其發生的可能途徑和應采取的措施進行分析，見圖1.

根據圖1 的事故樹進行定性分析，運用布爾代數 法則，得到事故樹的結構函數:

T=A1·A2

T=(A3+A4)·(X25+X26+X27)

T=A5·A6·(X25+X26+X27)+(A9+A10)·(X25+X26+X27)

T=A5·(A7+A8)·(X25+X26+X27)+(A9+A10)·(X25+X26+X27)

T=(X1+X2+…+X5)·(X6+X7+… +X14)·(X25+X26+X27)+(X15+X16+X17)·(X25+X26+X27)+A11·X24·(X25+X26+X27)

T=(X1+X2+…+X5)·(X6+X7+…+X14)·(X25+X26+X27)+(X15+X16+X17)·(X25+X26+X27)+(X18+X19+…+X23)·X24·(X25+X26+X27)

T=X1X6X25+…+X15X25+…+X18X24X25+…+X23X24X27

從簡化的事故樹的結構函數中可得到162 個最小割集:

K1={X1，X6，X25}

…

K46={X15，X25}

…

K49={X18，X24，X25}

…

K162={X23，X24，X27}

T=A1·A2

求最小徑集:

T' =A1' +A2'

T' =A3'·A4' +X25'·X26'·X27'

T' =(A5' +A6')·A9'·A10' +X25'·X26'·X27'

T' =(X1'·X2'…·X5' +X6'·X7'…·X14')·(X15'·X16'·X17')·(X18'·X19'…·X23' +X24')+X25'·X26'·X27'

T' =X1'·X2'·X3'·X4'·X5'·X15'·X16'·X17'·X24'+X6'·X7'·X8'·X9'·X10'·X11'·X12'·X13'·X14'·X15'·X16'·X17'·X24' +X1'·X2'·X3'·X4'·X5'·X15'·X16'·X17'·X18'·X19'·X20'·X21'·X22'·X23' +X6'·X7'·X8'·X9'·X10'·X11'·X12'·X13'·X14'·X15'·X16'·X17'·X18'·X19'·X20'·X21'·X22'·X23' +X25'·X26'·X27'

(T')' =(X1'·X2'…·X6' +X7'·X8'…·X23' +X24'·X25'·X26'·X27')'

(T')' = (X1+ X2+ … + X5+ X15+ X16+ X17+X24)·(X6+X7+… +X17+X24)·(X1+X2+… +X5+X15+X16+…+X23)·(X25+X26+X27)

最小徑集:

P1={X1，X2，X3，X4，X5，X15，X16，X17，X24}

P2={X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X24}

P3= {X1，X2，X3，X4，X5，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21，X22，X23}

P4={X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21，X22，X23}

P5={X25，X26，X27}

由頂板傷人事故樹分析可知，有11 個或門，3 個與門，表明大部分單個事件都有輸出，說明礦井采掘工作中發生冒頂片幫造成傷亡的危險性很大。

從最小割集進行分析，由于最小割集有162 個，表明在采掘工作面發生冒頂片幫引發傷亡事故的途徑有162 種，說明發生頂板事故導致傷亡的原因很多且危險性很大。

從最小徑集分析，最小徑集可以找出避免導致頂板事故發生的有效措施。該事故樹有5 個最小徑集，說明有5 類控制礦井采掘工作中發生頂板事故的途徑。通過最小徑集，可以找出安全系統中存在的漏洞，并確定相應的預防措施，控制事故的發生，從而提高系統的安全性。根據同煤集團煤礦的特點及對事故樹分析，發生礦井頂板事故最主要的原因有5 個:1)員工缺乏安全意識和基本知識，不嚴格執行“敲幫問頂”等制度;不按作業規程有關規定進行作業;在井下工作面壓力大可能發生冒頂事故時不及時采取有效安全措施;違章冒險進入危險區作業。2)有關人員對礦井頂底板及煤層情況調查不夠，對其發生的變化掌握不清。3)針對頂板壓力大，應力集中情況，沒有采取有效對策措施或措施不到位。4)現場管理不力，有標準不執行，不支臨時支護，超前支護不到位，空頂作業。5)支護參數選擇不當，對頂板及煤層的結構和各分層的力學性能認識不足。因此，只要控制以上發生頂板事故的5 類主要途徑，發生礦井頂板事故的可能性會降低。

3 防范頂板事故的主要措施

根據歷年事故分析，要防止礦井頂板事故，確保礦井安全生產，主要應采取以下應對措施:

3.1 加強職工安全技術教育培訓

要加強對作業人員頂板管理知識的教育培訓工作，增強防范意識，規范操作行為，嚴格執行規章制度，杜絕一切違章蠻干現象，做到不安全不生產。

3.2 做好采區地質變化情況的預測預報

把好安全技術關是礦井頂板管理工作的基礎。開展頂板觀測、地質預測預報，收集、整理和分析資料，研究處理頂板管理工作中出現的問題，及時解決隱蔽致災因素，完善工作方案。

3.3 制定并落實管理頂板的安全技術措施

在遇過地質構造破碎帶、煤柱、空巷等特殊情況時，要及時編制相應的安全技術措施，并按規定審批，并對措施方案執行情況進行監督。

3.4 保證支護有效到位

頂板管理的重點是支護符合標準，操作過程規范。采掘工作面嚴禁空頂作業，任何情況下都嚴禁在無支護下作業。

3.5 引進先進的頂板管理技術

深層次分析研究頂板及煤層的結構和力學性能，優化工作面支護設計，選擇科學、合理、先進的支護方式，推廣應用先進的頂板管理技術，實現技術進步，安全生產。

3.6 推廣聯合支護手段

頂板破碎時，應根據巷道斷面形狀采用密集支護，如采用錨桿、錨索支護巷道可縮小錨桿、錨索間排距，必要時加金屬網進行聯合支護，或者進一步架設工字鋼棚，拱型巷道可改用U29 鋼棚加強支護。

3.7 采用羅克休固化松軟頂板

煤層松軟時，采用羅克休加固破碎煤柱，提高支撐力，增加頂板穩定性，通過超前加固掘進及回采工作面巷道頂板，防止冒頂。

3.8 做好周期來壓時的支架、支柱管理

綜采工作面在周期來壓時，要強化兩端頭及兩安全出口的超前支護，工作面支架、單體液壓支柱要確保初撐力達到標準，乳化液泵站壓力符合要求。

4 結 語

頂板事故是同煤集團煤礦事故的主要類別之一，其中偽頂塌落事故是頂板事故的主要形式。根據頂板事故的主要形式，采用事故樹分析的方法對事故可能發生的途徑進行了分析，并提出了防范頂板事故的主要措施，以指導實際生產。

［1］ 丁 堯，胡新成，周秀紅，等.煤礦頂板事故的系統安全分析及預防［J］.能源技術與管理，2013(4):121－123.

［2］ 劉玉磊.事故樹分析法在掘進面頂板管理中的新應用［J］.內蒙古煤炭經濟，2013(5):1－2.

［3］ 申廣建，郭 輝.基于中小煤礦頂板事故多發原因及控制措施的分析［J］.硅谷，2014(18):184－185.

［4］ 楊樹千.淺析煤礦礦井頂板事故及其防治措施［J］.中國科技博覽，2012(10):64－64.

［5］ 李繼勇，韓玉林.煤礦井巷壓垮性冒頂的預防及其處理［J］.山西焦煤科技，2010，34(7):7－8.

［6］ 胡立年.煤礦頂板災害預警及防治對策研究［J］.山西焦煤科技，2014(3):52－56.

［7］ 李松波.基于事故樹分析法的礦山巷道頂板錨桿支護危險性評價［J］.科技情報開發與經濟，2011，21(30):163－165.