煤礦頂板事故風險管理體系應用研究

齊俊杰

（國家能源集團神東煤炭有限責任公司開拓準備中心，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，導致安全事故時有發生。在煤礦安全事故中，頂板事故的發生次數位于煤礦六大事故的首位。因此，預防煤礦頂板事故是煤礦安全工作的主要內容之一，其關鍵在于對工作面的頂板進行管理。

一、我國煤礦頂板事故發生的特點

我國煤礦安全生產事故和頂板事故發生的次數和死亡的人數已經達到同步下降，對于安全生產的狀態在不斷鞏固，對于安全生產管理工作有了很大的加強，但仍然不能夠放松警惕，對于安全事件的防范是一件非常重要的事情。2.對于巷道施工地質條件的調查有所缺失，而導致巷道支護設計呈現不合理的現象發生，在設計的過程中缺少針對性，臨時的支護沒有起到有效的作用，再加上在進行臨時支護的過程中不夠及時，空頂作業會導致事故的發生，占的比重較大。3.一些煤礦企業為了推進作業進度、趕任務，使得采掘出現了失調的問題，在進行掘進的過程中，若是發生港道失修而發生變形時，就需要采用前掘后修的方式來進行平行作業，這樣會使得掘進工作面以及港到維修地點的頂板事故發生的頻率大大增加。

二、造成煤礦頂板事故的原因

（一）地質因素影響

煤礦挖掘工作很難確定地質構成，尤其是某些特殊地點，很容易對頂板產生壓力，造成破壞或斷層現象。當地面濕度達到一定程度時，很容易在斷離層發生斷裂。尤其是遇到大水時，因為軟化而引起坍塌事故。在下盤礦體進行連接時，也容易發生裂縫問題。如果其表面結構存在泥質，就無法發揮良好的穩定作用，容易出現破碎圍巖的情況。這些不利的地質條件，都對煤礦頂板的安全穩定產生了影響。

（二）采掘區域圍巖地質力學測試與評估不健全

為了能夠更好地對頂板災害進行防治工作，其最重要的前提條件是要對采掘區域圍巖地質力學特性進行一定的掌握，要對圍巖變形破壞特性進行一定的了解，并采取針對性的控制措施來進行解決。目前一些礦區對于采掘區域全范圍全服務周期、動態圍巖地質力學性能缺乏有效地進行探測以及評估和跟蹤，這些都是頂板災害發生的重要因素。

（三）安全管理不規范

我國很多煤礦企業在開采過程中，安全技術管理不合理，尤其是安全保障制度不規范。很多工作人員自身技術性不強，不了解施工流程，給冒頂事故的發生埋下了很大的隱患。有些企業甚至違規開采，產生了很大的不確定性因素，開采過程管理相對松散，沒有嚴格的監督機制，很容易引發安全事故，造成重大傷亡。

（四）巖體抗拉強度不達標

對開采地區進行探測時，要對巖體結構進行詳細測量。如果巖體抗拉強度不達標，將會出現極大的問題。巖體抗拉強度是頂板自拱形成的條件之一，如果其面積和結構不符合相關標準，會使巖體抗拉強度無法達到頂板的承重要求，巖體的支撐結構無法發揮承重作用，導致脫落，產生極大的安全威脅。

（五）礦山壓力顯現劇烈的原因

礦山壓力顯現劇烈是工作面回采過程中經常遇到的，其主要表現是液壓支架被壓死或壓壞。其多是由于在選擇液壓支架時沒有注意到其性能或其工作阻力不夠。這種情況多發生在工作面兩端的端頭支護處，雖然不會引起嚴重的安全事故，但是會影響工作面的回采效率。此外，在進行孤島工作面開采時，也會出現這種現象。值得注意的是，當煤層底板比較軟時，工作面的液壓支架容易下陷，這時也會出現煤層頂底板移近加劇的問題。

（六）工作面布置不合理

煤礦普遍存在于地下，以前的技術條件相對比較低下，煤礦的地質資料不能進行全面的掌握，綜采的工作面得不到科學的布置，在進行煤礦開采與掘進當中，將原有煤礦層的壓力平衡狀態破壞了，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，輕微情況下會有頂板下沉的現象發生，嚴重情況下就會有頂板塌落、陷落柱、斷層、巷道壓垮等現象的發生，增加了煤礦開采安全事故的發生率，此外，在綜采作業進行期間，還會對上覆巖層中隔水層的性能帶來損壞或影響，進而在作業期間導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）加強地質勘探

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

（二）科學進行工作面的布置

在設計礦面頂板的時候，要進行全方面因素的考慮，并對整體的具體情況進行有效綜合，進而對礦面頂板進行設計，由于地區不同礦區的地理位置也不完全相同，這個時候每個礦層也會有不同的具體情況，存在一定的差異，為了能根據不同礦面的頂板而進行有針對性的設計，要對當地實際情況進行相關考察，同時在進行施工當中，礦山的巖層也要進行特別注意，避免出現山體坍塌等一些自然災害，在施工過程中對于事先制定好的工作計劃要嚴格執行，同時做好安全措施，整個施工中都要把安全放在首位，在進行整體的礦面布置時，安全逃生通道是首先要預留出來的，同時還要進行通風口的保留，防止出現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，要具備相關人員的指導以及有經驗的工人所描述的具體方法，通過兩者結合進行施工。另一方面，科學合理的布置整個礦面，從而有助于后續工作的順利進行。根據上述方法，使整個工程的安全性都得到了有效的提高，保證相關工作人員的生命安全，即使在意外發生的時候，工人也能以最快的速度逃生，這種保障技術被經常運用到煤礦開采作業當中。

（三）堅硬頂板強制放頂

綜采工作面回采時通常采用垮落法管理頂板，即煤層開采完成后讓采空區頂板自由垮落填滿采空區。這種頂板管理方式比較簡單，成本較低，但存在很大的安全隱患。若頂板長期懸而不垮積聚大量的彈性能，則很可能誘發沖擊地壓事故。特別是一些礦區采用了大采高、放頂煤等采煤方法，導致頂板積聚的能量顯著增大。因此，需要對煤層的頂板垮落情況進行監視。若發現頂板不易垮落，則應采取一些強制措施來放頂，常見的有巖層注水，深孔爆破、水力壓裂等方法。隨著煤礦科學技術的發展，大型切割機已經問世，使得利用機器設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

煤礦企業需要不斷對頂板管理進行資金的投入，還需要對頂板管理的一些先進的技術以及設備進行引進，要更新觀念，不能夠認為引進新的設備就會導致成本大大增加，減少了企業的經濟效益。在實際的工作中，對于先進技術以及設備的引進能夠有效提升企業的工作效率，同時還能夠保障企業的工作能夠順利有序的進行，保證運行過程中的安全性，使得煤礦頂板事故的發生率大大減少。所以，以長期的目光來進行觀察，煤礦企業的利潤也會逐步的提升。此外，會大大地優化煤礦頂板的管理，使得企業的經濟效益也大大增加。在煤礦頂板管理方面加大資金的投入，采用先進的技術以及設備能夠大大的促進煤礦企業對頂板的管理工作。

（五）采掘區域圍巖地質力學測試與評估

對采掘區域圍巖地質力學進行測試以及評估是作為煤礦開拓部署、巷道布置以及進行支護設計的一項前提條件，同時也是作為日常頂板災害隱患排查的一個重要基礎。在進行巷道掘進、維修以及工作面部署的準備工作時，需要對煤礦進行地質力學的測試，并做好評估，根據采用動態評估的方式來進行，注意要覆蓋巷道以及工作面的全生命服務周期。在進行采掘區域圍巖地質力學的測試和評估過程中，首先需要對采掘區域煤巖層賦存情況進行一定的了解，同時還需要掌握頂底板巖性、地質構造以及地應力，注意對空間周圍的采動情況進行采掘，還要要考慮到水、火、瓦斯以及沖擊地壓等因素。在進行圍巖地質力學的測試過程中，需要在井下進行工作，它的內容包括井下原位地應力測量、圍巖結構觀測、圍巖強度測量及采動應力監測等。

（六）實行“四類面”工作面管理制度

煤礦企業應當加強對開采工作面開采作業的管理，實行“四類面”工作面管理制度。強調在開采作業時，首先由煤礦開采工作的領導人員進行專項任務布置，保證安全員、技術員以及開采隊長三人全部到位，保證將安全措施有效落實再進行開采，將收尾工作的工作面管理作為重點管理內容，在收尾工作時，安全員要對工作面的頂板壓力集中和分布情況仔細觀察，將切頂密柱、從柱以及木垛等具有支護作用的防護措施做好，有效防止頂板受壓過大而造成的冒頂事故。

結束語：最常出現的煤礦安全事故就是由于頂板的問題導致事故，因此，需要對頂板進行有效的管理，才能夠保障煤礦的安全生產。對此，煤礦企業要加強重視，在進行開采的過程中，要注意分析的合理性，然后再根據工作經驗、地質條件以及現代的先進技術進行結合，按照頂板的特點來制定出一個較為科學合理的頂板控制管理方案，要能夠有效地增強對頂板的管理。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行采煤工作。不管是企業或者是工作人員都需要加強自身的安全防護意識，需要在工作之前進行防護方案的制定，這樣能夠有效保障采煤工人的安全，也有利于推進我國煤礦行業的持續發展和進步。