煤礦頂板事故分析

張志榮

寧夏煤礦安全監(jiān)察局安全技術(shù)中心 寧夏 銀川 750001

1 煤層頂?shù)装鍘r性和構(gòu)造發(fā)育因素

隨著采掘工作面不斷推進(jìn)，工作面圍巖應(yīng)力重新分布，其前方支撐壓力逐漸增大，到一定距離后便達(dá)到峰值。于采空區(qū)上方呈三帶分布，垂直變形；沿推進(jìn)方向呈三區(qū)分布，壓縮變形，采空區(qū)周邊、采煤工作面和掘進(jìn)巷道受礦山壓力影響，礦壓顯現(xiàn)可能引發(fā)頂板事故。如果煤層頂板巖石硬度較低，而節(jié)理、層理、裂隙甚至是構(gòu)造比較發(fā)育時(shí)，破壞了頂板的完整性，破碎性變大，采場(chǎng)支護(hù)的管理難度相應(yīng)增大，頂板事故發(fā)生的概率就高；煤層的底板巖性過(guò)于松軟，支架（柱）因底板比壓值小而陷入底板，則相應(yīng)地降低了采場(chǎng)支護(hù)強(qiáng)度，頂板會(huì)隨著支架（柱）的下陷而下沉，也增大了冒頂?shù)目赡苄裕幌喾矗绻装鍒?jiān)硬，頂板松軟，采場(chǎng)的支撐力超過(guò)了頂板巖性的強(qiáng)度，支架（柱）可能會(huì)對(duì)頂板形成切割作用，破壞頂板的完整性而導(dǎo)致冒頂[1]。

2 采場(chǎng)支護(hù)和頂?shù)装骞芾硪蛩?/h2>

根據(jù)煤層的賦存條件和頂?shù)装鍘r性，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)采場(chǎng)的支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù)，采取切合實(shí)際的頂板管理方法，對(duì)防止冒頂至關(guān)重要。頂?shù)装宓膸r性和構(gòu)造狀況是自然形成的客觀條件，采場(chǎng)的支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù)必須符合地質(zhì)條件，為此，對(duì)采場(chǎng)支護(hù)的技術(shù)要求必須達(dá)到控制好頂?shù)装宸€(wěn)定的目的。

2.1 破碎頂板和復(fù)合頂板易發(fā)頂板事故

隨采掘工作面開(kāi)采推進(jìn)，前方支撐壓力逐漸增大，直接頂極易受到早期破壞和失穩(wěn)出現(xiàn)脫層、離層、掉頂抽條和局部冒落。所以頂板管理工作必須加強(qiáng)，特別要控制直接頂?shù)淖冃巍⑵茐模扇∮行Т胧┳柚谷魏坞x層、裂隙擴(kuò)展和冒落的發(fā)生。使頂板～支架～底板力學(xué)體系維持處于穩(wěn)定的良性循環(huán)工作狀態(tài)。其頂板事故因素有：

（1）沒(méi)有避開(kāi)應(yīng)力升高區(qū)：一是來(lái)自同層或相鄰煤層開(kāi)采產(chǎn)生的煤柱壓力；二是采面開(kāi)采產(chǎn)生的超前支撐壓力；三是兩相鄰工作面距離小，開(kāi)采互有影響，甚至是相向推進(jìn)，這種影響更為劇烈。有這些壓力因素影響，如果對(duì)破碎頂板管理不到位，易發(fā)生頂板事故。

（2）采面梁端距超過(guò)規(guī)定：如支柱（架）沒(méi)有架設(shè)到位，距離超過(guò)規(guī)程規(guī)定；或是煤壁片幫較深，臨時(shí)支護(hù)不及時(shí)；再有在局部掉頂后，沒(méi)有及時(shí)采取剎接頂板措施。以上原因的存在易發(fā)生頂板事故。

（3）沒(méi)有形成及時(shí)有效的支護(hù)：支柱（架）實(shí)際初撐力和初工作阻力不夠，導(dǎo)致工作阻力低；工作面總體支護(hù)強(qiáng)度、支護(hù)密度不足，尤其是極不穩(wěn)定頂板，支護(hù)密度不足時(shí)問(wèn)題很嚴(yán)重；采面特殊支護(hù)不到位，特殊地點(diǎn)沒(méi)有采取加強(qiáng)支護(hù)措施；采煤工作面日常管理松懈，液壓系統(tǒng)跑、冒、滴、漏問(wèn)題嚴(yán)重，造成液壓支柱（架）及其初撐力或工作阻力達(dá)不到要求。這些原因容易導(dǎo)致頂板事故。

（4）對(duì)于采掘面出現(xiàn)的各類地質(zhì)構(gòu)造如斷層、褶曲、夾矸侵入、沖刷帶等等，沒(méi)有及時(shí)采取特殊的支護(hù)措施。

（5）頂板的空頂面積和空頂時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格控制，采掘工作面臨時(shí)控頂面積過(guò)大，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成頂板突然來(lái)壓，摧毀采場(chǎng)和巷道。

（6）在頂板比較松軟和破碎的巷道掘進(jìn)，工作面空頂、臨時(shí)控頂面積過(guò)大和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、支護(hù)不及時(shí)、支護(hù)構(gòu)件不全、支護(hù)材料質(zhì)量差等都會(huì)容易造成冒頂事故。

（7）其他如底板松軟時(shí)，支護(hù)方面沒(méi)有采取防止支柱鉆底措施，引起頂板下沉量加大；回柱與回采工序沒(méi)有在空間、時(shí)間上適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)；工作面推進(jìn)度緩慢等等都構(gòu)成引發(fā)冒頂事故的因素。

2.2 周期來(lái)壓強(qiáng)烈的不穩(wěn)定頂板易發(fā)生頂板事故因素

當(dāng)老頂發(fā)生動(dòng)力現(xiàn)象（周期性斷裂、垮落、懸垂、撓曲）時(shí)，直接頂下沉，支架載荷增加，沿煤壁切頂，滑移失穩(wěn)和轉(zhuǎn)動(dòng)失穩(wěn)（推垮支架）。其頂板事故因素有：①支柱（架）初撐力和工作阻力不夠，沒(méi)有達(dá)到額定工作阻力狀態(tài)；②老頂來(lái)壓前，沒(méi)有適當(dāng)增加支護(hù)強(qiáng)度及增加特種支架（如工作面上、下安全出口特殊支護(hù)和切頂密柱等）；③初次來(lái)壓之前，沒(méi)有采取強(qiáng)制放頂措施或強(qiáng)制放頂工作不到位；④對(duì)采面周期來(lái)壓強(qiáng)度和規(guī)律分析、預(yù)判不夠，安全技術(shù)措施針對(duì)性不強(qiáng)。

2.3 開(kāi)采深度和隔離煤柱因素

礦井開(kāi)采深度的增加和地層構(gòu)造的存在，會(huì)加大巖層的原始應(yīng)力和集中應(yīng)力的變化，其煤體前方的支撐壓力與開(kāi)采深度成比例。因此，煤壁片幫及頂板再生裂隙將隨開(kāi)采深度增加而增加。給采場(chǎng)支護(hù)和維修帶來(lái)困難，因而也就增加了冒頂?shù)目赡苄浴．?dāng)隔離煤柱尺寸較小，或其抗壓強(qiáng)度不能支承礦山壓力時(shí)，煤柱會(huì)被破壞而造成頂板冒落[2]。

2.4 煤層的特性因素

煤層的厚度和硬度及煤層的結(jié)構(gòu)也是發(fā)生冒頂事故的因素。如隨著開(kāi)采煤層厚度增加，采空區(qū)冒落高度也相應(yīng)增加，煤壁片幫也越發(fā)嚴(yán)重，從而導(dǎo)致頂板下沉，支架載荷增加。又如煤層傾角，各種傾角的工作面頂板的移動(dòng)，取決于垂直層面的巖層壓力，大傾角煤層頂板移動(dòng)量和支架載荷小。相反，小傾角煤層頂板移動(dòng)量和支架載荷大，也易發(fā)冒頂事故。其他如煤質(zhì)松軟或煤層節(jié)理、層理發(fā)育，煤壁處理措施不當(dāng)，工作面俯（仰）采時(shí)，均易造成頂板事故。

2.5 選擇開(kāi)采系統(tǒng)和開(kāi)采順序因素

如不能合理的選擇采掘系統(tǒng)和開(kāi)采順序，就會(huì)造成采掘工作面周圍不同程度、甚至是高強(qiáng)度的礦山壓力，發(fā)生頂板事故的概率就會(huì)加大。其主要因素有： ①回采巷道沒(méi)有布置在免壓區(qū)內(nèi)，掘進(jìn)與回采時(shí)均受到相鄰煤柱壓力影響；②形成了兩側(cè)都已開(kāi)采的孤島形工作面；③采面長(zhǎng)度和開(kāi)采高度設(shè)計(jì)取值不合理；④兩個(gè)工作面同時(shí)相向開(kāi)采；⑤工作面方向與頂板主節(jié)理、裂隙走向交角不合理（一般不小于15～20°）；⑥沒(méi)有采取無(wú)煤柱或小煤柱開(kāi)采。

綜上所述，導(dǎo)致頂板事故的因素主要有煤層頂?shù)装鍘r性和構(gòu)造發(fā)育因素、采場(chǎng)支護(hù)和頂?shù)装骞芾硪蛩亍㈤_(kāi)采深度和隔離煤柱因素、煤層的特性因素、選擇開(kāi)采系統(tǒng)和開(kāi)采順序因素，需要礦方從以上五方面加強(qiáng)頂板管理和隱患排查，防止頂板事故發(fā)生，保護(hù)煤礦從業(yè)人員生命安全。