高档普采工作面冒顶事故的原因分析及对策

黄庆林　刘　健

摘要：冒顶事故为煤矿五大灾害之一，其中高档普采工作面尤为严重，主要发生在初次放顶和老顶来压期间，给安全生产带来威胁。为此，对普采工作面冒顶事故发生的特点、原因及其防治措施进行了探索性研究。

关键词：普采工作面冒顶事故原因分析安全生产

1 直接顶初次放顶时的冒顶事故原因分析和预防

1.1 初次放顶特点 煤层在开采之前，它同岩层在各个方向受力是平衡的，掘出开切眼后，岩层受力平衡状态遭到破坏，围岩移动变形，寻求新的应力平衡，在顶板上方形成了暂时平衡的岩石松动圈，这时工作面支架主要支撑的是松动圈内岩石重量。工作面开始回采，向前推进，松动圈逐渐扩大，支架受力很快增加，这时如不采取措施，岩层就会压垮支架，以致发生冒顶事故。

１.2 初次放顶时发生冒顶事故的原因：①放顶距选择不合理，选择过大时，放顶前顶板压力大于支护阻力，易发生压垮工作面的顶板事故； ②初次放顶面积过大，冲击力大，容易推倒支柱而造成冒顶；③初次放顶后，直接顶没有完全冒落，就继续采煤，使控顶面积越来越大，容易造成冒顶事故；④回柱方法不合理，造成顶板压力向局部支柱集中，造成局部顶板破碎，而容易发生局部冒顶事故；⑤支柱未按要求支设，初撑力不足，造成顶板下沉量过大或支护阻力较小，回柱后造成工作面支柱撑不住顶板而发生冒顶事故；⑥回柱一般均为工人直接操作，因此发生伤人事故的机率较大。

1.3 初次放顶时冒顶事故的预防措施：①针对具体直接顶条件，确定合理的直接顶初次放顶步距；②初次放顶时，力争一次放顶成功，使直接顶完全冒落后，才能继续采煤；③支柱要按要求支设，保质保量，使支柱都能达到设计的初撑力和支护阻力；④加强切顶线的支护强度和支护密度，保证在切顶线处切顶，同时防止冒落矸石窜入工作面推倒支柱；⑤如果强制放顶，必须严格规定炮眼规格，装药量及放炮步骤，防止崩倒支柱，发生冒顶事故，同时要保证放顶效果；⑥初次放顶时，选择有经验的工人操作，并且有技术人员现场指挥。

2 老顶初次来压和周期来压时的冒顶事故

2.1 初次来压和周期来压的特点 直接顶初次放顶后，如果直接顶垮落不能填满采空区，老顶就像“梁”一样架在两边煤层上，并支撑着上面的岩石重量，当工作面继续推进，老顶悬露面积越来越大，当超过它本身强度，梁的平衡受到破坏，老顶折断垮落，它给工作面一个很大的突然压力，即老顶的初次来压。老顶初次垮落后，随工作面继续推进，老顶呈悬梁状态存在，当悬臂长度达到一定长度时，折断垮落。随工作面推进，这种垮落有规律，周期性地发生，称老顶的周期来压。老顶在初次来压和周期来压时，垮落步距较大、面积大、强度高，并且可能伴随发生动压冲击，矿压显现较强烈，一般具有以下特点：一是由于老顶的剧烈活动，使工作面顶板下沉量和下沉速度急剧增加；二是支架受力猛增，出现顶板破碎、裂缝、片帮甚至工作面出现台阶下沉等现象；三是老顶折断垮落时，在采空区深处先产生沉闷雷声，继而采空区出现掉碴，垮落时伴有暴风。

2.2 老顶初次来压和周期来压发生冒顶事故的原因 ①来压前，工作面压力较小，当使用增阻支柱时，支柱不牢，来压时极易失稳，造成切顶事故。②来压前，由于支护强度不够，造成直接顶与老顶离层，来压时，老顶对直接顶形成冲击引起推垮工作面事故；③工作面支护强度不够或刚性支护(如木支柱)，老顶来压时，压垮工作面，造成事故；④来压前，支承压力的集中，使老顶断裂线附近顶板破碎，当没有防止冒顶措施时，来压时易发生局部冒顶事故；⑤来压时造成煤壁大量片帮，当开采厚度较大时，片帮煤容易造成埋人、伤人事故。另外，片帮后造成空顶面积增大，易发生漏顶事故。

2.3 老顶初次来压及周期来压时冒顶事故的预防措施 ①加强工作面顶板管理的基础工作。认真编制合理的作业规程，严格作业规程的实施。②支护设计应做到：第一，支架的支护特性与顶底板条件相适应。急增阻摩擦支柱适用于顶板下沉量小于100ｍｍ、高度1.3ｍ以下的缓斜煤层；微增阻摩擦金属支柱可用于顶板下沉量小于400ｍｍ的缓斜或倾斜中厚煤层；单体液压支柱可用于顶板下沉量小于600ｍｍ的缓斜或倾斜煤层。另外不同工作特性的支柱不能在同一工作面混用或分段使用。第二，确定合理的支护参数和布置方式。支护强度和支护密度是单体支柱工作面最重要的支护参数。支护强度较小，会引起大面积冒顶或顶板台阶下沉，易引发顶板事故。支护强度过大也带来支架成本高，支设和回柱工作量大等缺点。有些情况下，过大的支护强度使支柱对老顶处于“限定变形”的工作方案下，老顶来压时给直接顶较大的压力，从而使直接顶破碎而引起冒顶。因此必须针对每个工作面，根据顶板具体条件，通过计算确定合理的支护强度和支护密度。单体支柱工作面基本支护的布置方式应根据顶板条件确定：不稳定顶板采用齐梁齐柱加临时贴帮柱(或超前梁布置)；中等稳定顶板采用齐梁齐柱或错梁齐柱等布置；稳定顶板可采用带帽点柱布置。特种支护起着增强工作面支撑力和稳定性，提高切顶和挡矸效果的作用。密集支柱一般在Ⅱ级以上老顶条件下使用；在老顶初次来压和周期来压时，要用戗棚、木垛或增加支护密度等措施。③进一步落实好顶板管理责任制，从上到下，认真落实，层层负责。教育广大职工干标准活、干放心活，按质量标准化标准作业。一是加强支护材料的质量管理，按设计每个支柱合格方能使用和严格执行定期检修制度；二是严格工程质量管理，按设计要求支设和回收支柱；三是严格按规章制度执行，不得违章指挥和违章作业。④加强支护质量与顶板动态监测。支护质量与顶板动态监测是预防管理科学之一，通过对采煤面各部位顶板动态、支护质量和不安全因素及其变化规律进行监测和预报，及时制定可行的防范措施，可做到有效地控制顶板。⑤开展安全班评估工作。开展班评估工作可以变静态安全、质量检查为动态检查，变定期检查为日常检查，及时反映现场的不安全隐患，立即加以整改，达到变事故后追查处理为超前预测预防的目的。特别是加强老顶来压的预测预报，观察、观测顶板下沉速度的变化，当下沉速度突然增至某一范围时，及时发出预报，采取加强支护等必要措施，以消除沿煤壁切顶或工作面压垮型事故发生。⑥加强矿井地质工作。采掘工作面的顶板事故有相当一部分是因遇地质变化而未能及时采取针对性措施引起的，做好地质预报工作，对降低顶板事故具有重要意义。

3 结论

对于高档普采工作面，首先必须根据顶底板条件，合理确定初次放顶步距；其次严格支护设计和支护密度，进行支护质量与顶板动态监测，保证支护强度；第三加强面后悬顶管理，及时进行人工强制放顶；第四落实好顶板管理责任制，开展好班评估工作，抓好工作面基础质量；第五加强地质工作，地质变化时及时采取针对性措施；以上五点是防止高档普采工作面发生冒顶事故的主要安全技术措施。

参考文献：

[１]徐永圻.煤矿开采学[M].北京：中国矿业大学出版社.1999，

[２]国家安全生产监督管理局制定.煤矿安全规程［M］.北京：煤炭工业出版社2004.

[３]宋振骐等.实用矿山压力控制[M].北京：中国矿业大学出版社.1988。