大采高冒顶片帮的危险性分析

吴日明

（山西中新甘庄煤业有限公司，山西 大同 037002）

大采高冒顶片帮的危险性分析

吴日明

（山西中新甘庄煤业有限公司，山西 大同 037002）

赵庄煤矿开采3号煤层采用大采高、煤质松软、地质构造复杂，工作面煤壁片帮严重，顶板多处严重漏冒，给煤矿的安全开采构成重大威胁。针对赵庄煤矿实际情况，运用事故树分析法,对可能引发冒顶片帮事故的因素进行了危险性分析,并提出了相应预防措施。为实现赵庄煤矿安全生产、提高经济效益和社会效益具有重要现实意义。

大采高；冒顶；片帮；影响因素；危险性分析

赵庄煤矿晋煤集团新建特大型矿井，设计产能600万t/a，主采3号煤层。工作面采用走向长壁一次采全高，后退式自然垮落综合机械化采煤法。

由于3号煤层采高大、煤质松软，断层、裂隙、节理、褶曲等地质构造发育，且埋藏较深，开采3号煤层难度很大，给工作面的安全开采构成重大威胁。工作面煤壁片帮严重，易形成大范围空顶，加之地质构造发育，顶板极易产生漏冒，进而引起连锁反应造成垮面。赵庄矿的工作面实践表明：正常回采时，片帮达1.5 m左右，来压期间普遍片帮达2.2 m左右，严重时达3m左右。片帮长度大于10m占到总片帮数的20 %以上，最大片帮长度达105m左右；工作面先后出现了多次大面积冒顶，采用“勾顶”、“戗柱拉架”、“强挤硬过”、炮采、人工清煤推溜等方式才通过顶板漏冒区。为此，本文运用事故树分析法对其冒顶片帮危险性进行分析。

1 煤矿冒顶片帮的主要因素分析

（1）地质因素和煤岩层的性质：3号煤层埋藏较深，煤质松软而且夹矸；顶板岩层结构复杂，主要由炭质泥岩、砂质泥岩、砂岩组成，局部含煤线；泥岩层层理发育、破碎、强度较低，砂岩层裂隙发育。底板以砂质泥岩为主，层理发育、破碎、强度较低。地质结构复杂和煤层性质，常引起煤壁的冒顶片帮。

（2）采高和矿山压力的作用：实践表明，随着采高的增大，顶板压力随之增大；工作面的推进过程中，老顶来压和周期来压期间，顶板的压力大于非来压期间，随着煤壁上方压力的增大，增加了煤体的破碎度，使得煤体强度降低，加剧了煤壁的冒顶和片帮。

（3）人员操作和管理因素：支架初撑力和实际工作阻力不足，使得煤体上覆岩层的支撑力前移，造成工作面煤壁的片帮和架前的冒顶，可能引发事故、危害人员安全。在开采工程中，拉架工人跟不上采煤机的运行速度、造成移架滞后，不能及时打开护帮板、保护新暴露的煤壁，加剧工作面煤壁的片帮。

2 冒顶片帮的事故树分析

根据表1，并结合大量现场经验，运用事故树分析法，编制事故树（见图1）。

根据图1的事故树分析，用布尔代数法求事故树的最小割集，结构函数式为：

求得9组最小割集如下：第1组：（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)；计15个。第2组：（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)；计15个。……第9组：（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)；计15个。以上共9组，每组15个，累计135个。不难看出：导致顶上事件发生的模式有135种，如果要使顶上事件不发生，则要求X1和X2不同时发生，需要控制135个最小割集；因此，该系统发生危险的可能性是很大的。

结构重要度按下式计算：

式中：Xi为第i个基本事件；Kj为第j个最小割集；I(i)为第i个基本事件的结构重要度；nj为第i个基本事件所在Kj中各基本事件总数。得出各事件的结构重要度顺序为：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 结果分析

（1）从冒顶片帮的事故树图的构成看，逻辑或门占87.5%，其事故发生的可能性较大，危险性较大。最小割集有135组，其事故发生的途径就有135种，其事故较容易发生。（2）从格局结构重要度的计算看，X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21、X22对顶事件发生的影响最大，X23、X24、X25、X26、X27、X28、X29、X30、X31对顶事件发生的影响次之。（3）从以上分析知，事故发生是由人的因素、管理因素、环境因素的一种或几种共同作用的结果。如果管理完善，就会减少工人违章操作，从而减少事故发生；人的因素和管理因素有时又是相互联系的。

4 防治措施

（1）及时支护：开采工程中，拉架工人要及时支护，提高液压支架的初撑力，减少工作端面的应力集中；拉架工人必须坚持超前拉架并打出护帮板，要求追及拉架。移架要做到少降、快拉、快升，保证及时支护顶板。（2）加强液压支架初撑力的管理：按时检测液压支架供液管路和密封胶圈，以保证泵站能够提供支架足够的初撑力。安设大采高液压支架初撑力保持阀，使液压支架实际初撑力达到设计初撑力。要求支架工严格按照规范操作，保证升支架的时间，使支架初撑力达到要求。（3）提高围岩和煤体的强度：赵庄煤矿3305工作面地质构造发育，煤质松软。当通过地质构造区域时，应提前加固煤壁，以提高煤岩的整体强度。当工作面煤壁出现较大块度的片帮时，要用玛丽散或罗克休增加煤岩强度。（4）改进工作面回采工艺和设备操作技术：加快工作面的推进速度，减少煤壁的暴露时间，从而避免或减轻煤壁片帮。当煤壁片帮严重时，可适当降低采高，利于减轻片帮。（5）加强安全管理和安全教育：认真落实“安全第一，预防为主”的方针，采取有效措施，治理和控制事故隐患；加强对工人的安全培训，提高职工素质；并建立健全各种规章制度；加大安全检查和监督力度。

表1 冒顶片帮的事故树基本参数表

图1 冒顶片帮的事故树图

5 结束语

赵庄煤矿大采高综采工作面在开采过程中，由于地质条件复杂、并且煤层较软，工作面的煤壁片帮严重，多数液压支架处出现严重漏冒。如果不采取有效措施，不纠正这些现象，很可能发生冒顶片帮事故。为了避免冒顶片帮事故的发生，必须做好防止片

帮措施、有效控制片帮现象，从而起到预防冒顶事故发生的目的。

[1]刘亚立,陈日辉,冯兴隆,等.某矿山冒顶片帮事故的事故树分析〔J〕.矿业快报,2004(5):27～29.

[2]张景林，崔国璋.安全系统工程[M].北京：煤炭工业出版杜，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

吴日明（1968—），男，山西大同人，大学本科，工程师，从事煤矿管理工作。

徐树文