浅谈矿井冒顶片帮的预防及其处理措施

胡鹏

摘 要：文章主要阐述了煤矿井下施工过程中片帮、冒顶事故的预防和处理方法、井巷工程地质预测预报、安全技术措施临时超前支护应用、井巷发生冒顶后控制处理方式。

关键词：井巷工程；冒顶；超前支护；顶板控制

顶板事故是煤矿生产五大灾害之一，在不同时段特殊地质变化带施工过程中需要制定专项安全技术措施，同时要求生产、地质、安监等部门专业技术人员要亲自到按照技术“五关”现场指挥监督。在松软的煤、岩层和五尺渣顶板、断层带掘进井巷时，较有可能发生大面积漏垮冒顶。例如某公司在二采集运巷施工过程中，由于地测部门未提供相应地质预报，加上帮部支护不及时，导致发生片帮伤人事故，事故直接原因：违章指挥、未执行敲帮问顶制度，支护不及时，在空帮8m的情况下，跟班干部违章安排职工作业。由此可见，预防顶板事故，重视地质预报在煤矿安全预防中是十分必要的。

1 董家河煤矿地质情况

董家河煤矿范围内大断裂构造较少，但受区域构造影响，矿区内小断裂发育密集，断层较发育，几乎全为正断层；落差基本上在4.5m以下，并具有成带密集分布和疏密相间的特点，以近EW向及近SN向断层最为发育。

某矿主采5号煤层，5#煤层顶板由于受古河流冲刷的缘故，岩性变化较大。直接顶板可分三类：一类为粉砂岩或泥岩或砂质泥岩组成，俗称“五尺渣”。厚度0.2～3.0m，与5号煤层为明显接触关系。采动或震动后易冒落。其顶板类型属易于落顶板，难管理。第二类顶板为细粒砂岩（K4），该顶板也是5号煤层的基本顶，与5号煤层为冲刷接触关系，厚度变化较大，厚0.90～21.97m，一般5～10m，该层为浅灰色-深灰色，主要成份为长石与石英，分选性差，泥质胶结，沿层而分布有大量云母星点，含FeS2结核，具缓波状层理。第三类顶板为中粒砂岩（K4）构成的顶板，也为5号煤层的基本顶，与5号煤层为明显冲刷接触，厚3.34～27.94m，一般6～13m。此类顶板经采掘证实，稳定性好，易于管理，属中等冒落-难冒落顶板，煤巷常采用锚杆支护即可。

2 采煤顶板管理

采区工作面顶板采用ZY4600/18/42支架支护，老空顶板采用全部垮落法管理。最小控顶距3.4+0.34=3.74（m），最大控顶距为：3.74+0.6=4.34（m）。

正常生产时期采用顶板支护方式。工作面采用ZY4600/18/42型液压支架支护，支架初撑力为31.5MPa（3096KN），工作阻力为40.7MPa（4600KN），两顺槽及两巷端头采用单体液压支柱加强支护。工作面最大控顶距为4.34m，最小控顶距为3.74m，放顶步距为0.6m。

2.1 两顺超前支护

两顺槽超前支护长度均不小于20m，支护形式采用3.15m单体柱子架800mm铰接顶梁，柱距800mm。轨道顺槽内第一排单体铰接梁支护距顺槽南帮1.5m，第二排铰接梁支护距顺槽北帮0.8m，两排铰接梁支护间距为1m。运输顺槽内两排铰接顶梁支护以转载机中线为基准，分别距装载机槽帮各200mm。两巷超前支柱直线型必须良好，柱子手把、三用阀平行于巷道，无卸载、损坏支柱，柱子初撑力不小于50KN（6.366MPa），迎山角度符合要求，防倒绳齐全、有效。铰接顶梁接顶必须严实，接顶不实处必须背板皮刹实，严禁使用坏梁或质量不合格的铰接顶梁。

两顺槽安全出口及超前支护范围内的巷道高度都不低于1.8m，人行道宽度不小于0.7m。若两巷底板为煤底或底板松软时，则两巷超前支柱必须穿柱鞋，保证支柱支撑有效，超前内支柱初撑力不小于50KN（6.366MPa）。

2.2 采面两端头的支护

采面两端头采用双排密柱戗棚加带帽点柱支护，双排密柱支设位置与支架的切顶线靠齐。密柱柱距不大于300mm，且支撑有力，初撑力不小于90KN（11.459MPa）。戗棚、戗柱必须支设牢靠，并与密柱排靠实，戗柱柱距不大于1m。带帽点柱间距不大于500mm，排距为600mm，点柱必须拴好防倒绳，初撑力不小于90KN（11.459MPa）。采面两端头支柱的手把、三用阀必须平行于工作面布置。

若工作面老山悬顶超过2×5m2，巷压较大或沿下山开采时，则采面两端头必须加打丛柱，增打密柱和带帽点柱，保证支柱初撑力和迎山角度符合要求，加强两巷端头支护强度。

采面头架、尾架旁分别用一对4mπ梁配合单体支柱支护，一梁四柱，两端柱子分别支设在距梁端100mm处，中间两根支柱根据现场实际情况支设。两π梁间距为200mm，π梁距支架间距不大于300mm。两根π梁随推采进度迈步前移，移长梁时必须四人配合作业，两人抬长梁，一人降柱，一人监护安全，四人配合将长梁前移，梁下柱子必须拴好防倒绳。

2.3 两巷落山角回柱放顶

两端头落山角放顶线必须与支架顶梁切顶线齐，回撤落山角单体柱子时必须坚持先支后回原则，维护好后路，注意处理顶帮活矸活石。由外向里逐排逐根回撤戗棚、密柱，回撤后及時前移600mm进行支设，密柱间距不大于300mm，排距不大于200mm，每次放顶步距不得超过600mm。

3 常见冒顶事故分类

3.1 局部冒顶的预兆

3.1.1 工作面遇小构造，破坏了岩层的完整性。

3.1.2 顶板裂隙张开、裂隙增多，敲帮问顶时，声音不正常。

3.1.3 煤层与顶板接触面上，极薄的矸石片不断脱落。

3.2 大型冒顶的预兆

3.2.1 顶板征兆：顶板的连续发生断裂声、掉碴、脱层、顶板裂缝增加或裂隙张开。

3.2.2 煤壁预兆：冒顶前压力增加，煤壁受压后，煤质变软，片帮增多，钻眼省力，用采煤机割煤时负荷减少。

3.2.3 工作面其他预兆：顶板有淋水且淋水量增加。

4 煤矿井巷顶板事故的防治

4.1 老顶来压时的压垮型冒顶预防

4.1.1 采煤工作面支架的初撑力应能平衡垮落带直接顶及老岩层的重量。

4.1.2 采煤工作面的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层。

4.1.3 采煤工作面支架的可缩量应能满足裂隙带老顶下沉的要求。

4.2 破碎顶板大面积漏垮型冒顶预防

4.2.1 先用合适的支柱，使工作面支护系统有足够的支撑力和可缩量。

4.2.2 严禁放炮、移溜等工序弄倒支架，防止出现局部冒顶。

4.3 采煤工作面局部冒頂事故预防

4.3.1 根据现场地质资料制定切实可行的安全技术措施。

4.3.2 工作面一茬推采结束后及时采用超前挂铰接梁和π梁进行支护，切顶排必须使用好丛柱呛柱，防止局部冒顶。

4.3.3 巷道超过超前支护必须接顶支护牢固，严格按照支架规定采高进行推采，防止倒架造成冒顶。

4.4 掘进工作面冒顶的防治

4.4.1 开口管理：施工前，首先按由外向里的顺序，对开门口处前后各10m范围内的巷道进行安全支护，必须按《锚网梁支护巷道平面交岔点支护设计要求》进行安全有效支护，经安全确认后，方可开口掘进。

4.4.2 巷道支护

（1）掘进巷道严禁空顶作业，必须有临时支护措施，严格执行敲帮问顶制度，巷道顶板实行分段负责制。

（2）临时支护采用2-3根轻型液压单体带帽点柱支护。

（3）靠近掘进工作面10米内的支护，在爆破前必须检查、加固。

（4）掘进期间随时进行敲帮问顶，特别是在打眼装药，按注锚杆过程中应清除危岩，排除隐患，工作面炮前炮后或综掘切割后，必须按规定铺设符合规格的迎头网，防止危岩，确保作业人员安全施工。

（5）锚杆必须用机械或力矩板手拧紧，确保锚杆的托盘紧贴巷壁。

（6）每班安装的锚杆要在交接班时，验收员用测力计进行验收；当班测定合格的锚杆，必须由验收员记录于原始记录本中，记好备查；凡是锚固力达不到85KN，扭距达不到150N.m的锚杆应当班处理补打或重新安装。

（7）安装的托盘要与围岩、煤帮接触紧密，严禁在托盘后充填木片、渣子等杂物，托盘、螺母要上紧上牢，锚杆外露长度20～40mm。

4.5 掘进巷道过断层等构造变化带时的安全措施

4.5.1 加强巷道掘进地段的地质调查工作，特殊地段，应当有相应的针对性措施，否则不能开工。

4.5.2 巷道在破碎带中掘进，应做到一次成巷，尽可能缩短围岩暴露时间。

4.5.3 施工中严格执行操作规程、交接班和安全检查制度。

4.5.4 掘进工作面临近断层或穿断层带时，巷道支护应尽量采用复式支护，棚距要缩小。

4.5.5 减少放炮装药量，降低因放炮对断层附近破碎顶板的震动。

5 结束语

煤矿井巷工程施工顶板冒顶事故灾害的预防和处理，是生产施工管理过程一项不可避免的工作，影响到矿井安全、生产、效益等多方面。