煤矿顶板事故的原因及安全管理探析

（山西焦煤西山煤电集团公司总调度室 山西 030053）

引言

当前我国很多煤矿所开采的浅部资源已经殆尽，进入到深部开采已经成为必然趋势，在深部开采过程中，不仅带来了开采成本的增加，带来的安全事故发生的概率相对于先前也有了明显的提升，特别是顶板事故出现的概率相对于先前提升明显。因此，对煤矿顶板事故的原因及安全管理进行分析有着较为重要的意义。

1.煤矿顶板事故发生的主要原因

(1)工作面工作强度过大，事故发生概率增加

随着煤矿工作面开采强度的不断增加，各种类型的大中型设备在采掘工作面得到了较大范围的应用，特别是很多工作面采用了一些全新的开采技术与工艺，例如，一次采全高的高度已经超过了7m，部分工作面采取了超长推进的长度，长度已经超过了6000m，同时推进的速度也非常快，部分推进速度已经超过了每天30m。随着这些技术的大量应用，虽然较大的提升了煤矿工作面的开采质量和效率，但是在一定程度上也增加了煤矿工作面顶板出现事故的概率，特别是很多顶板事故开展表现出明显的超大范围、超快速度，带有明显的动力冲击问题，部分也将采空区空气排出，带来了飓风问题，破坏作用极大。例如，出现了较为明显的工作面切顶问题，见图1所示。

图1 工作面出现切顶问题

(2)对开采设备较为重视，对监测工作较为轻视

虽然我国的煤矿开采工艺水平整体已经达到了相对较高的水平，巷道支护质量和工作面支护效果相对于先前也有了明显的提升，对顶板事故的发生有着明显的抑制效果。但是随着各种类型高强度支护材料、设备的大量使用，在一定程度上导致技术人员思想上出现了麻痹心理，认为在高强度的支护作用下，顶板事故发生的概率会明显的下降，导致对矿压监测工作不够重视。从实际情况来看，通过提升支护强度的方式，能够提升顶板安全性，但是高强度支护仅仅是其中一个方面，技术人员还需要采取强化管理、分析数据及矿压监测等方式，更好保证工作面安全性。例如，部分综采工作面，支架所能够提供的支护阻力已经超过了1.5万kN，但是从工作面实际情况来看，所能够提供的初撑力非常少，特别是出现了前后柱受力不够均匀的问题，最终工作面出现了较多的顶板冒落问题。

2.煤矿顶板事故安全管理措施

(1)全面掌握顶板控制对象特点，精确评价顶板危险性

在开采之前，技术人员应当对采掘工作面煤层地质条件进行全面分析，精准把控采掘工作面顶板安全性，提前确定出工作面顶板危险区域。首先，对开采条件进行全面了解，例如，水文情况、煤层倾角、岩层倾角及厚度等条件，进行全面掌握，可采取煤岩体物理力学性能测试、煤岩体冲击倾向性测试、地应力测量等方式，对开采情况提前掌握。其次，技术人员可选择使用地面三位地震探测方式对井下地质开展精细化勘探，特别是对采掘工作面的地质构造应当进行超前探测，确保在采掘工作开展之前，全面掌握采掘区域内地质构造情况。若煤矿条件允许，也可以采用地震CT的方法对应力异常区开展探测。此外，技术人员可根据提前掌握的相关地质参数，采取理论分析或者数值模拟等方式对矿压显现的强度进行提前的预测与掌握，结合提前掌握的应力异常区、构造异常区等对顶板灾害出现的概率及危险性进行研判，重点将采掘过程中可能出现的压架、切顶、冒顶及片帮等情况全面掌握，存在突出危险的矿井，还需要将冲击地压危险性提前研判出来，科学划分出采掘工作危险区域。

(2)优化设计措施，严防顶板事故发生

煤矿顶板事故的发生，受到煤层赋存条件的影响较大，同时也与采掘工作中采取的支护技术、隐伏构造等有着直接的关系。大量煤矿顶板事故表明，出现的煤矿顶板灾害事故，与煤矿采掘工作面临的地质条件出现了突然的变化或者支护体出现了支护失效有着直接的关系。所以，应当全面了解掌握采掘工作面面临的实际开采条件，充分结合顶板安全性评价结果，对顶板采取的支护措施进行全面优化，降低顶板灾害发生的概率。例如，可对采掘接替、采区布置等情况进行全面优化，防止出现动压叠加或者应力叠加的问题，科学确定出支护强度、支护方式。此外，在进行具体设计时，对存在危险的区域，提前制定出顶板事故防治预案，并开展针对性的顶板灾害监测方案。

(3)开展顶板灾害危险区域实时预警和监测

针对当前煤矿企业面临的各种类型的顶板事故，全面做好对顶板灾害的提前预警工作非常关键。在具体实施中，技术人员可采取设置测站的方式对采掘区域内顶板支护体受力情况、顶板出现的离层情况及顶板范围内围岩变形情况进行全面的分析，充分考虑应力、位移及两者之间的变化情况，在达到了预警的数值时，及时发出警报。对顶板的预警，技术人员可通过监测来压步距、循环末阻力、支架初撑力等方面进行全面的测算。同时，对安全阀的开启率、初撑力合格率、支架保压概率等方面进行全面的分析研判，及时掌握支架工作状态，严防出现倒架事故，特别是对冒顶片帮事故等也需要严格防治。在对顶板灾害进行预警之前，可通过对锚索、锚杆受力状态进行检测，或者采取钻孔压力分析、顶板离层分析、两帮位移分析等方式，对钻孔应力的增长情况、支护体压力的增长情况等进行全面的分析，将巷道监测区域内应力出现的集中情况精准确定。在综合考虑两帮变形、顶板离层问题、支护体受力等极限数值的基础上，确定出预警的阈值，从而第一时间掌握巷道支护体的受力状态，精准掌握巷道围岩变形情况，从而精准实现对可能发生的顶板事故进行及时全面预警。

(4)对顶板安全管理体系进行完善

大量实践表明，在顶板管理过程中，选择使用PDCA循环管理模式，对于提升顶板管理效果，降低顶板事故发生有着非常明显的作用。具体见图2所示。首先，结合煤矿顶板的实际情况，开展体系策划，主要是确定出煤矿顶板管理目标、安全方针等，制定出相关的作业规程。然后采取“体系实施”的方式，结合采掘工作的实际生产条件，设计出具体的方式方法，然后根据具体的布局与设计，将具体的管理方式融入到具体的操控环节中，推动体系策划安全目标的全面实现。第三是开展“体系检查”，对整个具体计划执行的结果进行总结分析，找出其中的问题，对取得的成功经验进行提炼，对没有较好解决的问题，提交给下个循环进行解决。

图2 煤矿顶板PDCA安全管理体系

(5)及时采取措施对顶板灾害危险区域进行解危

可从危险区域内顶板灾害预警与实际监测的结果，采取针对性的解危措施。例如，若出现了因为支架初撑力不足而导致的片帮冒顶事故时，技术人员应当及时采取措施提升支架的初撑力。若出现了由于支架支撑力偏低而导致出现了压架冒顶事故，则技术人员应当对支架液压系统进行全面重点检修，防治阀门或者管路有滴漏问题发生。若出现了安全阀长期开启的问题，则技术人员应当提升支架支护的强度，同时对于采掘工作推进的速度应适当提升。此外，若遇到的顶板较为坚硬，技术人员还应对顶板采取弱化措施，最大限度的降低来压步距。若遇到的顶板较为破碎，或者采掘工作面处于构造区域内，技术人员应当提前采取针对性的顶板加固措施。若巷道属于冲击地压巷道，技术人员不仅要对危险区域采取针对性的卸压措施，还应当针对性的进行支护强化，全面做好现场施工技术人员的防护措施。若处于急倾斜工作面，还应当采取设置挡矸板、挂网等方式，防治出现飞石伤人的问题。

3.结束语

综上分析，当前很多煤矿企业仍旧面临着较为严峻的顶板事故威胁，给煤矿生产的安全性带来了较大的挑战，同时，从当前煤矿出现的顶板事故来看，导致顶板事故出现的原因也相对较多，因此，这就需要煤矿企业充分认识到做好顶板事故防治的重要性，充分结合煤矿生产形势，采取针对性的措施，全面提升煤矿顶板事故防治效果，更好推动煤矿企业安全可持续发展。