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淺談普采工作面頂板事故的防治

作者:尹殿平  
評論: 更新日期:2009年08月27日

  摘 要:冒頂事故為煤礦五大災害之一,其中普采工作面尤為嚴重,主要發(fā)生在初次放頂和老頂來壓期間。對普采工作面冒頂事故發(fā)生的特點、原因及其防治措施進行了闡述。

  關鍵詞:普采工作面;冒頂事故;安全生產(chǎn)

  煤礦冒頂事故對礦井安全生產(chǎn)危害極大,據(jù)煤礦事故統(tǒng)計,我國煤礦頂板事故占30 %~40 %,大多數(shù)頂板事故又發(fā)生在回采工作面,約占75 %~85 %,而回采工作面冒頂事故多發(fā)生在頂板來壓期間,約占頂板總事故的60 %~70 %。其中,直接頂初次放頂占30 %~40 %,老頂來壓時占60 %~70 %。從上述數(shù)據(jù)分析可以看出,回采工作面初次放頂、老頂初次來壓和周期來壓時所占比例較大。而回采工作面又以普采工作面較為嚴重:一是普采工作面數(shù)量多;二是由于普采工作面機械化水平較綜采工作面低,抗災能力差,發(fā)生頂板事故概率是綜采的10~20倍。因此,分析掌握普采工作面發(fā)生冒頂?shù)脑?、?guī)律,研究有效防治措施,以降低煤礦頂板事故的發(fā)生,保證煤礦安全生產(chǎn)。

 ?。?直接頂初次放頂時的冒頂事故原因分析和預防

  1.1 初次放頂特點

  煤層在開采之前,它同巖層在各個方向受力是平衡的,掘出開切眼后,巖層受力平衡狀態(tài)遭到破壞,圍巖移動變形,尋求新的應力平衡,在頂板上方形成了暫時平衡的巖石松動圈,這時工作面支架主要支撐的是松動圈內(nèi)巖石重量。工作面開始回采,向前推進,松動圈逐漸擴大,支架受力很快增加,這時如不采取措施,巖層就會壓垮支架,以致發(fā)生冒頂事故。因此,一般在開切眼推進6 m~20 m后,就及時撤回采空區(qū)支架,直接頂隨回柱而垮落,這就是初次放頂。如果頂板巖石不自行垮落,要向采空區(qū)頂板打眼放炮進行“強制放頂”。直接頂初次放頂?shù)奶攸c有:一是工作面控頂面積較大,支柱較多,承受的壓力也較大;二是初次放頂時,一次回柱范圍較大,頂板冒落范圍也較大;三是回柱時人工操作量大,時間較長。

  1.2 初次放頂時發(fā)生冒頂事故的原因

 ?。ǎ保┓彭斁噙x擇不合理,選擇過大時,放頂前頂板壓力大于支護阻力,易發(fā)生壓垮工作面的頂板事故;

  (2)初次放頂面積過大,沖擊力大,容易推倒支柱而造成冒頂;

  (3)初次放頂后,直接頂沒有完全冒落,就繼續(xù)采煤,使控頂面積越來越大,容易造成冒頂事故;

 ?。ǎ矗┗刂椒ú缓侠?,造成頂板壓力向局部支柱集中,造成局部頂板破碎,而容易發(fā)生局部冒頂事故;

  (5)支柱未按要求支設,初撐力不足,造成頂板下沉量過大或支護阻力較小,回柱后造成工作面支柱撐不住頂板而發(fā)生冒頂事故;

  (6)回柱一般均為工人直接操作,因此發(fā)生傷人事故的機率較大。

  1.3 事故案例

  案例1:南桐某礦,6號煤層厚度0.2 m~1.8 m,直接頂為含黃鐵礦的鈣質(zhì)頁巖,厚度1.9 m~4.86 m,老頂為堅硬的石灰?guī)r,厚度2.4 m。煤層傾角30°~45°,使用金屬摩擦支柱,該面直接頂平行工作面煤壁方向的裂隙發(fā)育,將頂板分割成大塊?;夭珊罅芽p擴展,回柱時發(fā)生大塊頂板向煤壁或傾斜方向的推垮事故。事故原因為:回柱時一次垮落頂板范圍較大,形成沖擊力,推倒支柱,減小支護阻力引發(fā)大面積冒頂。

  案例2:某礦2303普采工作面,直接頂為石灰?guī)r,厚2 m~3 m,節(jié)理發(fā)育,老頂為石灰?guī)r粉砂巖互層。事故經(jīng)過為,出完一刀煤后,工作面正從機頭向機尾回柱,回到工作面中段接近老巷處,發(fā)現(xiàn)幾棵支柱鉆人底板50 cm,改用鉸車拉柱,支柱剛拉倒,整個頂板(長18 m,寬7.2 m,厚6 m),將支柱推倒(倒向煤壁),發(fā)生在冒頂,造成4人死亡。事故原因:一是頂板支護質(zhì)量低劣,在煤壁側發(fā)現(xiàn)頂板礦壓顯現(xiàn)有裂縫痕跡,未采取及時有效措施,仍盲目組織放頂,造成工作面大面積推垮型冒頂;二是組織措施不力,措施編制針對性不強,工作面單體液壓支柱有個別漏液現(xiàn)象;三是初采初放責任制不落實,違章指揮、違章作業(yè)。

 ?。保?初次放頂時冒頂事故的預防措施

  (1)針對具體直接頂條件,確定合理的直接頂初次放頂步距;

 ?。ǎ玻┏醮畏彭敃r,力爭一次放頂成功,使直接頂完全冒落后,才能繼續(xù)采煤;

  (3)支柱要按要求支設,保質(zhì)保量,使支柱都能達到設計的初撐力和支護阻力;

 ?。ǎ矗┘訌娗许斁€的支護強度和支護密度,保證在切頂線處切頂,同時防止冒落矸石竄入工作面推倒支柱;

  (5)如果強制放頂,必須嚴格規(guī)定炮眼規(guī)格,裝藥量及放炮步驟,防止崩倒支柱,發(fā)生冒頂事故;

 ?。ǎ叮┏醮畏彭敃r,選擇有經(jīng)驗的工人操作,并且有技術人員現(xiàn)場指揮;

 ?。ǎ罚┕ぷ髅婀と耍绕涫前嘟M長必須掌握工作面頂板冒頂?shù)念A兆,一旦發(fā)現(xiàn)冒頂預兆,現(xiàn)場人員應迅速采取有效應急措施。

 ?。?老頂初次來壓和周期來壓時的冒頂事故

 ?。玻?初次來壓和周期來壓的特點

  直接頂初次放頂后,如果直接頂垮落不能填滿采空區(qū),老頂就像“梁”一樣架在兩邊煤層上,并支撐著上面的巖石重量,當工作面繼續(xù)推進,老頂懸露面積越來越大,當超過它本身強度,梁的平衡受到破壞,老頂折斷垮落,它給工作面一個很大的突然壓力,即老頂?shù)某醮蝸韷?。老頂初次垮落后,隨工作面繼續(xù)推進,老頂呈懸梁狀態(tài)存在,當懸臂長度達到一定長度時,折斷垮落。隨工作面推進,這種垮落有規(guī)律,周期性地發(fā)生,稱老頂?shù)闹芷趤韷骸?/p>

  老頂在初次來壓和周期來壓時,垮落步距較大、面積大、強度高,并且可能伴隨發(fā)生動壓沖擊,礦壓顯現(xiàn)較強烈,一般具有以下特點:一是由于老頂?shù)膭×一顒?,使工作面頂板下沉量和下沉速度急劇增加;二是支架受力猛增,出現(xiàn)頂板破碎、裂縫、片幫甚至工作面出現(xiàn)臺階下沉等現(xiàn)象;三是老頂折斷垮落時,在采空區(qū)深處先產(chǎn)生沉悶雷聲,繼而采空區(qū)出現(xiàn)掉碴,垮落時伴有暴風。

 ?。玻?老頂初次來壓和周期來壓發(fā)生冒頂事故的原因

 ?。ǎ保﹣韷呵埃ぷ髅鎵毫^小,當使用增阻支柱時,支柱不牢,來壓時極易失穩(wěn),造成切頂事故。

 ?。ǎ玻﹣韷呵?,由于支護強度不夠,造成直接頂與老頂離層,來壓時,老頂對直接頂形成沖擊引起推垮工作面事故;

  (3)工作面支護強度不夠或剛性支護(如木支柱),老頂來壓時,壓垮工作面,造成事故;

 ?。ǎ矗﹣韷呵?,支承壓力的集中,使老頂斷裂線附近頂板破碎,當沒有防止冒頂措施時,來壓時易發(fā)生局部冒頂事故;

 ?。ǎ担﹣韷簳r造成煤壁大量片幫,當開采厚度較大時,片幫煤容易造成埋人、傷人事故。另外,片幫后造成空頂面積增大,易發(fā)生漏頂事故。

 ?。玻?事故案例

  案例1:某礦2233炮采工作面,10#煤層厚1.8 m,老頂為白色石英砂巖,厚8 m,底板為鋁土頁巖,木支柱支護。當工作面推進距開切眼48 m時,老頂初次來壓,從煤壁處強迫直接頂下切,壓斷支柱,造成大冒頂,死亡4人,傷2人。事故原因:支護能力不足,造成直接頂和老頂?shù)碾x層,來壓時老頂對直接頂形成動壓沖擊作用,發(fā)生沖擊砸垮型事故;沒有根據(jù)實際情況制定針對性的安全技術措施。

  案例2:某礦高檔普采工作面,直接頂為灰黑色砂質(zhì)頁巖,厚0.8 m~1 m,老頂為灰白色中細粒砂巖,厚5 m~8 m,初次放頂后,老頂明顯不下沉,造成工作面內(nèi)直接頂與老頂離層,當老頂初次來壓時,沿煤壁切斷直接頂。由于工作面沿偽斜向上推進,離層斷裂巖層帶動支柱向下滑動,推倒支柱(均沿傾斜向下并偏向采空區(qū)倒伏),形成惡性冒頂事故。事故原因:一是支柱阻力小,造成直接頂和老頂離層,以及來壓時切斷直接頂,使直接頂成為獨立的“六面體”;二是沒有防止老頂向下滑動的措施。

 ?。玻?老頂初次來壓及周期來壓時冒頂事故的預防措施

 ?。ǎ保┘訌姷V井頂板管理的基礎工作。認真編制合理的作業(yè)規(guī)程,嚴格作業(yè)規(guī)程的實施。編制作業(yè)規(guī)程時,應充分利用地質(zhì)預防和礦壓觀測得到的基礎資料,做好工作面的支護設計和制定頂板管理措施,并切實貫徹執(zhí)行有關技術政策和先進技術,保證其科學性和針對性,同時還要根據(jù)生產(chǎn)條件和地質(zhì)變化及時制定相應補充措施。組隊要認真學習作業(yè)規(guī)程,并按規(guī)定進行考核,按作業(yè)規(guī)程作業(yè)。

  (2)支護設計應做到:第一,支架的支護特性與頂?shù)装鍡l件相適應。急增阻摩擦支柱適用于頂板下沉量小于100 mm、高度1.3 m以下的緩斜煤層;微增阻摩擦金屬支柱可用于頂板下沉量小于400 mm的緩斜或傾斜中厚煤層;單體液壓支柱可用于頂板下沉量小于600 mm的緩斜或傾斜煤層.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,確定合理的支護參數(shù)和布置方式。支護強度和支護密度是單體支柱工作面最重要的支護參數(shù)。支護強度較小,會引起大面積冒頂或頂板臺階下沉,易引發(fā)頂板事故。支護強度過大也帶來支架成本高,支設和回柱工作量大等缺點。有些情況下,過大的支護強度使支柱對老頂處于“限定變形”的工作方案下,老頂來壓時給直接頂較大的壓力,從而使直接頂破碎而引起冒頂。因此必須針對每個工作面,根據(jù)頂板具體條件,通過計算確定合理的支護強度和支護密度。單體支柱工作面基本支護的布置方式應根據(jù)頂板條件確定:不穩(wěn)定頂板采用齊梁齊柱加臨時貼幫柱(或超前梁布置);中等穩(wěn)定頂板采用齊梁齊柱或錯梁齊柱等布置;穩(wěn)定頂板可采用帶帽點柱布置。特種支護起著增強工作面支撐力和穩(wěn)定性,提高切頂和擋矸效果的作用。密集支柱一般在Ⅱ級以上老頂條件下使用;在老頂初次來壓和周期來壓時,要用戧棚、木垛或增加支護密度等措施。

 ?。ǎ常┻M一步落實好頂板管理責任制,從上到下,認真落實,層層負責。教育廣大職工干標準活、干放心活,按質(zhì)量標準化標準作業(yè)。

  一是加強支護材料的質(zhì)量管理,按設計每個支柱合格方能使用和嚴格執(zhí)行定期檢修制度;

  二是嚴格工程質(zhì)量管理,按設計要求支設和回收支柱;

  三是嚴格按規(guī)章制度執(zhí)行,不得違章指揮和違章作業(yè)。

 ?。ǎ矗┘訌娭ёo質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測。支護質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測是預防管理科學之一,通過對采煤面各部位頂板動態(tài)、支護質(zhì)量和不安全因素及其變化規(guī)律進行監(jiān)測和預報,及時制定可行的防范措施,可做到有效地控制頂板。

 ?。ǎ担╅_展安全班評估工作。開展班評估工作可以變靜態(tài)安全、質(zhì)量檢查為動態(tài)檢查,變定期檢查為日常檢查,及時反映現(xiàn)場的不安全隱患,立即加以整改,達到變事故后追查處理為超前預測預防的目的。特別是加強老頂來壓的預測預報,觀察、觀測頂板下沉速度的變化,當下沉速度突然增至某一范圍時,及時發(fā)出預報,采取加強支護等必要措施,以消除沿煤壁切頂或工作面壓垮型事故發(fā)生。

 ?。ǎ叮┘訌姷V井地質(zhì)工作。采掘工作面的頂板事故有相當一部分是因遇地質(zhì)變化而未能及時采取針對性措施引起的,做好地質(zhì)預報工作,對降低頂板事故具有重要意義。

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