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淺談普采工作面頂板事故的防治

作者:尹殿平  
評(píng)論: 更新日期:2009年08月27日

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

  關(guān)鍵詞:普采工作面;冒頂事故;安全生產(chǎn)

  煤礦冒頂事故對(duì)礦井安全生產(chǎn)危害極大,據(jù)煤礦事故統(tǒng)計(jì),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(shí)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(shí)所占比例較大。而回采工作面又以普采工作面較為嚴(yán)重:一是普采工作面數(shù)量多;二是由于普采工作面機(jī)械化水平較綜采工作面低,抗災(zāi)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)。

  1 直接頂初次放頂時(shí)的冒頂事故原因分析和預(yù)防

  1.1 初次放頂特點(diǎn)

  煤層在開采之前,它同巖層在各個(gè)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(dòng)變形,尋求新的應(yīng)力平衡,在頂板上方形成了暫時(shí)平衡的巖石松動(dòng)圈,這時(shí)工作面支架主要支撐的是松動(dòng)圈內(nèi)巖石重量。工作面開始回采,向前推進(jìn),松動(dòng)圈逐漸擴(kuò)大,支架受力很快增加,這時(shí)如不采取措施,巖層就會(huì)壓垮支架,以致發(fā)生冒頂事故。因此,一般在開切眼推進(jìn)6 m~20 m后,就及時(shí)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(jìn)行“強(qiáng)制放頂”。直接頂初次放頂?shù)奶攸c(diǎn)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(shí),一次回柱范圍較大,頂板冒落范圍也較大;三是回柱時(shí)人工操作量大,時(shí)間較長。

 ?。保?初次放頂時(shí)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(shí),放頂前頂板壓力大于支護(hù)阻力,易發(fā)生壓垮工作面的頂板事故;

 ?。ǎ玻┏醮畏彭斆娣e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;

  (4)回柱方法不合理,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(shè),初撐力不足,造成頂板下沉量過大或支護(hù)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;

 ?。ǎ叮┗刂话憔鶠楣と酥苯硬僮?,因此發(fā)生傷人事故的機(jī)率較大。

 ?。保?事故案例

  案例1:南桐某礦,6號(hào)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(jiān)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(kuò)展,回柱時(shí)發(fā)生大塊頂板向煤壁或傾斜方向的推垮事故。事故原因?yàn)椋夯刂鶗r(shí)一次垮落頂板范圍較大,形成沖擊力,推倒支柱,減小支護(hù)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(jī)頭向機(jī)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?yán)?,支柱剛拉倒,整個(gè)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(hù)質(zhì)量低劣,在煤壁側(cè)發(fā)現(xiàn)頂板礦壓顯現(xiàn)有裂縫痕跡,未采取及時(shí)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(duì)性不強(qiáng),工作面單體液壓支柱有個(gè)別漏液現(xiàn)象;三是初采初放責(zé)任制不落實(shí),違章指揮、違章作業(yè)。

  1.4 初次放頂時(shí)冒頂事故的預(yù)防措施

 ?。ǎ保┽槍?duì)具體直接頂條件,確定合理的直接頂初次放頂步距;

  (2)初次放頂時(shí),力爭(zhēng)一次放頂成功,使直接頂完全冒落后,才能繼續(xù)采煤;

 ?。ǎ常┲е匆笾гO(shè),保質(zhì)保量,使支柱都能達(dá)到設(shè)計(jì)的初撐力和支護(hù)阻力;

 ?。ǎ矗┘訌?qiáng)切頂線的支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)密度,保證在切頂線處切頂,同時(shí)防止冒落矸石竄入工作面推倒支柱;

 ?。ǎ担┤绻麖?qiáng)制放頂,必須嚴(yán)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;

  (6)初次放頂時(shí),選擇有經(jīng)驗(yàn)的工人操作,并且有技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指揮;

 ?。ǎ罚┕ぷ髅婀と?,尤其是班組長必須掌握工作面頂板冒頂?shù)念A(yù)兆,一旦發(fā)現(xiàn)冒頂預(yù)兆,現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)迅速采取有效應(yīng)急措施。

 ?。?老頂初次來壓和周期來壓時(shí)的冒頂事故

 ?。玻?初次來壓和周期來壓的特點(diǎn)

  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(dāng)工作面繼續(xù)推進(jìn),老頂懸露面積越來越大,當(dāng)超過它本身強(qiáng)度,梁的平衡受到破壞,老頂折斷垮落,它給工作面一個(gè)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(jìn),老頂呈懸梁狀態(tài)存在,當(dāng)懸臂長度達(dá)到一定長度時(shí),折斷垮落。隨工作面推進(jìn),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(shí),垮落步距較大、面積大、強(qiáng)度高,并且可能伴隨發(fā)生動(dòng)壓沖擊,礦壓顯現(xiàn)較強(qiáng)烈,一般具有以下特點(diǎn):一是由于老頂?shù)膭×一顒?dòng),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(tái)階下沉等現(xiàn)象;三是老頂折斷垮落時(shí),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(shí)伴有暴風(fēng)。

  2.2 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?,工作面壓力較小,當(dāng)使用增阻支柱時(shí),支柱不牢,來壓時(shí)極易失穩(wěn),造成切頂事故。

 ?。ǎ玻﹣韷呵埃捎谥ёo(hù)強(qiáng)度不夠,造成直接頂與老頂離層,來壓時(shí),老頂對(duì)直接頂形成沖擊引起推垮工作面事故;

 ?。ǎ常┕ぷ髅嬷ёo(hù)強(qiáng)度不夠或剛性支護(hù)(如木支柱),老頂來壓時(shí),壓垮工作面,造成事故;

 ?。ǎ矗﹣韷呵埃С袎毫Φ募?,使老頂斷裂線附近頂板破碎,當(dāng)沒有防止冒頂措施時(shí),來壓時(shí)易發(fā)生局部冒頂事故;

 ?。ǎ担﹣韷簳r(shí)造成煤壁大量片幫,當(dāng)開采厚度較大時(shí),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(hù)。當(dāng)工作面推進(jìn)距開切眼48 m時(shí),老頂初次來壓,從煤壁處強(qiáng)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(hù)能力不足,造成直接頂和老頂?shù)碾x層,來壓時(shí)老頂對(duì)直接頂形成動(dòng)壓沖擊作用,發(fā)生沖擊砸垮型事故;沒有根據(jù)實(shí)際情況制定針對(duì)性的安全技術(shù)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(xì)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(dāng)老頂初次來壓時(shí),沿煤壁切斷直接頂。由于工作面沿偽斜向上推進(jìn),離層斷裂巖層帶動(dòng)支柱向下滑動(dòng),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(shí)切斷直接頂,使直接頂成為獨(dú)立的“六面體”;二是沒有防止老頂向下滑動(dòng)的措施。

 ?。玻?老頂初次來壓及周期來壓時(shí)冒頂事故的預(yù)防措施

  (1)加強(qiáng)礦井頂板管理的基礎(chǔ)工作。認(rèn)真編制合理的作業(yè)規(guī)程,嚴(yán)格作業(yè)規(guī)程的實(shí)施。編制作業(yè)規(guī)程時(shí),應(yīng)充分利用地質(zhì)預(yù)防和礦壓觀測(cè)得到的基礎(chǔ)資料,做好工作面的支護(hù)設(shè)計(jì)和制定頂板管理措施,并切實(shí)貫徹執(zhí)行有關(guān)技術(shù)政策和先進(jìn)技術(shù),保證其科學(xué)性和針對(duì)性,同時(shí)還要根據(jù)生產(chǎn)條件和地質(zhì)變化及時(shí)制定相應(yīng)補(bǔ)充措施。組隊(duì)要認(rèn)真學(xué)習(xí)作業(yè)規(guī)程,并按規(guī)定進(jìn)行考核,按作業(yè)規(guī)程作業(yè)。

 ?。ǎ玻┲ёo(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)做到:第一,支架的支護(hù)特性與頂?shù)装鍡l件相適應(yīng)。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(hù)參數(shù)和布置方式。支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)密度是單體支柱工作面最重要的支護(hù)參數(shù)。支護(hù)強(qiáng)度較小,會(huì)引起大面積冒頂或頂板臺(tái)階下沉,易引發(fā)頂板事故。支護(hù)強(qiáng)度過大也帶來支架成本高,支設(shè)和回柱工作量大等缺點(diǎn)。有些情況下,過大的支護(hù)強(qiáng)度使支柱對(duì)老頂處于“限定變形”的工作方案下,老頂來壓時(shí)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(duì)每個(gè)工作面,根據(jù)頂板具體條件,通過計(jì)算確定合理的支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)密度。單體支柱工作面基本支護(hù)的布置方式應(yīng)根據(jù)頂板條件確定:不穩(wěn)定頂板采用齊梁齊柱加臨時(shí)貼幫柱(或超前梁布置);中等穩(wěn)定頂板采用齊梁齊柱或錯(cuò)梁齊柱等布置;穩(wěn)定頂板可采用帶帽點(diǎn)柱布置。特種支護(hù)起著增強(qiáng)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(jí)以上老頂條件下使用;在老頂初次來壓和周期來壓時(shí),要用戧棚、木垛或增加支護(hù)密度等措施。

 ?。ǎ常┻M(jìn)一步落實(shí)好頂板管理責(zé)任制,從上到下,認(rèn)真落實(shí),層層負(fù)責(zé)。教育廣大職工干標(biāo)準(zhǔn)活、干放心活,按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)。

  一是加強(qiáng)支護(hù)材料的質(zhì)量管理,按設(shè)計(jì)每個(gè)支柱合格方能使用和嚴(yán)格執(zhí)行定期檢修制度;

  二是嚴(yán)格工程質(zhì)量管理,按設(shè)計(jì)要求支設(shè)和回收支柱;

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

  (4)加強(qiáng)支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是預(yù)防管理科學(xué)之一,通過對(duì)采煤面各部位頂板動(dòng)態(tài)、支護(hù)質(zhì)量和不安全因素及其變化規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào),及時(shí)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(píng)估工作。開展班評(píng)估工作可以變靜態(tài)安全、質(zhì)量檢查為動(dòng)態(tài)檢查,變定期檢查為日常檢查,及時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)的不安全隱患,立即加以整改,達(dá)到變事故后追查處理為超前預(yù)測(cè)預(yù)防的目的。特別是加強(qiáng)老頂來壓的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),觀察、觀測(cè)頂板下沉速度的變化,當(dāng)下沉速度突然增至某一范圍時(shí),及時(shí)發(fā)出預(yù)報(bào),采取加強(qiáng)支護(hù)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?qiáng)礦井地質(zhì)工作。采掘工作面的頂板事故有相當(dāng)一部分是因遇地質(zhì)變化而未能及時(shí)采取針對(duì)性措施引起的,做好地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,對(duì)降低頂板事故具有重要意義。

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