煤礦頂板管理及事故的預(yù)兆、預(yù)防和處理安全技術(shù)措施
煤礦頂板管理及事故的預(yù)兆、預(yù)防和處理安全技術(shù)措施
劉士平
簡(jiǎn)要描述頂板事故的分類，產(chǎn)生的原因、預(yù)兆、預(yù)防及處理方法。
礦井在開采過程中采掘工作面或已掘的巷道內(nèi)所發(fā)生的冒頂、片幫、掉矸等造成的人身傷亡和生產(chǎn)事故統(tǒng)稱為頂板事故。
頂板事故是煤礦五大災(zāi)害之一，掌握冒頂事故的預(yù)兆及其預(yù)防措施是煤礦安全生產(chǎn)的重要保證。頂板事故對(duì)礦井安全生產(chǎn)危害性極大，據(jù)統(tǒng)計(jì)冒頂事故所占的比例占其他事故的60%以上，傷亡人數(shù)40%左右。因此我們必須掌握煤礦安全冒頂事故的原因、預(yù)兆，研究有效預(yù)防措施，以降低煤礦頂板事故的發(fā)生，保證煤礦的安全生產(chǎn)。
第一節(jié) 頂板事故分類
一、頂板的分類
1、偽頂：直接位于煤層之上較薄的軟巖層。通常是泥質(zhì)頁巖、泥巖，富含植物化石，在采煤時(shí)隨落煤面垮落，不易支護(hù)，容易影響煤質(zhì)。
2、直接頂：位于偽頂或煤層(無偽頂時(shí))之上的泥巖、頁巖、粉砂巖或細(xì)砂巖，具有一定的穩(wěn)定性，它隨回柱面垮落。
3、老頂(基本頂)：位于直接頂(無直接頂時(shí))之上較堅(jiān)硬的巖層，多為砂巖、礫巖、石灰?guī)r，它能在采空區(qū)較長時(shí)間內(nèi)維持很大面積不垮落。
二、頂板事故的分類
1、按造成冒頂?shù)牧υ醇笆┝Ψ较蚍?/p>
①壓垮型冒頂
因支護(hù)強(qiáng)度不足，頂板來壓時(shí)壓垮支架而造成的冒頂事故。
②漏垮型冒頂
由于頂板破碎，支護(hù)不嚴(yán)而引起的頂板巖石冒落的冒頂事故。
③推垮型冒頂
因復(fù)合型頂板條件下或大塊游離頂板作用使大量支架傾斜而造成的冒頂。
2、按冒頂?shù)姆秶?/p>
①局部冒頂
指頂板冒落范圍不大，傷亡人數(shù)不多(1-2人)的冒頂。實(shí)際生產(chǎn)中局部冒頂?shù)拇螖?shù)遠(yuǎn)大于大型冒頂，約占采面頂板事故的70%，危害也比較大。
②大型冒頂
指冒頂范圍較大，傷亡人數(shù)多，而且來勢(shì)兇猛，處理起來難度較大的冒頂。
第二節(jié) 工作面冒頂事故的基本規(guī)律
一、事故頻率
頂板破碎或不穩(wěn)定頂板事故多，約占全部工作面頂板事故的70%-80%。中等穩(wěn)定和部分穩(wěn)定頂板事故少，約占全部工作面頂板事故的20%-30%，堅(jiān)硬頂板事故冒落面積大，往往造成重大惡性事故。
二、冒頂?shù)攸c(diǎn)
大多發(fā)生在煤壁線、切頂線和工作面端頭附近地點(diǎn)。
三、支護(hù)形式和機(jī)械化程度
安全狀況：綜合機(jī)械化采煤>普通機(jī)械化采煤>高檔炮采>炮采
四、頂板來壓
冒頂事故多發(fā)生在頂板來壓期間，約占頂板事故的60%-70%，尤其在直接頂和老頂來壓期間事故更多。
五、煤層條件
煤層傾角越大，煤層厚度越厚，其事故發(fā)生頻率越高，復(fù)合煤層頂板的事故率超過簡(jiǎn)單構(gòu)造煤層事故率。
六、回采工序
回柱放頂事故率約占30%-50%，且炮采和普采采煤最后回柱的瞬間發(fā)生事故的概率較高。
七、地質(zhì)構(gòu)造
頂?shù)装迤鸱黄交虼蟛筛吆苋菀自斐善瑤秃屯频怪Ъ?，斷層破碎帶容易發(fā)生冒頂。
第三節(jié) 冒頂?shù)念A(yù)兆、原因、防治措施
一、冒頂?shù)念A(yù)兆
在頂板事故發(fā)生前一般都有預(yù)兆，這些預(yù)兆可分為以下幾個(gè)方面：
1、聲音方面的預(yù)兆：老頂斷裂時(shí)會(huì)發(fā)出鳴炮聲、悶雷聲，在老頂?shù)膲毫ο轮苯禹斊扑?、發(fā)出破裂聲，支護(hù)設(shè)備有劈裂聲。
2、直接頂上的預(yù)兆：在壓力作用下直接頂下沉速度加快，下沉量增大，直接頂裂隙條數(shù)增多并加寬，出現(xiàn)掉渣、“下矸石雨”現(xiàn)象，頂板彎曲下沉。
3、支護(hù)設(shè)備上的預(yù)兆：在壓力作用下，采掘空間的支柱受力增大出現(xiàn)鉆底?；钪驴s速度加快，下縮量加大現(xiàn)象，有時(shí)支柱被壓裂、壓斷或有支柱整體向一側(cè)傾斜。
4、煤壁上的預(yù)兆：煤壁在壓力作用下被壓酥，出現(xiàn)片幫速度加快，片幫量加大現(xiàn)象。
5、壓力顯現(xiàn)預(yù)兆：地板鼓起、瓦斯增大、淋水增大。
二、冒頂?shù)脑?/p>
1、因作用在支架上的載荷過大引起的冒頂。
①由于巖石容重過大;②由于煤層厚度增大;③由于采空區(qū)矸石墊形成緩慢;④由于采空區(qū)充填不滿;⑤由于覆蓋巖層的巖石自承能力降低;⑥由于采空區(qū)冒落矸石碎漲系數(shù)小。
2、因臨近巖石的滑動(dòng)而引起的頂板冒落
①由于巖石容重增大;②由于頂板或地板地質(zhì)構(gòu)造的變化;③由于巖石傾角的意外變化;④由于裂隙的摩擦系數(shù)減少。
3、因支護(hù)不及時(shí)引起的頂板冒落
①在時(shí)間上(如：支架性能不合適，地板突然破壞);②在空間上(如：傾斜工作面因矸石下滑面推到支架，煤壁附近頂板支護(hù)不好，偏心載荷作用在支架上，頂梁與頂板接觸不好)。
4、因煤壁片幫引起的頂板冒落
①由于重力(如：工作面片幫、煤壁向傾斜方向下滑);②由于煤層開采釋放的各種力(如煤巖突出);③由于煤層內(nèi)瓦斯壓力所作用的力(如：煤和瓦斯突出)。
三、防治冒頂?shù)拇胧?/p>
1、支護(hù)方式要與頂板的巖性相適應(yīng)，不同巖性的頂板要采取不同的支護(hù)方式。
2、采煤以后要及時(shí)支護(hù)，特別是對(duì)于破碎松軟頂板，一定要及時(shí)支護(hù)，縮短頂板的懸露時(shí)間。普采工作面要及時(shí)掛梁，綜采工作面要跟緊采煤機(jī)后移架，掘進(jìn)工作面要采用前探梁支護(hù)。
3、普通機(jī)械化采煤，在整體推移運(yùn)輸機(jī)時(shí)要采取有效措施，采用邊移運(yùn)輸機(jī)邊去掉臨時(shí)柱，并緊跟著打基本支柱的方法。
4、工作面上下出口處要設(shè)有特殊支護(hù)。因?yàn)樵谏舷鲁隹谔幙枕斆娣e大，頂板外露時(shí)間長，在超前壓力作用下頂板下沉量大，另外在移機(jī)頭機(jī)尾時(shí)，反復(fù)支撤支柱，對(duì)頂板破壞很大更易冒頂。所以在上下出口處一般都加設(shè)抬棚和大梁。
5、炮采工作面防止放炮崩到棚子。一是炮眼布置必須合理，裝藥量要適當(dāng);二是支護(hù)質(zhì)量必須合格，要牢固有勁，不搭在浮煤上(如放炮崩到棚子，必須及時(shí)架設(shè)，不許空頂)。
6、堅(jiān)持工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)，有效縮短工作面頂板懸露的時(shí)間，從而減小頂板下沉量，實(shí)現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)，工作面支護(hù)整齊有力，不易折斷，使頂板有效得到控制。
7、堅(jiān)持“敲幫問頂”制度，人員進(jìn)入工作面后首先進(jìn)行“敲幫問頂”工作，檢查頂板，對(duì)已經(jīng)離層的頂板要處理下來，處理不下來時(shí)要打點(diǎn)柱支撐，防止冒頂傷人。
8、采取正確的回柱方法，嚴(yán)格執(zhí)行放頂程序，特別是對(duì)每茬的交接處的最后一兩棵柱子要特別小心，嚴(yán)禁違章回柱。
第四節(jié) 處理冒頂?shù)脑瓌t及方法
一、處理頂板事故的一般原則
處理頂板事故的主要任務(wù)是搶救遇險(xiǎn)人員，恢復(fù)通風(fēng)和盡快恢復(fù)生產(chǎn)等。
盡快搶救遇險(xiǎn)人員是處理冒頂事故的第一要?jiǎng)?wù)，整個(gè)搶救遇險(xiǎn)人員的工作應(yīng)遵循下列原則：
1、發(fā)生事故后，必須按照《煤礦安全規(guī)程》《礦井災(zāi)害預(yù)防處理計(jì)劃》的要求積極、及時(shí)地進(jìn)行處理事故工作。嚴(yán)禁盲目蠻干和驚慌失措。
2、充分利用現(xiàn)有的人力、設(shè)備和材料，全力以赴地進(jìn)行搶救工作，行動(dòng)中必須堅(jiān)持統(tǒng)一指揮和嚴(yán)密的組織，嚴(yán)禁各行其事和單獨(dú)行動(dòng)。
3、要根據(jù)事故的情況和客觀條件，采取合理有效的措施，將事故控制在最小程度，防止事故擴(kuò)大。
4、搶救過程中必須切實(shí)注意安全，要有防止事故區(qū)條件惡化、保證搶救人員人身安全的措施，特別要避免頂幫二次垮落等再生事故的發(fā)生。
5、搶救遇險(xiǎn)人員時(shí)，搶救人員首先要檢查冒頂?shù)攸c(diǎn)附近支架情況，對(duì)折損、歪扭、變形的支架，要立即處理好，以保證在搶救埋壓人員時(shí)的退路安全。其次要根據(jù)頂板情況，在保證搶救人員和搶救工作方便的情況下，因地制宜的進(jìn)行支護(hù)，阻止冒頂進(jìn)一步擴(kuò)大。在檢查架設(shè)的支架牢固可靠后，先指派專人觀山，然后才能清理埋壓人員附近冒落的矸石、浮煤，直把遇險(xiǎn)人員搶救出來。在搶救過程中可用長木棍向遇險(xiǎn)人員送飲料和食物，利用壓風(fēng)管向遇險(xiǎn)人員送入新鮮空氣。利用喊話，振奮遇難者的精神，穩(wěn)定情緒。在清理矸石時(shí)，要小心使用工具，以免傷害遇險(xiǎn)人員。如果有遇險(xiǎn)人員被大塊巖石壓住，應(yīng)采用液壓千斤頂?shù)裙ぞ甙汛髩K巖石頂起，將人員迅速救出。在遇險(xiǎn)者肢體被埋壓環(huán)境條件特別惡劣，對(duì)遇險(xiǎn)人員及搶救人員生命有較大威脅時(shí)，可采取被壓者截肢的辦法立即將遇難者救出。
.二、冒頂?shù)奶幚矸椒?/p>
1、采煤工作面發(fā)生小范圍冒頂，頂板沒有冒實(shí)，頂板矸石已暫時(shí)停止下落，一般采用陶梁窩、探大梁、單體柱、單腿棚或懸掛鉸接頂梁進(jìn)行處理。
2、當(dāng)冒頂范圍大且冒頂區(qū)穩(wěn)定一般采取從冒頂兩端向中間進(jìn)行探梁架棚處理。若冒頂矸石不停往下流，冒頂區(qū)不穩(wěn)定要采取撞楔法處理。
3、當(dāng)冒頂范圍大，人員堵在中間，處理難度大時(shí)可沿煤壁開小洞，架設(shè)梯形棚子接近被埋壓人員。
4、當(dāng)冒頂范圍大處理困難但無埋壓人員時(shí)，可將運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾縮短到冒頂區(qū)下方向前推進(jìn)3-5m時(shí)，再向上掘進(jìn)甩掉冒頂區(qū)。
5、在處理冒頂前首先對(duì)冒頂區(qū)兩端進(jìn)行加固，防止冒頂擴(kuò)大，大坡度采煤工作面必須堅(jiān)持自上而下進(jìn)行處理。
思考題
一、什么叫直接頂?
答：位于偽頂或煤層(無偽頂時(shí))之上的泥巖、頁巖、粉砂巖或細(xì)砂巖，具有一定的穩(wěn)定性，它隨回柱面垮落。
二、冒頂分幾種類型?
答：1、按造成冒頂?shù)牧υ醇笆┝Ψ较蚍?/p>
①壓垮型冒頂
②漏垮型冒頂
③推垮型冒頂
2、按冒頂?shù)姆秶?/p>
①局部冒頂
②大型冒頂
三、冒頂?shù)念A(yù)兆是什么?
答：頂板有鳴炮聲、悶雷聲、支架有破裂聲，頂板裂隙、掉渣、彎曲下沉，煤壁片幫量增大、底板鼓起、瓦斯增大、淋水增大。
