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北京消防|普采工作面頂板事故的防治|消防檢測|電氣檢測
發(fā)布日期：2019-02-02 12:47:38
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(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)脑颉⒁?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(yù)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(yīng)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(jìn)，松動圈逐漸擴(kuò)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(jìn)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(jìn)行“強(qiáng)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。
?。保?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(hù)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；
?。ǎ常┏醮畏彭敽?，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；
?。ǎ担┲е窗匆笾гO(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；
（６）回柱一般均為工人直接操作，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%uB0～４５%uB0，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。回采后裂縫擴(kuò)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(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)е鶆偫?，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(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(qiáng)，工作面單體液壓支柱有個別漏液現(xiàn)象；三是初采初放責(zé)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(yù)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；
?。ǎ常┲е匆笾гO(shè)，保質(zhì)保量，使支柱都能達(dá)到設(shè)計的初撐力和支護(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，同時防止冒落矸石竄入工作面推倒支柱；
（５）如果強(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；
?。ǎ叮┏醮畏彭敃r，選擇有經(jīng)驗的工人操作，并且有技術(shù)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(yù)兆，一旦發(fā)現(xiàn)冒頂預(yù)兆，現(xiàn)場人員應(yīng)迅速采取有效應(yīng)急措施。
?。?老頂初次來壓和周期來壓時的冒頂事故
２．１ 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(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，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?br>
老頂在初次來壓和周期來壓時，垮落步距較大、面積大、強(qiáng)度高，并且可能伴隨發(fā)生動壓沖擊，礦壓顯現(xiàn)較強(qiáng)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(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，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(hù)強(qiáng)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；
?。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，壓垮工作面，造成事故；
（４）來壓前，支承壓力的集中，使老頂斷裂線附近頂板破碎，當(dāng)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(dāng)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(hù)。當(dāng)工作面推進(jìn)距開切眼４８ ｍ時，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(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，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。
２．４ 老頂初次來壓及周期來壓時冒頂事故的預(yù)防措施
?。ǎ保┘訌?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)程的實施。編制作業(yè)規(guī)程時，應(yīng)充分利用地質(zhì)預(yù)防和礦壓觀測得到的基礎(chǔ)資料，做好工作面的支護(hù)設(shè)計和制定頂板管理措施，并切實貫徹執(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(yīng)補(bǔ)充措施。組隊要認(rèn)真學(xué)習(xí)作業(yè)??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，會引起大面積冒頂或頂板臺階下沉，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。有些情況下，過大的支護(hù)強(qiáng)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(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(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(hù)密度等措施。
（３）進(jìn)一步落實好頂板管理責(zé)任制，從上到下，認(rèn)真落實，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)計每個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)。
?。ǎ矗┘訌?qiáng)支護(hù)質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測。支護(hù)質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測是預(yù)防管理科學(xué)之一，通過對采煤面各部位頂板動態(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)測和預(yù)報，及時制定可行的防范措施，可做到有效地控制頂板。
（５）開展安全班評估工作。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(dá)到變事故后追查處理為超前預(yù)測預(yù)防的目的。特別是加強(qiáng)老頂來壓的預(yù)測預(yù)報，觀察、觀測頂板下沉速度的變化，當(dāng)下沉速度突然增至某一范圍時，及???發(fā)出預(yù)報，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)變化而未能及時采取針對性措施引起的，做好地質(zhì)預(yù)報工作，對降低頂板事故具有重要意義。
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