煤矿顶板灾害分析及防治

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煤矿开采作业环境由于其特殊性，受地质条件及生产管理等因素影响非常大，任何一个环节出现问题，均有可能会产生安全事故，造成重大生命财产事故。总结以往数据可知，顶板灾害为最主要的安全事故之一，同时也是施工管理要点。想要消除此类灾害，必须要做好煤矿顶板控制与巷道支护，搭配各项新型机械设备，作为煤矿开采作业实施的保障，在维持较高作业效率的同时，减少安全事故的发生。

1煤矿顶板灾害分析

1.1工作面顶板灾害

为满足社会生产生活对煤炭资源的需求，现在有更多新型设备和技术被应用到煤矿开采中，机械化程度不断加强，且生产安全意识提高，现场管理更到位，顶板灾害产生的可能性降低。但在比较特殊的情况，如松软煤层、复合顶板、浅埋煤层及深度开采等，虽然可应用机械化开采，但依然会有较大可能发生顶板灾害事故。工作面顶板灾害主要可分为几类：a)煤壁处冒顶。煤壁松软度高或割煤高度太大，再加上支架空顶距大，这样未进行支护的部位便会出现冒顶情况。部分煤矿还会因为安全意识不到位或为了降低操作难度未及时进行支架支护而出现冒顶；b)地质构造区冒顶。一般地质构造区域煤岩破碎度较大，这样工作面在经过破碎区时，受构造应力和采动应力作用，破碎煤岩便会冒顶；c)出口处冒顶。一般机械设备多设置在工作面出口部位，控顶面积较大，应力也更为集中，出现冒顶的可能性增大；d)大面积冒顶。如果工作面顶板岩石厚度较大且坚硬度高，及顶板来压步距超过50m，一旦顶板自身强度无法满足上覆岩层与自重要求时，便会出现大面积的断裂垮落，会将采空区内的空气与瓦斯压出，产生强烈冲击，部分情况下甚至会诱发瓦斯事故，存在非常大的危险性。

1.2巷道顶板灾害

巷道顶板灾害在煤矿开采中也比较常见，根据其发生部位不同，可对其进行简单划分：a)掘进工作面冒顶。在对工作面进行掘进时，将煤岩破开后，顶部煤岩层失去控制，三向应力转变为平面应力，煤岩会发生卸压破坏，必须要及时进行支护，否则很容易形成冒顶问题。且对于已支护处理的顶部煤岩，如果支护强度不足，将会因为局部支护失效而造成冒顶；b)构造区巷道顶板。构造区顶板破碎或释放构造应力，也会出现顶板灾害。掘进工作面遇到不明构造时，并未对构造破碎区进行超前加固处理，受外部作用力影响出现冒顶事故的可能性非常大。尤其是构造应力较大时，释放构造应力时便会诱发冒顶，存在较大安全隐患。

2煤矿顶板灾害影响因素

2.1自然因素

煤矿开采作业受地质条件和开采作业影响较大，多种条件综合影响，且未采取任何防护措施，便有可能出现顶板灾害。就中国煤矿顶板灾害事故研究现状来看，已取得了有效成果，尤其是面对中国高度复杂的煤矿地质条件，通过对工作面顶板破碎度进行统计，已提出采用顶板破碎程度指标对顶板稳定类型进行划分的想法，且已初步掌握煤矿开采深度、煤层厚度对巷道高度及围岩应力大小的影响关系。

2.2技术因素

煤矿顶板灾害事故因为其产生的影响非常恶劣，一直都是煤矿开采施工管理和研究的要点，面对不断更新的施工技术与机械设备，想要有效改善事故发生概率，除了要基于地质条件进行分析外，还需结合所用开采技术与设备进行综合研究，评判事故发生可能性，然后将其作为防治措施实施的依据。就中国煤矿开采现状来看，生产技术水平持续提高，采掘工作面数量不断减少，出现顶板事故的地点也相应减少。同时在不断施工中掌握的技术手段持续积累，地质材料也逐渐完善，应用到的预测预报与防治技术手段更为先进，使得煤矿开采管理质量提升。

2.3管理因素
所有生产作业的有效进行均离不开可靠的管理，有效的管理措施为安全、可靠生产的关键，因此在进行煤矿顶板灾害事故分析时，需将管理因素纳入其中。管理制度为切实有效开采技术与措施落实的保障，而所有管理工作的实施，均需要由管理人员和施工人员技能水平和配合效率决定，各项因素综合决定了顶板灾害防治的有效性。

3煤矿顶板灾害防治措施

3.1科学评价顶板危险性

为提高煤矿开采综合效率，必须要提前对作业现场条件进行综合勘察，对工作面煤层地质条件有一个整体了解，并综合各项因素完成顶板的安全性评价，确定出危险区域，然后提出有针对性的防治措施，提高作业综合效率。其中，开采条件的掌握包括煤岩厚度、倾角、强度、水文条件等，同时对煤岩体物理力学性质参数进行专业测试，并掌握煤岩冲击倾向性特点，作为防治方案制定依据。同时，还要在确定地面三维地震探测结果的前提下，对工作面进行更为细致的地质勘察，根据工作面构造特点，判断是否存在异常情况，基于采掘区域实际情况对掘进施工方案进行调整和优化。另外，还可通过理论分析及数值模拟方法，对矿压强度进行预测，综合应力异常区和构造特点，确定各区域顶板灾害发生可能性，根据发生概率高低来采取对应措施处理，提高开采生产安全性。

3.2危险区域监测预警

对于已评测出的危险区域，可设置监测站来对该区域的围岩变形、支护受力及顶板离层等问题进行实时监测，结合位移与应力变化情况，确定其发生顶板灾害事故的概率，且在达到预警阈值时，便会自动发送告警信息。在接收到告警信息后，可通过检测支架工作阻力，对初撑力、来压步距、循环末阻力等进行分析，统计支架保压概率、安全阀开启率及初撑力合格率等，判断支架所处工作状态，便于及时对防治措施进行调整，减少冒顶、压架等事故的发生。

3.3施工方案优化调整

施工开采方案是否科学可行，也会对顶板灾害发生概率产生较大影响，因此需提前基于各项因素来对方案进行优化调整，以便有效应对地质条件突然变化及支护失效等问题的发生。以采掘工作面开采条件和顶板安全性评价结果为依据，对原有设计方案进行调整，消除顶板灾害发生条件。例如采区布置和采掘接替调整，以免应力过于集中和动压叠加，提高支护处理科学性与可靠性，同时制定针对危险区顶板灾害监测与预警方案，将各项防治措施落实到位。

4结语

以减少煤矿顶板灾害事故发生为目的，对各项影响因素进行分析，基于实际情况确定优化方法，确定事故防治要点与方法，争取通过各项措施的应用，来提高煤矿开采作业的安全性。

作者:申明明 单位:霍州煤电集团安全监察局