如何加強煤礦井下頂板的管理

一、前言

頂板事故在煤礦生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生，冒落的形式各種各樣，冒落的原因也錯綜復(fù)雜。冒頂?shù)牡男纬墒怯蓛?nèi)因和外因兩方面的因素構(gòu)成的。內(nèi)因是煤層頂?shù)装宓牡刭|(zhì)條件，其中頂?shù)装鍘r層的組合結(jié)構(gòu)是決定冒頂?shù)年P(guān)鍵因素，外因是人為的不合理的頂板管理和生產(chǎn)技術(shù)因素。因此，通過分析內(nèi)因和外因?qū)е马敯迕奥涞脑?，采取相?yīng)措施，減少冒頂事故的發(fā)生。

二、常見冒頂事故的預(yù)兆

（一）局部冒頂?shù)念A(yù)兆

1、工作面遇有小地質(zhì)構(gòu)造，由于構(gòu)造破壞了巖層的完整性，容易發(fā)生局部冒頂。

2、頂板裂隙張開、裂隙增多，敲幫問頂時，聲音不正常。

3、頂板裂隙內(nèi)卡有活矸，并有掉碴、掉矸現(xiàn)象，掉大塊前往往先落小塊矸石。

4、煤層與頂板接觸面上，極薄的矸石不斷脫落。這說明劈理（即頂板的節(jié)理、裂隙和摩擦滑動面）張開，有冒頂?shù)目赡堋?/p>

5、淋頭水分離頂板劈理，常由于支護不及時而冒頂。

（二）大型冒頂?shù)念A(yù)兆

1、頂板的預(yù)兆

（1）頂板連續(xù)發(fā)生斷裂聲。這是由于直接頂和老頂發(fā)生離層，或頂板斷裂而發(fā)生的聲響。有時采空區(qū)頂板發(fā)生像悶雷一樣的聲音，有人叫“板炮”，這是老頂和上方巖層產(chǎn)生離層或斷裂的聲音。

（2）掉碴。頂板巖層破碎下落，一般由少變多，由稀變密。在人工假頂下，掉下的碎矸石和煤碴更多（俗稱“煤雨”），這是發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU信號。

（3）頂板裂隙增加或裂隙張開。頂板的裂隙，一種是地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的自然裂隙，一種是由于頂板下沉產(chǎn)生的采動裂隙。有經(jīng)驗的老工人說：“流水的裂縫有危險，因為它深；縫里有煤泥、水銹的不危險，因為它是老縫；茬口新的有危險，因為它是新生的”。人們常常在裂縫中插上楔子，看它是否松動或掉下來，觀察裂縫是否擴大，以便做出預(yù)報。

（4）脫層。頂板快要冒落的時候，往往出現(xiàn)脫層現(xiàn)象。檢查是否脫層可用“問頂”的方法，如果聲音清脆，表明頂板完好；如果頂板發(fā)出“空空”的響聲，說明上下巖層已經(jīng)脫離。

2、煤壁的預(yù)兆

由于冒頂前壓力增加，煤壁受壓后，煤質(zhì)變軟，片幫增多，使用電鉆打眼時，鉆眼省力，用采煤機割煤時負荷減少。

3、支架的預(yù)兆

使用木支架時，支架大量折斷、壓劈并發(fā)出聲音；使用金屬摩擦支柱時，活柱急劇下縮發(fā)出強烈的金屬摩擦聲，大量柱鎖變形、柱體被壓壞；使用單體液壓支柱時，大量支柱的安全閥自動放液，損壞的支柱比平時大量增加。

底板松軟或底板留有底夾石，丟底煤時，支柱會大量壓入底板。

4、工作面其它預(yù)兆

含有瓦斯的煤層，冒頂前瓦斯涌出量突然增大。有淋水的頂板，淋水量增加。

三、頂板事故的原因

在采礦生產(chǎn)活動中，頂板事故是最常見的事故，引發(fā)頂板事故的原因有：

1、采礦方法不合理和頂板管理不善。采礦方法不合理，采掘順序、鑿巖爆破、支架放頂?shù)茸鳂I(yè)不妥當(dāng)，是導(dǎo)致這類事故發(fā)生的重要原因。

2、缺乏有效支護。支護方式不當(dāng)、不及時支護或缺少支架、支架的初撐力與頂板壓力不相適應(yīng)，是造成此類事故的另一重要原因。

3、檢查不周和疏忽大意。在頂板事故中，很多事故都是由于事先缺乏認真、全面的檢查，疏忽大意，沒有認真執(zhí)行“敲幫問頂”制度等原因造成的。

4、地質(zhì)條件不好。斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造形成破碎帶，或者由于節(jié)理、層理發(fā)育，破壞了頂板的穩(wěn)定性，容易發(fā)生頂板事故。

5、地壓活動。地壓活動也是頂板事故的一個重要原因。

6、其它原因。不遵守操作規(guī)程、發(fā)現(xiàn)問題不及時處理。工作面作業(yè)循環(huán)不正規(guī)、爆破崩倒支架等，都容易引起頂板事故。

四、頂板事故的防治措施

1、掘進工作面冒頂?shù)姆乐?/p>

（1）掘進工作面嚴(yán)禁空頂作業(yè)，作業(yè)規(guī)程中必須制定使用金屬前探梁的措施。在爆破前必須加固靠近工作面10米范圍內(nèi)的支護，爆破中破壞的支架必須及時修復(fù)，必須檢查幫頂，并由外向里逐架進行，爆破后嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，必須進行前探支護后方可進入工作面作業(yè)。在松軟的的煤、巖層或地質(zhì)破碎帶、斷層、等掘進巷道時必須采取前探支護或其它措施。

（2）根據(jù)掘進頭性質(zhì)，選擇巷道支護方式，嚴(yán)格控制空頂距。當(dāng)掘進頭遇到斷層褶曲等地質(zhì)構(gòu)造破壞帶，或?qū)永砹严栋l(fā)育的巖層時，棚子應(yīng)緊靠掘進頭并縮小棚距，必要時還要打重柱以抗突然來壓。

（3）巷道支架應(yīng)有足夠的支護強度以抗衡圍巖的壓力。巷道支架所能承受的變形量，應(yīng)與巷道使用期間圍巖可能的變形量相適應(yīng)，盡可能做到支架與圍巖共同承載。支架選型時，盡可能采用有初承力的支架，特別注意頂與幫的背嚴(yán)背實問題，杜絕支架與圍巖間的空頂、空幫現(xiàn)象。凡因支護失效而空頂?shù)牡攸c，重新支護時應(yīng)先護頂，再施工。巷道替換支架時，必須先支新支架，再拆老支架。

（4）在易發(fā)生推垮型冒頂?shù)南锏乐校岣呦锏乐Ъ艿姆€(wěn)定性，可以在巷道的支架間用拉撐件連接固定，增加架棚的穩(wěn)定性，以防推到。傾斜巷道中支架被推倒的可能性更大，其支架間拉撐件的強度、密度要適當(dāng)加大。

（5）掘進巷道交岔點施工前，開岔口應(yīng)避開原來冒頂?shù)姆秶?，必須在開口抬棚支設(shè)穩(wěn)定后再拆除原巷道棚腿，不得過早拆除，切忌先拆棚后支架棚。當(dāng)開口處圍巖尖角被壓壞時，就及時加強抬棚穩(wěn)定性的措施。注意選用抬棚材料的質(zhì)量與規(guī)格，保證抬棚有足夠的強度。

（6）錨桿巷道掘進時，嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，打眼前應(yīng)將頂上的險矸活石清理后，方可作業(yè)；錨網(wǎng)巷道掘進時，必須嚴(yán)格執(zhí)行前探梁制度，嚴(yán)禁空頂作業(yè)，錨桿的長度、空頂距、錨固力、錨索間距等質(zhì)量要求都必須在作業(yè)規(guī)程中明確規(guī)定；遇斷層及構(gòu)造、頂板破碎時，要及時改變支護，予以加固；錨噴巷道初噴要緊跟工作面，嚴(yán)禁空頂作業(yè)，空頂距要符合作業(yè)規(guī)程的要求；采用錨噴支護的巷道必須采用光面爆破，噴漿用的砂子、石子，必須經(jīng)過篩選，符合規(guī)程要求。臨時支護及時并緊跟迎頭。

（7）有水患威脅的巷道掘進必須堅持“有疑必探、先探后掘”的探放水原則。正常情況，磧頭每班打眼深度不小于5米；有異?，F(xiàn)象（或已知前方有采空廢區(qū)）時，必須先進行探放水工程設(shè)計，制定探放水措施，規(guī)定好掘放安全距離；磧頭每班打探鉆眼深度平巷不低于20米，上山掘進時不低于40米；發(fā)現(xiàn)透水預(yù)兆時，必須立即停止作業(yè)，撤出人員，并報告礦領(lǐng)導(dǎo)處理。

（8）掘進工作面臨時停工時，巷道支架必須架設(shè)到掌子面，保持正常通風(fēng)，并隨時對巷道支護變化情況進行檢查。臨時封閉時，必須對巷道支護進行加固。恢復(fù)開工時，必須嚴(yán)格執(zhí)行開工檢查制度，并根據(jù)支護變化情況采取相應(yīng)的措施。

2、井巷維修的頂板管理

（1）礦井在進行巷道維修前必須制定施工安全措施，確定臨時支護方式，特別對片幫加強管理。在井巷維修前應(yīng)進行現(xiàn)場頂板鑒定，確定施工方法，采取針對性措施并向維修人員貫徹，施工中明確頂板監(jiān)護人員。維修巷道要執(zhí)行“先外后里、先支后撤、先上后下、先近后遠、先頂板后幫”的原則。

（2）加強巷道巡回檢查工作，及時除掉脫皮、危石、懸矸，對嚴(yán)重失修地段必須及時采取專門措施維護。加強巷道的修復(fù)，努力降低巷道的失修率。

（3）擴大斷面和維修井巷時，必須保證有（在發(fā)生冒頂堵塞井巷時）能撤出人員的安全出口。獨頭巷道必須由外向里逐架進行，嚴(yán)禁維修人員進入維修地點里側(cè)；嚴(yán)禁前后兩處同時維修；嚴(yán)禁前掘后修。傾斜巷道維修要由上向下進行。巷道對頭維修時，兩處都必須有安全出口，距離小于20米時停止一處作業(yè)。發(fā)生冒頂時必須木垛接頂。更換巷道支護時，必須先加固臨近支護，拆除和架設(shè)支架應(yīng)連續(xù)進行，在一架未完工之前，不得中止工作，嚴(yán)禁留尾巴工程。

（4）生產(chǎn)采區(qū)的巷道有連續(xù)3架失效支架或有冒頂危險時，必須立即處理，否則應(yīng)停止生產(chǎn)。必須加強獨頭井巷維修和掘進工作面的維護，如出現(xiàn)斷梁折柱、歪斜、彎曲、片幫、幫頂桿脫落、低矮等情況，必須停止作業(yè)，防止發(fā)生頂板冒落傷人、堵人事故。

(5) 巷道冒頂處理時應(yīng)由外向里逐架進行，支護要牢固，要有專人觀察頂板。傾斜巷道處理冒頂時，處理人員要有護身柱或護身板。

3、采煤工作面的頂板管理

（1）采煤工作面必須按作業(yè)規(guī)程的規(guī)定及時支護，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。所有支護必須架設(shè)牢固，并有防倒柱措施。嚴(yán)禁在浮煤或浮矸上架設(shè)支架。嚴(yán)禁在控頂區(qū)域內(nèi)提前摘柱。碰到或損壞、失效的支柱，必須立即恢復(fù)或更換。移動輸送機機頭、機尾需要拆除附近的支架時，必須先架好臨時支架?；夭晒ぷ髅鎯啥吮仨毷褂枚祟^支架或增加其它形式的支護，上下順槽距工作面出口20米范圍內(nèi)，必須加抬雙邊棚支護（拱形支架抬中棚支護）。

采煤工作面遇頂?shù)装逅绍浕蚱扑椤⑦^斷層、過老空、過煤柱或冒頂區(qū)以及托偽頂開采時，必須制定安全措施。

（2）采煤工作面必須經(jīng)常存有一定數(shù)量的備用支護材料。使用摩擦式金屬支柱或單體液壓支柱的工作面，必須備有坑木，其數(shù)量、規(guī)格、存放地點和管理方法必須在作業(yè)規(guī)程中規(guī)定。嚴(yán)禁使用破損的坑木、損壞的金屬頂梁、失效的摩擦式金屬支柱或單體液壓支柱。

在同一采煤工作面中，不得使用不同類型和不同性能的支柱。在地質(zhì)條件復(fù)雜的采煤工作面中，不得不使用不同類型的支柱時，必須制定安全措施。對摩擦式金屬支柱、金屬頂梁和單體液壓支柱，在采煤工作面回采結(jié)束后或使用時間超過8個月后，必須進行檢修。檢修好的支柱，還必須進行壓力實驗，合格后方可使用。

（3）采煤工作面必須及時回柱放頂或充填，控頂距超過作業(yè)規(guī)程時，禁止采煤。用垮落法控制頂板，切頂線必須懸掛擋矸簾，回柱后頂板不垮落、懸頂距離超過作業(yè)規(guī)程的規(guī)定時，必須停止采煤，采取人工強制放頂或其它措施進行處理。

采煤工作面采用密集支柱切頂時，必須打戧柱和叢柱或加木垛等特殊支護，兩段密集支柱之間必須留有寬0.5米以上的出口，出口間的距離和新密集支柱超前的距離，必須在作業(yè)規(guī)程中明確規(guī)定。采煤工作面采用無密集支柱切頂時，必須有防止工作面冒頂和矸石竄入工作面的措施。

（4）減少工作面控頂面積，加快工作面推進速度。生產(chǎn)實踐表明，回采工作面空間越大，支柱荷載和頂板下沉量增加越明顯。隨著頂板下沉量增加，頂板逐漸出現(xiàn)裂隙、剝落以致冒頂。工作面推進速度對頂板下沉量和冒頂影響也很大，尤其對松軟頂板影響更大。由于工作面進度慢，頂板下沉量大，木支架折損多，金屬支架上的壓力大，容易造成冒頂。而加快工作面推進速度，情況則相反。

減少工作面控頂面積的主要措施有：合理安排回采工藝，縮小空頂距，選用適宜的采煤設(shè)備，減少無支柱空間、煤壁片幫，及時處理懸伸頂板等。

加快工作面推進速度的主要措施有：及時支護，必要的超前支護，合理安排工序和勞動組織，實行正規(guī)循環(huán)作業(yè)，合理裝藥放炮減少崩柱等。

五、結(jié)束語

安全第一是煤礦生產(chǎn)的一項基本方針，搞好頂板管理是貫徹執(zhí)行這一方針的重要環(huán)節(jié)。煤礦各級領(lǐng)導(dǎo)和全體職工必須正確處理生產(chǎn)與安全的關(guān)系，堅持安全生產(chǎn)。

煤礦企業(yè)要加強采掘工作面現(xiàn)場支護質(zhì)量，及時消除隱患。掘進工作面要按照《作業(yè)規(guī)程》要求落實好前探支護措施，采掘工作面嚴(yán)禁空頂作業(yè)。加強現(xiàn)場安全檢查，發(fā)現(xiàn)事故隱患要盯住不放，及時采取措施處理，確保消除在萌芽狀態(tài)。

參考文獻：

1 李志成 方伯成：《煤礦地下開采》 云南大學(xué)出版社2009版

2 黎大明 粟才全：《煤礦工人崗位安全技術(shù)培訓(xùn)教材》 湖南人民出版社2006版

3 《煤炭安全規(guī)程》