煤矿顶板事故成因及防治措施

葛海军

国家能源集团神东煤炭集团乌兰木伦煤矿通风队内蒙古鄂尔多斯017200

摘要：顶板事故是煤矿安全管理面临的五大主要灾害之一，实际工作中必须高度重视顶板事故的防治工作，避免出现安全事故。本文从顶板事故的成因入手，根据施工现场基本情况采取创新思路，提出了可行的事故防治措施，实现了对顶板的有效管控，确保顶板的安全与可靠，为采煤、掘进工作顺利进行和煤矿综合效益提升创造条件。

关键词：顶板事故；事故成因；防治措施

引言：在历史上主要的煤矿事故中，顶板事故是发生比重最大（超过50%以上）的事故。随着液压支架的使用及对顶板事故的研究及预防技术的深入和逐步完善，顶板事故所占的比例有所下降，但仍然是煤矿生产的主要灾害之一。近年来每年顶板事故造成的人员死亡占所有煤炭事故死亡人数的30%以上，造成的煤炭资源损失占煤炭总产量的5%左右。随着采深增加、巷道断面的加大，工作面与巷道的顶板事故预防更加重要。因此，研究煤矿顶板事故，对事故致因进行科学分析、判断，制定有效的预防措施对于煤炭的安全高效开采是非常必要的。

一、煤矿顶板事故的成因

煤矿顶板事故是指在地下采煤过程中，因为顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损害、生产中止等事故。

在进行地下煤炭开采过程中，上覆岩层会对巷道产生巨大的压力。受采动影响，围岩原有应力平衡状态被打破，矿山压力分布变得不均衡，此时分布不平衡的矿山压力作用到巷道或工作面周边的煤体或岩体上，会形成应力集中，一旦压力超过煤体或岩体自身的支撑能力，就会发生片帮、顶板下沉，严重时会出现冒顶、底鼓甚至巷道被压塌的现象。顶板事故的形成、发生与煤矿所处位置的地质构造、巷道和工作面支护状况、推进距离和速度、人员操作以及现场管理有密不可分的关系。

二、导致煤矿顶板事故发生的原因分析

2.1煤矿地质条件较为复杂

由于我国大多数煤矿所处地理位置的地质条件都比较复杂，这种先天性的条件决定了顶板管理的难度加大。加之近年来煤矿的开采力度越来越大，为提高回采率，各煤矿企业选择对开采初期遗留的一些煤柱、余煤、边角煤等进行回收，而在回采的过程中就必然对顶板进行再次扰动，导致顶板的破碎程度增加；同时随着浅部的煤矿资源越来越少，开采深度必然增加，多次扰动导致顶板的支护条件也越来越差，从而增加了支护过程中顶板事故发生的风险。如果不能及时做出有效的应对措施，就有可能在开采的过程中由于某一点应力的突然变化而造成严重的顶板事故。

2.2煤矿生产管理力度不够

通过对近些年来煤矿顶板事故的发生原因分析不难看出，很大一部分顶板事故的发生都是由于其日常的管理力度不够，从而使得煤矿生产过程中存在的安全隐患不能及时被发现。但是笔者认为煤矿生产管理力度不够的根本原因还是煤矿企业将更多的精力放在追求经济效益上面，更多地注重煤矿的生产效率，而忽略对煤矿生产的安全管理。在煤矿开采过程中任何一个不规范的操作，都有可能导致顶板支护事故的发生，再加上作业人员自身的安全素养参差不齐，安全意识短板较多，对顶板事故的一些征兆都没有一个正确的认识，尤其是对一些备用工作面、巷道检查力度不够或巡查周期过大，这都在一定程度上增加了顶板事故的发生。

2.3安全技术管理水平较低

在煤矿生产过程中，由于技术管理人员水平的参差不齐加上对现场情况的一知半解，导致其对相关的安全规程进行更改的随意性较大，虽然相关的安全规程是应该随着煤矿生产实际情况的变化而不断地进行修改，但是实际在修改的过程中因为缺乏科学合理的论证和实验，甚至一些内容出现了重复、混乱、抄袭的问题，这些因素都会在一定程度上为煤矿的安全生产带来隐患。再者就是煤矿行业的安全技术管理人员的流动性较大，并且对于工作的交接也较为随意，所以这也就在一定程度上阻碍了安全技术管理工作稳定、有序地进行。

2.4顶板管理的手段较为落后

随着开采深度的不断增加，地质结构也越来越复杂，所以传统的顶板管理手段已经无法满足现有煤矿生产的发展需要。但是从目前来，还有很大一部分煤矿企业在顶板管理工作中使用一些较为老旧的无法满足现有煤层开采的实际需求的观测设备、支护手段以及支护材料，这些因素就会在一定程度上增加煤矿开采的安全隐患。另外随着近几年来煤矿企业的效益下降，企业为了保证自身的经济效益，就会减少对部分环节的投入，其中这就包括顶板管理方面的投入，导致在开采过程中遇见一些顶板管理问题，因没有充裕的资金来引进先进的设备及技术来对其进行解决，这也在一定程度上增加了顶板管理的安全隐患。

三、顶板事故的预防治理措施

控制顶板事故发生的关键，是正确地预测巷道或工作面顶板稳定性失效的时间段和发生地段，这样可以在发生顶板事故前，提前加强支护，增大顶板支护强度，增加顶板稳定性，并采取相应的防治措施来防止事故发生。

3.1设计巷道顶板支护方式

在设计巷道支护方式时，因地质构造复杂，应清楚了解巷道围岩所处位置的各类地质力学特性，并测试各项参数，如：围岩强度、结构、地应力大小、破坏的范围等。综合各种可能影响围岩的因素进行全面的分析，设计出符合矿井地质条件的支护方式，采用设备支护的必须把设备选型作为重点，然后根据所选的支护方式确定正确合理的各项支护参数，再通过现场的实际施工情况不断地进行参数完善，使支护达到最优水平。另外，工作面的超前支护要及时，并在容易发生片帮、冒顶的地方设置危险提示牌，并对其进行加强支护，同时增加检查频次。

3.2采掘工作面顶板管理

掘进工作面在经过断层、褶曲、破碎带或者上覆老空等地质构造发生变化的地带时，煤矿的地测部门要及时发出预报并制定出相应的安全技术措施，现场管理及作业人员要根据实际情况和应对措施进行作业。顶板破碎或空顶时必须及时处理，局部出现空顶要使用充填材料对其进行修复和补强支护，防止隐患扩大引起冒顶事故。采掘工作面要严格遵照和实行“敲帮问顶”制度，做到早发现、早解决问题。当采煤工作面老顶初次来压或周期来压发生时，现场作业人员要提高警惕，按规程要求采取措施防范。回采工作面初采、初放和末采、回撤时，要制定专门的措施，保证各项工作符合作业规程的要求，严禁违反规程要求作业，以免造成支护强度人为减小而引起顶板事故。

3.3完善支护方式

加强和完善锚杆、锚索、锚网等支护方式的质量检测系统和制度，尤其对锚固质量是否达到要求、锚固力和预紧力能否满足需要进行周期性检查。如果发现锚固力没有达到锚固要求时，就必须要重新补打。由于锚杆、锚索支护具有一定的隐蔽性，从表面观察很难发现问题，围岩一旦发生失稳破坏，没有明显现象且往往具有突发性，所以要使用矿用测试仪器对锚杆锚索支护进行检测，以便井下作业人员能及时了解信息，从而采取有效的补救措施。

3.4加强生产过程中安全措施的落实

加强矿井在生产过程中各项规章制度和安全措施的执行。建立完善的检查监督考核体系，并根据矿井的需要，对各部门的职责进行细化和落实，定时定点进行自查与互查，做到问题早发现早治理。严禁使用通用的规章要求和标准来进行顶板管理。应结合现场实际情况，及时对作业规程进行完善和补充。对存在的安全隐患和导致的安全事故实行严肃问责制，时刻为大家敲醒安全的警钟。同时相应地对在职责落实和执行的过程中表现和完成好的部门进行表彰嘉奖，用赏罚并举的方法强化煤矿顶板安全管理。

3.5强化企业员工的矿井安全教育

强化煤矿企业员工的安全教育，提高作业人员的业务水平和素质，牢固树立安全重于一切的思想，防止人员思想松懈、麻痹大意。定期开展安全学习和技术培训，做到让所有的人员对顶板事故的预兆、成因和防治有一定的了解。提高一线作业人员的技术素质，使其具备一定的风险预判能力。对新入职的作业人员尤其要加强安全学习和技术培训，坚持帮带制度，以老带新，使其尽快掌握作业技能。坚持引进相关专业的高水平技术人才，为矿井安全生产和事故防治提供技术支持和保障。

3.6处理隐患

当顶板出现响声、顶板掉渣或出现裂缝、煤岩的片帮量变多、顶板岩层松动掉层、顶板淋水变大、出现有害气体等冒顶征兆时，要及时撤离危险地带的作业人员，采取措施处理隐患后方可恢复工作。如发现冒顶征兆但无法处理，应及时与上级联系，以便组织人员进行处理。处理冒顶时，作业人员要站在安全位置用合适的工具处理，以防止被掉落的煤矸石砸伤，并根据现场的实际情况，采用合适的材料对顶板进行处理，如锚网喷或架棚支护，其中喷浆时，喷浆强度必须满足要求，喷浆厚度必须满足支护要求。冒顶处理完毕后，要及时把作业面的杂物、煤矸清理干净，保证通道的顺畅和通风的顺利。处理冒顶事故时，最少要有2人在场作业，并由专人不间断观察顶板。

3.7煤矿顶板管理工作

重点做好老顶初次来压、周期来压前和来压时的顶板管理工作。首先，加强对采煤工作面来压的预测、预报，并将矿压情况及时传输给相关区队。第二，来压前对井下采煤设备进行全面检修，尤其是乳化液泵站、综采支架，确保设备可靠。第三，重视综采两顺槽超前支护管理，保证各支护设备具有充足的工作阻力。另外，如果在采煤工作面来压之前出现顶板破碎和片帮隐患时，应及时对采煤工作面顶板破碎以及片帮区域进行超前加固后方可通过。如当工作面来压时，可以利用工作面自身的压风系统，如乌兰木伦煤矿63108工作面冒顶后通过应用注浆泵将马丽散经自攻钻杆加注到破碎顶板及煤壁内，将煤壁和顶板进行胶结，以增加顶板的强度，有效解决了综采工作面冒顶，故而大大降低顶板事故的发生率。

做好顶板加固方案的实施。针对煤矿采煤过程中可能出现的片帮及漏顶情况，我们可根据采煤工作面的现场实际情况制定加固方案。如对破碎顶板加固过程中，为防止移架时顶板碎矸石垮落可以实施漏顶区空位注浆加固方案。在加固施工过程中需要注意以下几个方面：

要根据具体的注浆需求设计合理的注浆参数；

要严格依据空位设计参数设计钻孔，针对部分塌孔严重的地方可以直接采取自钻式注射管进行钻孔和注浆；

在注射管安设方面，注射管和注射花管的连接要依据封孔深度的多少安装封孔器；

在注浆过程中要遵循注浆原则及时调整，且要仔细观察注浆区域的变化情况，若出现异常现象要停止作业并及时处理。

3.8掌握地质情况与顶板活动规律，采取针对性措施

查明地质情况，注意顶板观察，掌握顶板活动规律，做好顶板来压预报。从一些顶板事故经验中以及实际现场观察，绝大部分顶板事故发生之前是有明显预兆的。事实上，组织开展地质调查、矿压监测管理工作，掌握片帮冒顶预兆的规律，进行顶板活动的预测预报，超前采取有效预防措施，顶板事故是可避免的。

3.9加强教育培训、提高业务素质，推广先进设备和技术

坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针政策和“生产服从安全、不安全不生产”的原则，充分认识到加强顶板管理的重要性和必要性。搞好安全知识和技能培训工作，所有管理人员和施工人员都应认真学习和掌握一定的煤炭开采专业技术知识，合理布局，采用综采、机掘、液压支护、超前支架等先进的开采技术。

3.10做好顶板离层监测工作

针对顶板管理的先进监测手段要应用。如神东乌兰木伦煤矿对井下各区域顶板采用顶板离层仪进行周期性监测，在一次扰动的巷道每隔200m安设一台顶板离层仪，在二次扰动的巷道每隔100m安设一台顶板离层仪，在工作面开切眼200m范围、停采线200m范围每隔50米安设一台顶板离层仪，并安排专人周期性对顶板离层仪数据进行监测和采集，同时对顶板移近量进行持续监测，对数据有变化的区域进行重点监测，发现异常及时补强支护，有效避免了顶板事故的发生。

3.11加强现场管理，严格落实各项规章制度

为实现安全生产，要建立健全各项规章制度，加强现场管理，严格落实到位，对不符合要求或违反制度的责任人要追究责任，减少或杜绝顶板事故发生。如矿领导带班下井制度、现场交接班制度、“敲帮问顶”制度、其它方面制度如支护验收制度、顶板情况分析制度、岗位责任制、顶板离层监测制度等等。

3.12加大安全监管力度，充分发挥监管部门的作用

监管部门应严格执行监管条例，对“三违”人员、失效设备一经查出都要进行严肃处理。并对于预防重大顶板事故的有功人员给予重奖。井下一旦发生顶板事故，必须以铁的手腕按照“四不放过”原则，认真分析原因，严格追究事故责任人，同时以血的教训教育群众，并制定防范措施，杜绝同类事故重复发生。

结论

通过对事故成因的分析，针对导致事故的各种因素准确提出了顶板监测、顶板管理、事故防治和制度落实的措施，具有一定的推广意义。

参考文献：

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［2］尚彦亭．关于煤矿综采工作面支护技术问题的探究［J］．科协论坛，2013，（07）：45－46．

［3］周明杰，等．综采工作面安全过断层技术在实践中的应用［J］．西部探矿工程，2013，（03）：144－146．

作者简介：

葛海军（1983-），2006年毕业于太原理工大学矿业工程学院采矿工程专业，现从事生产、通风技术管理工作。