煤礦頂板重特大事故分析及現場實用安全技術的研究

山東煤礦安全監察局 趙日峰

據統計， 煤礦曆年來發生的重特大 安全 02manbetx.com ，占全部死亡 02manbetx.com 的39％;因此， 03manbetx 重特大 02manbetx.com 發生的原因和規律，進行現場實用 安全技術研究，在 管理上、技術上、裝備上采取針對性的防範 措施，實行重點治理和監察監控，對遏製重特大 02manbetx.com 的發生具有十分重要意義。
1山東 煤礦重特大 安全事故多發專業 03manbetx (見表1)

*:表中市、縣、鄉鎮 煤礦重特大事故為1972年到2004年統計數
從表1 03manbetx ，重特大事故多發專業:
(1)事故起數為:頂板占39％、水災占27％、瓦斯占24%。
(2)死亡人數為:頂板占17％、瓦斯占40％，水災占35 %。
2頂板重特大事故 03manbetx 及現場實用 管理 技術 措施
山東省煤礦在1980年以前，頂板事故占60%左右，垮麵、大冒頂重特大事故常有發生，究其原因，主要是“兩個不清楚”:(1)對頂板來壓規律不清楚;(2)對支柱性能及實際支撐能力不清楚。因此，有針對性的開展了“兩測”工作:(1)進行礦山壓力觀測和底板比壓測定，摸清采場上覆岩層運動規律和底板破壞規律;(2)對支柱檢修試壓和進行實際支撐能力測定。經過全省技術人員十年的艱苦努力，“兩測”工作取得了巨大成績:(1)對頂板來壓規律和底板破壞規律心中有數;;(2)對支柱性能和支撐能力心中有數。在此基礎上對全省煤礦主采煤層進行了頂底板分類，采取了針對性 管理 技術 措施，進行了大量的支護改革，1990年以來，全省杜絕了大冒頂垮麵特大事故，零打碎敲頂板事故大幅度下降，全省頂板事故下降30％。但是，2000年以來，全省煤礦重大頂板事故時有發生，零打碎敲頂板事故也頻繁發生，頂板事故上升到占全部事故的50%左右;;2001年全省煤礦原煤死亡165人，其中，頂板事幫死亡58人，占35 % ;2002年全省煤礦原煤死亡104人，其中，頂板事故死亡53人，占51 % ;2003年全省煤礦原煤死亡97人，其中，頂板事故死亡27人，占27 .8 % ,2004年全省煤礦原煤死亡49人，其中，頂板事故死亡18人，占36 .7%。
2 .1頂板事故分析
(1)發生時間:早班占34.8％，中班占26.1％，夜班占39.1％。夜班事故較多的原因，主要是工人休息不好，精力不集中，容易忽視工程質量;另外，礦領導夜班下井少，放鬆了 安全 管理和安全檢查。
(2)頂板條件:砂岩等堅硬頂板比較完整，容易麻痹大意，事故占全部頂板事故的53.6％;泥、碳質頁岩等較碎頂板，因易發生漏冒頂事故而引起重視，因此，事故僅占6%。
(3)發生地點:采煤麵上下端頭、出口是頂板事故多發地點，此處是支承壓力疊加區，當前移運輸機頭、機尾時造成大麵積空頂，加之平時支護密度小，特殊支護質量差，造成的冒頂事故占20%。
(4)發生工序:
①放炮:采煤工作麵放炮後或采煤機過後支護不及時，長時間大麵積空頂擂煤，此時測定的頂板下沉速度是日常的3倍以上，極易發生離層冒頂，頂板事故占37%以上。
②回柱:采煤工作麵回撤支柱，頂板活動加劇，頂板下沉速度是日常的10倍，頂板極易跟下傷人，頂板事故占32%。
(5)支護強度低:采煤工作麵90%的頂板事故是由於支柱初撐力低，底板軟支柱鑽底，支護強度底，造成頂板下沉、離層、冒落。
(6)地質構造:采煤工作麵因過斷層，過老酮子，煤層條件、頂底板岩石性質發生變化，沒有及時采取特殊支護 措施，發生冒頂事故占11 .7 %。
(7)掘進工作麵:掘進放炮後的頂板下沉速度是距迎頭2m以外的2倍，不使用前探梁，空頂作業，前十架棚不聯鎖加固，造成片幫冒頂事故。
(8)巷道交叉點三叉門、四叉門處，支承壓力疊加，空頂麵積大，不使用雙抬棚加強支護，造成片幫冒頂事故。
(9)整修巷道:不先進行加固支護，不先支後回，造成片幫冒頂事故。
(10)衝擊地壓:衝擊地壓發生主要與礦井的開采深度、煤岩物理力學性質、采掘工藝及其它誘發因素有關。山東省從1966年到2004年共發生破壞性衝擊地壓229次，死亡23人，重傷44人。
2 .2現場實用頂板管理 技術措施
(1)采煤工作麵主要抓好“二個質量，三個環節”
二個質量:①支柱(架)的質量，必須按規定定期檢修、試壓，確保零部件完好;使用木支柱，材質必須符合規定要求;②支設質量，支柱必須迎山有力，按規定支設整齊、穩固、接實頂、底板。三個環節:①泵站壓力，單體液壓支柱必須達18MPa，乳化液濃度1－2%;綜采支架必須達30 MPa，乳化液濃度3－5%。 ②底板鬆軟，要穿鐵柱鞋，支柱鑽底不得超過10cm;③每班必須進行二次(多次)補液。升柱時，若活柱一觸頂即停止注液，初撐力僅達55kN/根。因此支柱注液時，活柱觸頂後應繼續注5s。
(2)正確使用采煤工作麵四種特殊支護
①端頭出口支護:使用一梁三柱的四對八根長鋼梁或雙楔梁，必須成對、交替、邁步支護;石灰岩頂板，端頭支護密度要大於工作麵的支護密度;綜采工作麵要使用端頭支架。
②貼幫支護:主要是支護要及時，防止機炮道頂板下沉、離層和煤壁片幫。現場實測，砂岩頂板的允許下沉值為150－200 mm，允許懸露時間為40－60 min，泥岩、碳質頁岩頂板的允許下沉值為160－190 mm，允許懸露時間為30 min。
③切頂支護:應使用戧柱、戧棚或叢柱加強支護，盡量不使用木垛，因其抗壓能力僅 120kN，抗推力僅20kN。
必留前支護:在上下平巷的原支護下，使用兩排支柱、頂梁支護，高度綜采不低於1 .8m，其它不低於1 .6m;初撐力不小於50kN，超前支護範圍:根據實測，砂岩頂板為30－40m,石灰岩頂板為18-25m，泥碳質頁岩頂板為13－20m ,“三軟煤層”為80－100m。采煤工作麵後方支承壓力帶一般在30-50m，其劇烈影響區在8－25m,穩壓區在50－130m。
(3)重點抓好采煤工作麵初次放頂
①從開切眼推進開始，要組織各業務部門根據現場實際，製定初次放頂特殊措施，落實責任，並抓好措施落實，實行調度牌板重點管理，直至初次放頂結束。
②在采煤工作麵內和上下平巷設觀測點，使用頂板動態儀觀測超前支承壓力變化情況，結合礦壓顯現進行綜合預測預報，嚴防發生初次來壓垮麵冒頂事故。
(4)認真做好作業 01manbetx 的編製和實施
①抓好十個環節: 01manbetx 編製、會簽審批、傳達學習、工人簽字、工人考試、學習補考、成績登記、現場實施、定期複查、修改補充。
2及日寸補充十種特殊措施:初次來壓、采場收尾、斷層構造、開采煤柱、偽頂開采、過破碎帶、過老巷道、過老空區、過冒頂區。
(5)巷道頂板管理
①推廣應用光爆錨噴和“三小”技術:山東省1976年開始光爆錨噴，目前已從全岩巷道發展到全煤巷道、從硬岩巷道發展到軟岩巷道、從靜壓巷道發展到動壓巷道;支護材料從錨杆到錨網、錨W鋼帶、錨梯形鋼筋梁等並推廣應用了小鑽頭(Φ32mm)、小錨杆((Φ27mm)、小藥卷(Φ27mm乳化炸藥)。
②巷道穩定狀況及錨杆長度確定:巷道頂板為泥頁岩，距迎頭30m以外趨於穩定狀態，其鬆動範圍為0.5－1 .2m;巷道頂板為泥碳質頁岩，鬆動範圍為1 .2－2 .0 m;巷道頂板為石灰岩，距迎頭70m以外趨於穩定，其鬆動範圍為0.4m;巷道頂板為砂岩，距迎頭10m以外趨於穩定，其鬆動範圍為1.0-1 .2m。無論何種錨噴巷道，錨杆的錨固力均應達到20－40kN。
③前探梁的使用:巷道掘進迎頭，除堅硬岩石、石灰岩頂板外，都必須使用前探梁;前探梁的材料有鋼管、工字鋼、輕型鋼軌等;前探梁的種類有吊掛式，一般為木棚支架使用，常用一梁二環或一梁三環;工字鋼支架一般用可調式和卡環式;拱型金屬支架一般用卡栓式;錨噴支護一般用吊環式，吊環的螺母與錨杆連接。
④沿空送巷及留設煤柱:根據觀測，采煤工作麵兩側支承壓力影響範圍為:壓力降低區為0－7m，升高區為7－30 m,所以應在采煤工作麵兩側7m以內進行沿空送巷，不可在采煤工作麵兩側7 - 30範圍內留設護巷煤柱，如必須留設護巷煤柱，應不小於30m。
2 .3支護 設計
(1)支護 設計要根據煤層地質資料，定量預計頂板運動規律和支架圍岩關係，做出針對性 設計。因此，正確確定支柱在采場的實際支撐能力和合理支護強度(亦俗稱頂板壓力)是計算合理支護密度的關鍵。
①支護 設計中，支柱實際支撐能力與支柱在采場實際工作狀況、增阻過程、支撐不均勻狀況和采煤工作麵的傾角、采高等因素有關，其計算為:
Rt=kg×kz×kb×kh×ka×R
式中:R－支柱額定工作壓力。
K－支柱阻力影響係數（見表1）

②支護強度(亦俗稱頂板壓力)的確定
支護強度的確定原則應是防止頂板發生剪切、滑動、衝擊、冒落，抑製頂板出現台階下沉、破碎、離層、衝擊載荷。
可根據以下三種方法結合現場實際確定:
A)可采用經驗公式計算支護強度
Pt＝(4－8)×h×r ( t/m²)
式中:h－采高(m)
r－頂岩容重( t/ m³一般為2 .5)
B)采用現場礦壓實測工作麵來壓最大平均支護強度
C)可參照《山東煤礦主采煤層采煤工作麵頂底板分類 標準》結合本礦煤層頂底板實際條件確定支護強度。
③采煤工作麵合理支護密度
N＝Pt/ Rt(根/m²)
式中:Pt－支護強度(( t/ m²)
Rt－支柱實際支撐能力((t/根)
(2)底板控製
據測定，底板軟，支柱鑽底，支撐力下降66%;如果墊木鞋，支柱壓入木鞋1－2cm，支撐力下降65％；加果戴木帽，活柱頂入三分之一，支撐力下降76％。因此，必須十分重視對底板進行控製，應根據底板比壓合理選擇鐵柱鞋，不使用木鞋和戴大木帽，防止支柱鑽底。
(3)合理控頂距選擇:
采煤工作麵合理控頂距確定原則，堅硬頂板適當大些，鬆軟破碎頂板適當小些，一般為3一4硐。
2 .4采煤工作麵頂底板分類
山東省在1997年，根據有關 標準，在對大量礦壓觀測資料分析、研究的基礎上，完成了《山東煤礦主采煤層采煤工作麵頂底板分類 標準》，根據山東省煤層實際條件，又重新整理成各礦區頂底板分類表，便於進行支護設計和技術管理。
(1)直接頂穩定性的分類指標為:岩性、厚度、初次垮落步距、綜合弱化常量、單向抗壓強度、等效抗彎能力。
按其穩定性分四類:不穩定、中等穩定、穩定、非常穩定。
(2)老頂來壓強度的分類指標為:岩性、厚度、初次垮落步距初次來壓當量。
按其初次來壓和周期來壓顯現程度分四級:來壓顯現不明顯、明顯、強烈、極強。
(3)底板穩定性分類指標為:岩性、允許底板載荷強度、允許底板剛度、允許底板單向抗壓強度。
按其抗壓入程度分五類:極軟、鬆軟、較軟、中硬、堅硬。
3結束語
“祝故多藏於隱蔽，而發於人之所忽’，，隻要認真 總結經驗，吸取教訓，分析事故發生的原因和規律，采取針對性的措施，強化責任感、使命感和緊迫感，紮實有效地抓好事故多發專業的綜合治理，認真落實事故隱患整改措施，超前預防，就一定能杜絕重特大事故的發生，實現煤礦生產的長治久安。