礦山安全生產管理的重點和難點是井下的采掘頂幫的安全管理工作,據多年統計,在煤礦的各種自然災害中,頂板事故造成的人員傷亡幾乎占井下所有事故死亡人數的40%左右。這類事故小至個別巖塊掉落,大至工作面大冒頂,頂板事故的頻頻發生已經引起人們的廣泛關注。如何消除頂板的不安全狀態是我們關注一個主要課題之一。
一、頂板事故常發生的地點及原因
從頂板事故發生的地點看,采煤工作面在靠近煤壁無支護空間易發生冒頂,移機頭機尾及替換支護采場兩端及回柱放頂時,放頂線附近易發生冒頂。巷道頂板事故一般多發生在掘進頭泥巷道交叉口,此外,在地質構造破壞帶附近,也容易發生冒頂事故。
1、靠近煤壁附近:由于原生裂隙、構造以及采動等原因,在一些煤層的直接頂中,存在多組相交裂隙,易形成具有“人字劈”、“升斗劈”等游離巖塊的鑲嵌星頂板;如果支護不及時或放炮等原因崩倒支架,容易造成冒頂事故;當老頂來壓時,煤幫附近直接頂可能破碎,如果煤層本身又因強度低而片幫,從而擴大了無支護空間,也回造成冒頂事故。
2、工作面兩端機頭機尾處:采煤生產過程中經常要進行機頭機尾的移置工作,就在拆除老支柱支設新支柱時,已經斷裂的頂板可能進一步松動冒落。在與回采工作面相連的一段巷道中,由于巷道支架的初撐力一般都很小,很難控制直接頂的下沉、松動甚至破碎,當直接頂是薄弱巖層時更是這樣,隨著回采工作面的推進,要拆掉原巷道支架的一個棚腿,換用抬棚支撐棚梁,在這一拆一支之間,破碎頂板可能冒落。
3、在放頂線附近,頂板在長時間的下沉過程中,形成的裂隙切割頂板形成大塊游離巖塊,回柱后游離巖塊就會旋轉。如果支架穩定性不足,就有被推倒的可能,尤其在放回柱回拆最后一根柱子時,往往柱子一倒下,頂板就冒落,如果回柱工人來不及退到安全地點就可能造成頂板事故。
4、在巷道掘進工作面,掘進破巖后,頂部存在與巖體失去聯系的巖塊,如果支護不及時。該巖塊可能與巖體完全失去聯系而造成冒落,或者掘進工作面附近已支護部分的頂部存在與巖體完全失去聯系的巖塊,一旦支護失效,就會冒落造成事故。
5、巷道交岔點的施工方法多采用在原巷道測開幫的方法,這種方法需要設放大棚子、抬棚等替換原來巷道的棚子,如果開幫處巷道頂部存在與巖體失去聯系的巖塊,并且圍巖正向巷道擠壓,而新支設的抬棚強度不夠,或者穩定性不夠就會造成冒頂事故。
6、頂板破碎帶附近的作業地點:頂板的維護特別的困難。斷層帶經常含有斷層泥,遇水極易軟化坍塌,斷層上盤和下盤的礦體節理裂隙也極為發育、構造節理面縱橫交錯,且節理面內多有泥質充填,穩固性較差,造成圍巖破碎、穩定性差,這種礦巖條件直接制約著采掘頂板的安全管理。另外破碎巖體給頂幫管理帶來的限制,首先,這種巖體極易受爆破震動的影響發生微觀結構上的破壞,使巖體發生變化,當結構面上的滑移超過其位移的極限值時,巖體結構解體崩潰,往往無明顯變形而突然冒落。其次,采掘工程在這種巖體中施工時,由于巖體的抗拉強度較小,頂板自撐拱形之內的巖體重量就變成了巖體的抗拉強度,在一定的暴露面積和一定的時間內,當頂板承受的拉應力(巖體的自身重量)超過巖體本身的抗拉強度時,便使頂板在拱頂范圍內的巖石發生冒落。因此這種礦巖條件給頂幫的安全管理工作帶來了極大的難度。
二、頂板安全管理的措施
針對以上冒頂事故發生的原因,我們可以采取下列相應的措施,減少事故的發生,保證安全正常的生產。
1、建立完善的管理制度:
⑴.采取學習培訓:整理近年來發生的各類頂板事故和先進管理經驗匯編成學習手冊,下發到各基層隊組及外包隊進行學習討論,同時采取現場實地考試的方式,考試合格人員方可上崗作業。
⑵.實施動態控制:制定詳細的工程標準,對巷道的支護方式,支護材料的規格,頂板的管理方式,輔助設備的配備,等等都要做詳細的規定。在現場操作過程中,嚴格執行頂板管理質量、監測、事故責任制度,加大頂板動態控制,強化掘進隊組支護質量,發現質量不達標的隊組堅決停止作業。
2、改善采煤方法:安全上可靠,技術上先進,經濟上合理是應用采礦方法的三個必要的條件,但首要的因素就是安全上可靠,如果安全上不可靠,其他條件再好也經不住歷史的考驗,不能成為采礦生產的好方法。減小空頂的跨度,使頂板暴露跨度縮小,暴露面積的縮小,拱頂內巖石重量隨之減少,增加了巖體的穩定,頂板的冒落現象就會明顯的減少,使頂板的安全管理有了進一步的改善。
3、采用合理的施工工藝,減少對頂板的破壞
采掘工程頂板的跨度暴露在巷道規格的范圍內,如果不采用合理的施工工藝和爆破參數,也會加劇對頂板的破壞或增大暴露面積,不利于頂板的安全管理。合理的施工工藝和爆破參數,能夠減少對頂板的爆破震動和破壞,從而達到頂板安全管理的目的。為此,合理布置采掘工程和施工循序。比如,斷層構造帶與礦體走向基本一直,施工工程沿著構造方向布置,那么頂板受構造控制就難以形成設計的輪廓,并且將構造直接暴露出來,在頂板形成大的構造及斷裂面,不利于頂板的安全管理;與構造方向垂直布置工程,暴露構造較小,便于頂板的安全管理。因此布置工程特別是采礦工程時,應盡量與構造面垂直布置。
4、預防為主,強化對頂幫的支護,對于頂板巖石比較破碎,必須采用嚴格的支護,對頂板的支護形式多種多樣,最根本的目的是保證頂板巖石不塌落。
