煤矿顶板灾害预警及防治措施
2015-02-24刘明
刘 明
(山西大同煤矿集团北辛窑煤业有限公司)
煤矿顶板灾害预警及防治措施
刘 明
(山西大同煤矿集团北辛窑煤业有限公司)
在煤矿开采过程中,顶板灾害事故时有发生,对煤矿企业的正常生产和经济效益产生了较大影响。在分析煤矿顶板灾害诱发因素的基础上,讨论了煤矿顶板灾害的类型,并给出了对应的预警及防治对策,为有效防治煤矿顶板灾害,确保煤矿安全生产提供参考。
煤矿顶板 诱发因素 灾害类型 防治措施
煤矿顶板灾害主要指在井下作业过程中,顶板受到地质条件、煤层存储条件以及开采技术等因素的影响发生冒落后导致的作业终止甚至人员伤亡等灾害事故。有必要对导致煤矿顶板灾害发生的因素进行分析,弄清煤矿顶板灾害的类型,在此基础上对煤矿顶板灾害的预警和防治措施进行深入探讨。
1 煤矿顶板灾害的诱发因素
(1)地质构造复杂。在煤矿开采过程中如果遇到地质断层、褶皱、陷落柱等构造,其对底层的破坏比较大,如果不引起重视,顶板破碎容易造成冒顶与漏顶。
(2)支护作业不到位。煤矿开采作业时,采掘面支护工作不及时或者空顶作业,特别是进行过破碎带、贯通等施工时安全措施未能及时跟进,支柱被碰倒或放炮崩倒,未能及时采取相关的补救措施,容易造成冒顶。
(3)开采管理工作不规范。在煤矿开采过程中应编制作业规程,采取可靠的安全措施,若仅仅是生搬硬套,没有编制有针对性的全面的安全生产规程,对于安全事故的发生无法进行有效的防范和管控。
(4)采煤作业方法不合理。国内诸多中小型煤矿由于技术力量薄弱,对于煤矿的地质情况和支设情况了解得不够深入,很多时候都是一边开采一边勘探,容易破坏巷道围岩的应力分布,导致支护和巷道压力增加,工作面露顶面积过大,从而出现空顶或者空帮现象。
(5)安全意识不足。大量的煤矿顶板事故的后期调查证明,对于“安全第一”的原则认识不足,违章作业,从而导致事故的发生。
2 煤矿顶板灾害类型
2.1 工作面顶板灾害
积极推广综合机械化开采是防治顶板灾害的有效途径,但是对复合顶板、松软煤层以及深部开采等开采环境来说,即便采用了综采技术,也容易产生顶板灾害。结合煤矿顶板灾害力源和范围,综采工作面顶板灾害类型有:
(1)工作面煤壁处冒顶。由于煤壁松软或者割煤高度较大,顶板压力造成煤壁片帮,支架空顶距增加,无支护位置出现冒顶,或煤层顶板松软,支护不到位。
(2)工作面出口位置冒顶。工作面出口区设备较多,控顶面积较大,应力相对集中,巷道顶板在超前支撑压力的作用下发生损坏,端头支护不合理等。
(3)地质构造区局部冒顶。地质构造区煤岩体一般比较脆弱,如果工作面经过构造区,破碎煤岩在应力的作用下发生损坏一般会引起冒顶。
(4)复合顶板下的推垮型冒顶。由于复合顶板一般是由不同岩性的岩层构成,各个岩层间存在弱面,夹杂煤线或者薄煤层,容易出现离层下沉的现象,如果下沉量超过了一定范围便会发生断裂和冒落。如果煤层倾角变大,局部冒顶很容易引发漏顶事故,漏洞位置支护失效后会向冒顶区域倾倒,同时跟随冒顶位置持续向上发展,导致支架大范围倾倒,从而引起推垮型冒顶[1]。
(5)压垮型冒顶。在综采工作面的前进方向上存在与其相平行的构造,或者综采工作面基岩较薄,此时如果支护强度较小,直接顶易产生台阶下沉,支架无法保证顶板稳定,必然会出现压垮型冒顶。
(6)大面积冒顶。工作面顶板属于较厚且相对坚硬的岩层,如果顶板强度无法承担上覆岩层和自身质量,很容易导致大面积的断裂垮落,进而将采空区内的空气或者瓦斯压出,导致冲击事故,甚至会形成瓦斯灾害。
2.2 巷道顶板灾害
(1)掘进工作面出现冒顶。当掘进工作面破坏煤岩之后,顶层煤岩缺乏控制,从三向应力作用转变为平面应力状态,煤岩会出现卸压损坏的现象,此时如果不采取支护措施,很容易引发冒顶事故;已进行支护的煤岩,如果支护强度不足,导致局部支护失去作用,也会出现冒顶。
(2)巷道交岔区域顶板灾害。交岔位置断面较大,岩层也相对松动,巷道应力集中便会造成冒顶;另外,巷道交岔区域的支护情况相对复杂,如果支护不够稳定或者强度不够也会引起冒顶。
(3)构造区顶板破碎或构造应力释放。当掘进工作面遭遇不明构造的情况下,由于并未提前对构造破碎区实施加固,容易发生冒顶;如果构造应力较强,其释放出的力量也容易引起冒顶。
3 预警及防治措施
(1)顶板危险性评价。在进行正式开采作业之前有必要明确工作面煤层的地质情况,对开采工作面实施顶板安全评价,标明危险区域。具体来说:①应了解开采工作面煤岩厚度、倾角以及水文地质情况,进行煤岩物理力学性质测试、应力测量和煤岩冲击倾向监测;②在进行地面三维地震探测的同时,对井下进行更加深入的勘探,掌握开采作业区域地质构造情况,设备允许时也可以选择地震CT技术对应力异常区域进行探测;③实时监测矿压强度,根据构造和应力异常区域对顶板危险性进行评价,准确划分出危险作业区域[2]。
(2)优化设计,防范顶板灾害。煤矿顶板灾害事故频发通常是受到煤层隐伏构造和支护效果的影响。为此,有必要在掌握开采作业面基本情况的前提下优化开采设计,尽可能消除顶板灾害事故的发生条件。具体来说,可以采取采掘接替的形式,防止应力过于集中或者动压叠加情况的出现,选择科学的支护方案,增加支护强度,同时对可能发生顶板灾害的区域进行重点监控。
(3)危险区域实时监测预警。对巷道顶板灾害频发的区域,应设置监测站点对附近的围岩变形情况进行监测,顶板离层和支护体的受力也应实时监控。①工作面顶板灾害预警,通过监测支架工作阻力来对初撑力和来压步距进行分析,对安全阀门开启频率进行记录,及时掌握支架的具体情况,避免片帮冒顶;②巷道顶板灾害预警,通过对锚杆受力情况、顶板离层量以及两帮位移情况进行监测,结合支护情况与钻孔实际应力,判断监测位置的应力集中状态,结合支护体受力和两帮允许变形的合理范围设置预警阀值,及时掌握巷道内部支护体的实际情况,从而实现对顶板灾害的有效预警。
(4)顶板灾害危险区解危。结合监测位置顶板灾害的预警结果,及时采取相应的防治对策:①由于支架初撑力而导致的片帮冒顶,其重点在于增强支护的初撑力;如果是由于支架支撑力过低而导致的冒顶,则应当对支架液压系统进行排查,检查管路和阀门是否存在滴漏现象;②对坚硬顶板实施弱化处理,降低来压步距;③对于破碎顶板有必要提前进行加固保护;④对于冲击地压巷道,在降低危险区压力的同时强化支护措施;⑤对于大倾角急倾斜顶板必须进行挂网,避免飞石打伤作业人员。
(5)加强作业现场管理。在通常情况下,煤矿顶板灾害都发生于采掘工作面,因此,应加强现场管理工作:①煤矿安全管理人员应充分掌握井下煤层结构以及顶板情况,定期对工作面进行巡查,及时排查出顶板安全管理工作中存在的隐患和漏洞,及时采取整改措施;②一线作业人员必须强化安全意识,具备较强的专业技能,降低因人为作业失误而导致的在掘进过程中出现的顶板灾害事故的发生概率;③委派专业人员在安全位置调查顶板的具体状况,如果出现灾害征兆,应及时通知相关作业人员撤离,并采取有效措施排除危险[3]。
4 结 语
煤矿顶板灾害的预警及防治是一项复杂、艰巨的长期性工作。对煤矿顶板灾害的诱发因素以及类型进行了深入分析,并给出了针对性的预警及防治措施,对于防治煤矿顶板灾害,确保开采作业安全具有一定的参考价值。
[1] 章 忠,韦 晶.浅谈煤矿顶板事故的成因及预防措施[J].山东煤炭科技,2015(3):87-88
[2] 郭卫东.煤矿管理中如何有效控制顶板事故分析[J].科技资讯,2015(4):48-49
[3] 许 恒.煤矿开采工作面顶板事故产生的原因及安全管理措施探析[J].统计与管理,2014(1):1-3.
2015-01-20)
刘 明(1968—),男,工程师, 036000 山西省大同市。