炮采工作面初采期间冒顶事故分析与预防

张 浩

（柳林县煤炭工业局，山西 柳林 033300）

柳林县鑫飞毛家庄煤矿采用炮采悬移顶梁液压支架放顶煤开采工艺，能有效地适应毛家庄煤矿复杂的地质环境条件，能实现高产高效安全开采的目的。但是在毛家庄煤矿初采初放期间内常有冒顶事故的发生，给该矿造成了重大的人身伤亡与财产损失，给煤矿带来了负面影响。为提高煤矿生产的安全性，切实做到安全生产，对毛家庄煤矿生产中冒顶事故发生的原因进行研究分析，提出针对性的预防措施十分必要。

1 冒顶事故发生的类型分析

冒顶事故的发生机理：在煤矿井下工作面生产过程中，因各种因素导致顶板发生离层现象后，下部支架无法起到正常的支撑作业，巷道的支护结构被破坏，整个支护处在非稳定的状态。当支架受到顶部岩体落下之力及其他外力时，会导致上部的岩体突然大量冒落，对下部的支架造成强大的冲击力，从而发生冒顶事故。给开采工作面带来人员和财产的损失。本论文基于冒顶事故发生的类型，结合毛家庄煤矿井下工作面开采的地质环境的实况，分析了导致该煤矿井下工作面冒顶事故发生的原因有以下几种。

1.1 切眼掘进操作不当形成空顶

毛家庄煤矿当前主要采用炮采悬移顶梁液压支架放顶煤开采工艺，工作面的切眼都是沿煤层底板进行布置，在切眼掘进过程中，没有根据现场情况对顶板进行及时的检查和维护，没有制定针对性的安全措施，缺乏有效的指挥，因此就造成了冒顶现象。从冒顶区域的现场来看，支架上方覆盖有薄碎煤，在薄碎煤顶部则是大面积的空顶，下方的支架不能有效地起到支撑的作用，整个架构处于失稳的状态，薄碎煤上方的岩石也会有下坠的可能。该切眼的掘进作业和工作面的回采作业分属于不同的掘进分队，加之之前该切眼掘进工作面停工时间较长（2.5个月），在恢复通风后对冒顶区的安全隐患不清楚，也没有及时地检查和维护，认为该顶板完整，没有在初釆初放期采取冒顶事故的防范措施。后期在对支架进行移架作业时，因不稳顶板上部的矸石在处力作业下也常常发生坠落，冲垮支架造成冒顶事故。

1.2 支护形式更换形成顶板离层或空顶

毛家庄煤矿井下工作面切眼掘进和工作面初釆两个阶段采用的支护形式不同，在工作面的初采期间，需要将切眼掘进时巷道的矿工钢支护更换为单体液压支柱和π形梁支护，在更换过程中容易发生顶板离层现象，导致冒顶事故的发生。切眼掘进期间的矿工钢支护是没有初撑力的，需要等待形成压力，在这过程中易常有顶板下沉和煤体破碎发生，顶板的下沉就会造成顶板离层现象，煤体的破碎容易造成流煤空顶，对支护形式更换后，尽管单体液压支柱的初撑力能有效地改变以往顶板的受力情况，但是却加剧了煤体的破碎程度。在后期替棚作业中，就会因顶煤的破碎流出造成局部空顶，支架失去支撑力，留下了冒顶和煤壁切顶的安全隐患。

1.3 顶板应力较大造成断裂冒落

工作面初采期间随工作面的推进，顶板应力大部集中在煤壁区域，造成了顶板应力过大。因顶板应力过大，导致支架上方的煤体沿煤壁向下开始撕裂，从而造成切顶现象。应力过大的隐患持续时间较长，后期与支架的支撑力一起作用于顶煤，导致工作面的支护困难，发生大面积的冒顶现象。如2781工作面，现场作业人员在空顶下维修，没有采取控制顶板冒落的可靠措施，梁抬不起来就用钎子捣肩窝，捣掉两块矸石，致使顶板松动离层；随后又贸然拔掉了一根圆木，就破坏了松动顶板的应力分布，造成了严重的冒顶事故。

1.4 初采初放期间过度放煤造成冒顶

在工作面初采期间，因多因素影响造成支架上方煤体破碎度过大，推进期间同老塘破碎煤体一起放出，如果不能及时垮落将形成大面积空顶。该种情况造成顶板应力过大，出现煤体撕裂并造成空洞，容易将老塘和支架上方流空，一旦受外力影响就会发现冒顶事故。因此，必须做好工作面初采期间的放煤量，提高作业人员的理论知识和实践操作技能，准备掌握好放煤时间和放煤量，不为生产留下安全隐患。在毛家庄煤矿的开采过程中，2215、2208、2209三个采煤工作面发生过类似情况，2215和2208两个工作面推垮性冒顶30多米，2209工作面发生大面积切顶。

以上是毛家庄煤炮采工作面初采期间冒顶事故发生的主要形式，此外支护不及时、支护质量差、回柱放顶不及时、方法不正确、充填不满等都会导致支柱支撑无力，支架失稳，从而诱发冒顶的情况。

2 冒顶事故预防措施

2.1 对掘进过程中形成的空顶采取预防措施

针对毛家庄煤矿工作面切眼掘进中的空顶的现象，主要采取以下的预防措施。针对已形成的冒顶区域必须马上处理并背紧背实，在施工图纸上做好详细的标注。当采煤施工队进入前，及时地同对方技术人员做好交接，将冒顶区域做为重要的基础资料移送，并形成相应的制度。采煤队进入后，需要对冒顶区域重新进行探测，确定切眼内空顶的详细情况，主要是采用打木垛、抬棚等措施进行施工处理，消除相应的安全隐患。

2.2 采用单体液压支柱和π形梁支护

针对切眼掘进和工作面初釆两个阶段采用的支护形式更换造成的顶板空顶，可以采用单体液压支柱和π形梁支护，这样工作面安装和掘进一次成功，能够保证顶板的完整，减少工作面安装工序。当初期不能采用生产时使用的支护形式，在初釆替换棚时应在原来支架的间隙内支设单体液压支柱和π形梁。原有支架的处理措施为：顶板完整时就可以去掉原有支架，顶板不完整比较破碎时，一般都是给予保留，在工作面向前推出切眼时，再逐步替掉。该措施工序稍多，但现场应用效果较好。

2.3 掘进穿透上部巷道的防冒顶措施

（1）率先测定被穿透区段的准确位置，防止误穿透不安全地段而造成事故，然后及早改善被穿透区段的安全条件。其具体做法是：加强被穿透区段的巷道支护，原则要求是在上巷穿透点前后5m内的棚子，要加插背板，将帮、顶背实，先修理好被损坏的棚子，必要时可放置长树地粱加设抬棚，若预计透穿地方为金属拱形支架时，应用5m左右长的钢轨销好棚子，以增加上巷透点附近支架的整体性和稳定性，确保安全透穿；不通风的巷道应按规定事前恢复通风，避免积存其间的有害有毒气体在巷道透穿时突然涌出造成人身伤害事故，或放炮透穿引起瓦斯爆炸事故；若被穿区段巷道内存有积水，则须在穿透前予以排除，使巷道疏干，防止透穿时涌水伤人或引起冒顶。

（2）准确掌握透穿距离，注意安全施工。当掘进头距上巷被透穿地点5m时，应用3m以上的长钎子按平行巷道斜角的方向对上方探眼，以便掌握掘透上巷的准确距离，防止透点标高方向不准而造成冒顶事故；当掘进头距上透穿点3m时，要根据煤坚硬和松软情况，采取放小炮落煤的办法。

2.4 加强初采期间的放煤控制

放煤是毛家庄煤矿生产的重要环节，对安全和生产至关重要。初采期间的放煤工序为：工作面推进3～4排，支架才推出切眼，该阶段不要放煤；支架推出切眼后几排时，可控制放煤量在1/3；紧接着再推几排，可控制放煤量在2/3，然后到最放。尽管该过程放煤相对比较简单，但是要求工作人员必须严格按放煤工艺规程操作，避免因过度放煤引发冒顶隐患。加强现场管理，严格按规章制度和放煤工艺进行生产，保障工作面初采期间的安全。

3 实践应用效果分析

毛家庄煤矿的多个工作面都是采用炮采放顶煤技术进行开采，在开采初期因经验不足造成了顶板冒顶事故的频繁发生。针对顶板事故频发的情形，对工作面初采初放期间的顶板事故发生的原因进行了研究分析，根据不同情况，采取了多种预防顶板冒顶事故的技术措施，较好地解决初采初放期间的顶板管理问题。目前，毛家庄煤矿已连续回采8个炮采放顶煤工作面，没有发生一起顶板伤亡事故，保障了炮采工作面初采初放期间的安全生产。