煤矿掘进巷道顶板事故预防措施研究

2020-02-26韦国兵

江西化工 2020年1期

韦国兵

(山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司，山西晋城 048003)

引言

近年来，伴随着我国煤矿开采力度扩大，开采的深度也越来越深，地质条件也变得尤为复杂，这也给煤矿开采和施工带来了较多的困难。据有关部门统计，在中国的煤矿事故总数中，有40%的是顶板事故，其中在顶板死亡事故中，又有20%左右是掘进工作面冒顶事故，而影响顶板稳定性的主要因素有顶板岩性、巷道断面参数及具体支护形式，因此要想更好地预防顶板事故，必须重视巷道断面形态及支护方式的研究。

1 煤矿当前形势和预防顶板事故的重要性

近几年，随着我国市场经济的发展，对煤炭的需求量也在逐渐扩大。在进行煤矿开采期间，安全事故时有发生。即便施工人员专业技能过硬、操作达标，但是由于地质构造和自然环境的限制和人为失误也会造成开采过程中出现安全事故，在给开采企业带来经济损失的同时影响施工人员的生命安全。在煤矿开采过程中，掘进巷道顶板事故是最容易出现的安全事故。有数据显示，煤矿顶板事故不仅发生率较高，危害也较其他事故大。这就要求无论是施工人员还是开采单位都应该对此事故给予高度关注。若是在煤矿开采过程中出现事故通常都会给开采单位及施工人员带来巨大的损失。因此，必须了解造成顶板事故发生的条件，并进行研究，以此制定有效的改善方案，尽可能的降低煤矿安全事故的发生。

2 顶板事故发生的原因

2.1 设计方面

造成顶板事故的人为原因为设计不合理，主要包含：(1)巷道位置设计不合理，譬如说将巷道设计在坚硬度较低的岩层中；(2)未对煤矿开采区域进行精确的勘探，导致项目期间缺乏地质构造和水源等相关数据，无法根据具体情况进行改善。

2.2 复杂的地质环境

造成顶板事故的自然原因主要是煤矿开采区域的地质构造。比如，岩层中地下水含量较高，侵入到岩层内部，降低了岩层的稳固性，当压力较大时岩层可能或断裂或者塌陷，后可能造成岩石风化或者致使有毒气体出现。

2.3 施工方面

除去以上两种原因外还有可能是在施工过程中操作不当导致的，大概包含以下几项：(1)在进行巷道的挖掘工作前，未根据具体情况采取相应的预防措施；(2)在进行施工期间采用的施工技术和开采方案不符合施工条件；(3)在进行巷道掘进作业时有停顿，致使周围岩体接触空气时间较长，导致岩体风化，同时支护措施不能达到施工标准，无法起到支护作用；(4)工作面到顶柱之间的距离较长，支护无法发挥其作用；(5)爆破作业中炸药用量不合理导致岩体稳固性遭到破坏，在此种岩层中进行施工，较易发生事故；(5)施工期间操作不规范，未能及时处理浮石，造成施工人员被浮石砸伤。

3 预防顶板事故的措施

3.1 采取措施优化巷道的断面

在进行煤矿开采过程中，常用到的巷道断面为拱形底板、直墙及弧形底角等，在增加施工进度的同时还可以改善巷道周围岩层的承压能力，以此来提高巷道的承载能力。将弧形底角巷道断面和传统直角巷道断面通过采用数字模拟软件和图像处理技术在承压能能力和变形能力等发面进行对比，结果显示，弧形底角断面较直角断面在剪应力上减少了百分之四十三，最大主应力减少了百分之四十三，最小主应力较少了百分之六十九，顶板下沉位置减少了百分之二，底鼓减少了百分之四十二，所以说弧形底角断面更适合煤矿开采施工。

3.2 优化结构，避免发生巷道冒顶事故

在煤矿开采期间，进行巷道掘进作业时，通常会采用锚索和锚杆联合的组合拱来对巷道进行支护，其优势在于能够起到悬吊与加固的作用。与此同时组合拱可以承载岩体的重力，增加岩层的坚硬程度，防止巷道周围岩体的松弛，增加巷道的稳定性，从而降低煤矿安全事故的发生。当巷道的水平延伸方向与岩体倾向之间的角度较小时通常会向岩体中插入一根锚杆来解决。若是巷道顶板发生裂痕的情况下，则需使锚杆插入的方向与巷道的拱形边缘呈倾斜状态，且倾斜角度会根据岩层的倾斜角度而改变。此时充分的利用了锚杆的悬吊作用。还有一种情况是巷道的水平延伸方向与岩体倾向之间的角度较大，此种情况下锚杆的另一侧插入到岩体内部比较困难，即使采用了联合拱也不能增加巷道的稳固性。若是此时边缘岩体发生波动，则会加速岩层的开裂或者岩层之间的分离，导致锚杆无法实现稳定性作用。

3.3 提高工作人员的安全意识

为了降低安全事故的发生，必须将安全生产作为施工理念，增加安全培训，加大安全意识的宣传，将安全意识植入到每一名施工人员的心里，从而减少因违规操作造成事故的发生。在进行施工期间若是不按照要求进行操作极有可能发生安全事故，而安全事故的出现就会带来伤亡，要让每一个煤矿施工人员记住这一真理。在进行煤矿施工项目时随时可能出现安全事故，所以每一名煤矿工作者在进行工作期间都需要高强度的责任意识及严谨的工作态度。在施工期间必须牢记安全的重要性，且要时刻牢记并严格按照操作规范进行作业，不能心存侥幸，为了省事而违反操作流程。造成事故出现的关键是忽视细节的重要性，对于煤矿工作者应该将细节作为工作的重点，严格要求自己，尽力将每项工作做到最好，减少因为工作失误造成煤矿安全事故的发生。

3.4 遵循巷道支护设计的基本原则

为了降低巷道顶板事故的发生，则需要对巷道进行支护施工，以加强巷道的稳固性，同时在进行巷道支护过程中必须严格按照设计方案进行施工。一般情况下，因为高应力作用可能会导致巷道周围岩层因为巷道施工发生软化或者碎裂，巷道顶板会因为挤压而出现变形、弯曲或者底鼓等现象，因此对巷道采取支护施工非常有必要。在进行巷道支护施工期间必须遵守巷道支护施工的中心理念，以护为重点，通过采用锚杆和锚索支护，对巷道周围岩层的承压和变压情况进行有效的改善；以加强支护为施工的重点，防止巷道周围岩体出现脱落、破碎或者松动等现象，从而通过锚杆和锚索增加巷道的稳固性，防止巷道在岩层发生变化的情况下发生损坏。

3.5 从技术方面来讲

为了预防顶板事故的发生，在施工技术方面应做到以下几点：(1)在施工前针对煤矿掘进巷道周边地质构造和水源分布情况进行勘测，若进行施工时工作面发生变化，则需要进行二次勘测，以保证勘测结果的准确性。(2)煤矿掘进前期准备工作充足。在进行掘进施工操作前需根据施工位置的地质构造及影响因素制定有效的施工方案，同时针对巷道的支护进行有效设计，熟知巷道支护作业的施工过程，保证煤矿施工质量。加大对顶板相关数据的监测，根据监测结果掌握顶板变化规律，为之后的施工提供有效的数据支持，当顶板出现影响安全的数值时应该停止施工，在进行加固后方可继续。(3)严格把控施工人员。在进行掘进作业前需对施工人员进行专业培训，且通过相关考核后方可进行施工作业，确保施工人员熟悉施工流程和操作工艺，可以完全按照施工规范进行作业，确保施工质量的同时能够增加工程效率，同时能够降低安全事故的发生频率。