煤矿顶板事故风险管理体系应用研究

齐俊杰

（国家能源集团神东煤炭有限责任公司开拓准备中心，陕西 神木 719300）

煤矿安全是煤矿开采过程中需要首先解决的问题。煤矿开采过程中原始地层的平衡性遭到破坏，导致安全事故时有发生。在煤矿安全事故中，顶板事故的发生次数位于煤矿六大事故的首位。因此，预防煤矿顶板事故是煤矿安全工作的主要内容之一，其关键在于对工作面的顶板进行管理。

一、我国煤矿顶板事故发生的特点

我国煤矿安全生产事故和顶板事故发生的次数和死亡的人数已经达到同步下降，对于安全生产的状态在不断巩固，对于安全生产管理工作有了很大的加强，但仍然不能够放松警惕，对于安全事件的防范是一件非常重要的事情。2.对于巷道施工地质条件的调查有所缺失，而导致巷道支护设计呈现不合理的现象发生，在设计的过程中缺少针对性，临时的支护没有起到有效的作用，再加上在进行临时支护的过程中不够及时，空顶作业会导致事故的发生，占的比重较大。3.一些煤矿企业为了推进作业进度、赶任务，使得采掘出现了失调的问题，在进行掘进的过程中，若是发生港道失修而发生变形时，就需要采用前掘后修的方式来进行平行作业，这样会使得掘进工作面以及港到维修地点的顶板事故发生的频率大大增加。

二、造成煤矿顶板事故的原因

（一）地质因素影响

煤矿挖掘工作很难确定地质构成，尤其是某些特殊地点，很容易对顶板产生压力，造成破坏或断层现象。当地面湿度达到一定程度时，很容易在断离层发生断裂。尤其是遇到大水时，因为软化而引起坍塌事故。在下盘矿体进行连接时，也容易发生裂缝问题。如果其表面结构存在泥质，就无法发挥良好的稳定作用，容易出现破碎围岩的情况。这些不利的地质条件，都对煤矿顶板的安全稳定产生了影响。

（二）采掘区域围岩地质力学测试与评估不健全

为了能够更好地对顶板灾害进行防治工作，其最重要的前提条件是要对采掘区域围岩地质力学特性进行一定的掌握，要对围岩变形破坏特性进行一定的了解，并采取针对性的控制措施来进行解决。目前一些矿区对于采掘区域全范围全服务周期、动态围岩地质力学性能缺乏有效地进行探测以及评估和跟踪，这些都是顶板灾害发生的重要因素。

（三）安全管理不规范

我国很多煤矿企业在开采过程中，安全技术管理不合理，尤其是安全保障制度不规范。很多工作人员自身技术性不强，不了解施工流程，给冒顶事故的发生埋下了很大的隐患。有些企业甚至违规开采，产生了很大的不确定性因素，开采过程管理相对松散，没有严格的监督机制，很容易引发安全事故，造成重大伤亡。

（四）岩体抗拉强度不达标

对开采地区进行探测时，要对岩体结构进行详细测量。如果岩体抗拉强度不达标，将会出现极大的问题。岩体抗拉强度是顶板自拱形成的条件之一，如果其面积和结构不符合相关标准，会使岩体抗拉强度无法达到顶板的承重要求，岩体的支撑结构无法发挥承重作用，导致脱落，产生极大的安全威胁。

（五）矿山压力显现剧烈的原因

矿山压力显现剧烈是工作面回采过程中经常遇到的，其主要表现是液压支架被压死或压坏。其多是由于在选择液压支架时没有注意到其性能或其工作阻力不够。这种情况多发生在工作面两端的端头支护处，虽然不会引起严重的安全事故，但是会影响工作面的回采效率。此外，在进行孤岛工作面开采时，也会出现这种现象。值得注意的是，当煤层底板比较软时，工作面的液压支架容易下陷，这时也会出现煤层顶底板移近加剧的问题。

（六）工作面布置不合理

煤矿普遍存在于地下，以前的技术条件相对比较低下，煤矿的地质资料不能进行全面的掌握，综采的工作面得不到科学的布置，在进行煤矿开采与掘进当中，将原有煤矿层的压力平衡状态破坏了，从而使得煤矿顶板压力受力不均，在回采工作面以及四周的岩体上也会受到不均匀压力的作用。如果压力超出一定的范围，高于巷道或顶板的支撑力，轻微情况下会有顶板下沉的现象发生，严重情况下就会有顶板塌落、陷落柱、断层、巷道压垮等现象的发生，增加了煤矿开采安全事故的发生率，此外，在综采作业进行期间，还会对上覆岩层中隔水层的性能带来损坏或影响，进而在作业期间导致工作面中有水涌入，甚至完全淹没在水中。

三、煤矿顶板事故的防控防范的主要措施

（一）加强地质勘探

很多情况下，煤矿顶板事故的发生与煤层的地质构造存在很大的关系。在一些地质构造区域，岩体通常比较破碎，例如陷落柱、断层等。在这些区域进行开采时，很容易发生冒顶事故。对于岩体破碎区域，可通过地质勘探来发现。虽然在开采前煤矿已对开采区域的煤层地质构造进行了详细勘探，但是多采用的是钻探方式，很难勘探到一些岩层破碎区域。为此，在煤层开采前还需要采用一些物探方法加强勘探，特别是工作面中存在的一些孔洞、破碎区域。在确定有破碎区存在后，需要采用钻探的方式估算破碎区域或孔洞区域的范围，从而做好开采的安全措施。通过加强地质勘探，就能大幅度减少煤矿顶板事故的发生。当通过这些区域时，可在液压支架上方铺设1 层金属网，这样就能有效控制顶板破碎引起的冒顶事故。

（二）科学进行工作面的布置

在设计矿面顶板的时候，要进行全方面因素的考虑，并对整体的具体情况进行有效综合，进而对矿面顶板进行设计，由于地区不同矿区的地理位置也不完全相同，这个时候每个矿层也会有不同的具体情况，存在一定的差异，为了能根据不同矿面的顶板而进行有针对性的设计，要对当地实际情况进行相关考察，同时在进行施工当中，矿山的岩层也要进行特别注意，避免出现山体坍塌等一些自然灾害，在施工过程中对于事先制定好的工作计划要严格执行，同时做好安全措施，整个施工中都要把安全放在首位，在进行整体的矿面布置时，安全逃生通道是首先要预留出来的，同时还要进行通风口的保留，防止出现有害气体的泄露而威胁到工作人员的生命安全，通常情况下，要具备相关人员的指导以及有经验的工人所描述的具体方法，通过两者结合进行施工。另一方面，科学合理的布置整个矿面，从而有助于后续工作的顺利进行。根据上述方法，使整个工程的安全性都得到了有效的提高，保证相关工作人员的生命安全，即使在意外发生的时候，工人也能以最快的速度逃生，这种保障技术被经常运用到煤矿开采作业当中。

（三）坚硬顶板强制放顶

综采工作面回采时通常采用垮落法管理顶板，即煤层开采完成后让采空区顶板自由垮落填满采空区。这种顶板管理方式比较简单，成本较低，但存在很大的安全隐患。若顶板长期悬而不垮积聚大量的弹性能，则很可能诱发冲击地压事故。特别是一些矿区采用了大采高、放顶煤等采煤方法，导致顶板积聚的能量显著增大。因此，需要对煤层的顶板垮落情况进行监视。若发现顶板不易垮落，则应采取一些强制措施来放顶，常见的有岩层注水，深孔爆破、水力压裂等方法。随着煤矿科学技术的发展，大型切割机已经问世，使得利用机器设备来切割煤层顶板成为可能。

（四）加大煤矿顶板管理的资金投入

煤矿企业需要不断对顶板管理进行资金的投入，还需要对顶板管理的一些先进的技术以及设备进行引进，要更新观念，不能够认为引进新的设备就会导致成本大大增加，减少了企业的经济效益。在实际的工作中，对于先进技术以及设备的引进能够有效提升企业的工作效率，同时还能够保障企业的工作能够顺利有序的进行，保证运行过程中的安全性，使得煤矿顶板事故的发生率大大减少。所以，以长期的目光来进行观察，煤矿企业的利润也会逐步的提升。此外，会大大地优化煤矿顶板的管理，使得企业的经济效益也大大增加。在煤矿顶板管理方面加大资金的投入，采用先进的技术以及设备能够大大的促进煤矿企业对顶板的管理工作。

（五）采掘区域围岩地质力学测试与评估

对采掘区域围岩地质力学进行测试以及评估是作为煤矿开拓部署、巷道布置以及进行支护设计的一项前提条件，同时也是作为日常顶板灾害隐患排查的一个重要基础。在进行巷道掘进、维修以及工作面部署的准备工作时，需要对煤矿进行地质力学的测试，并做好评估，根据采用动态评估的方式来进行，注意要覆盖巷道以及工作面的全生命服务周期。在进行采掘区域围岩地质力学的测试和评估过程中，首先需要对采掘区域煤岩层赋存情况进行一定的了解，同时还需要掌握顶底板岩性、地质构造以及地应力，注意对空间周围的采动情况进行采掘，还要要考虑到水、火、瓦斯以及冲击地压等因素。在进行围岩地质力学的测试过程中，需要在井下进行工作，它的内容包括井下原位地应力测量、围岩结构观测、围岩强度测量及采动应力监测等。

（六）实行“四类面”工作面管理制度

煤矿企业应当加强对开采工作面开采作业的管理，实行“四类面”工作面管理制度。强调在开采作业时，首先由煤矿开采工作的领导人员进行专项任务布置，保证安全员、技术员以及开采队长三人全部到位，保证将安全措施有效落实再进行开采，将收尾工作的工作面管理作为重点管理内容，在收尾工作时，安全员要对工作面的顶板压力集中和分布情况仔细观察，将切顶密柱、从柱以及木垛等具有支护作用的防护措施做好，有效防止顶板受压过大而造成的冒顶事故。

结束语：最常出现的煤矿安全事故就是由于顶板的问题导致事故，因此，需要对顶板进行有效的管理，才能够保障煤矿的安全生产。对此，煤矿企业要加强重视，在进行开采的过程中，要注意分析的合理性，然后再根据工作经验、地质条件以及现代的先进技术进行结合，按照顶板的特点来制定出一个较为科学合理的顶板控制管理方案，要能够有效地增强对顶板的管理。有效的维持抗压，使得工作面的危害大大减少，保障工人能够有序地进行采煤工作。不管是企业或者是工作人员都需要加强自身的安全防护意识，需要在工作之前进行防护方案的制定，这样能够有效保障采煤工人的安全，也有利于推进我国煤矿行业的持续发展和进步。