煤矿顶板事故的原因及控制方法研究

韦飞

（中煤能源集团大屯煤电公司安监局，江苏 徐州 221000）

0 引言

从近些年煤矿产业的发展情况来看，煤矿事故的发生是一种较为普遍的现象，而矿井顶板事故的发生频率大于其他类型的事故。若出现顶板事故，就会给煤矿企业的发展带来巨大的影响，而这也影响着煤矿工作的正常进度，严重的煤矿事故也会不利于社会的稳定发展，因此，选择一个合理的、科学方法，加强对煤矿顶板事故的安全管理。要对导致矿井事故出现的具体影响因素进行系统的分析，这种做法可以避免施工人员对井下的实际状况没有充分掌握，引导施工人员对顶板事故发生规律进行分析。

1 煤矿顶板事故的特性和消极影响

1.1 矿井顶板事故发生的机理

地下岩体架构通常是较为坚固的，岩体内部应力的平衡性也较强。然而及井下崛进和开采工作在进行过程中会设置采空区，并会出现开采扰动的情况，这就会对地下岩层的稳定性和完整性造木成一定的影响，导致开采区域岩体受力不稳定，同时也造成岩体内应力的再次分布，这就是导致顶板事故发生的关键因素。在矿压的作用下，岩体内应力数值大于煤和岩的承受能力，这就导致巷道和工作面顶部和围岩部分出现裂缝、形变和沉降等情况，若支护工作采取的不及时，就会出现顶板冒落的问题[1]。

1.2 顶板事故的类型

煤层顶板具体包括直接顶、微顶和老顶三个组成成分，按照引起事故发生的力学原因，可以把顶板事故设定为三个不同的类型，分别是推垮型冒顶、压垮型冒顶和漏垮型冒顶，如果从影响情况上来看，可以把它们分为大面积冒顶和局部冒顶两个类别，以局部冒顶为例，它的危害并不大，一般来说这种情况不会造成过大的人员伤亡，但是由于这种情况出现的可能性较大，因此也应该得到关注。就大型冒顶来看，它的危害是巨大的，一般情况下会导致三人或三人以上的伤亡。压垮冒顶主要是因为支护的强度较小，导致顶压破坏了支架的结构，从而引发冒顶事故。

1.3 顶板事故的消极影响

在冒顶事故产生的影响不大的情况下，往往会出现巷道堵塞、以及支柱线路和装置被破坏的情况，从而造成生产系统停止的结果，若顶板事故的危害级别过大，就会出现人员伤亡，以及造成较大的经济损失，导致生产工作无法正常进行。

2 煤矿顶板事故的原因研究

2.1 地理环境方面的原因

在一些特殊的环境中，保持顶板压力的正常性有很大的难度，比如：断层、破坏等。断层情况的出现会导致煤层连续性和顶板的完整性受到影响，从而造成岩层的分离，断层两侧岩体就可能会出现相对位移的情况。断层范围的扩大与褶曲、挤压与破碎等情况的发生有一定的关联性，而且它们会引发顶板裂缝程度加深和煤层厚度不均衡的情况发生，这在一定程度上会增加矿井开采和顶板安全管理工作的复杂度。所以，断层的位置也是地质灾害的高发区域，这个位置发生冒顶事故的可能性较大。

褶皱的产生与水平挤压和剪切等力的作用有很大的联系，这些力会导致岩层变形，从而以连续性、波浪状的状态呈现出来，这也就是所谓的褶皱。褶曲的位置不同，其内部也会出现不一样的裂缝和节理，特别是褶曲轴部，出现最多的问题岩层损坏和节理发育。褶曲轴部的结构会极大的阻碍煤矿生产工作的进行，由于煤层的均匀度较低，在进行回采工作时难以展开支护，从而造成冒顶[2]。

岩层水普遍在井下岩层中，而且会通过缝隙渗透至施工区域。岩层水的pH 通常不高，其对岩体有着一定的侵蚀影响，这会造成岩体的软化，从而导致岩体结构破损。

2.2 防护工作落实不到位

煤矿生产工作往往都在井下的环境中进行，而且在空气流动性方面有着一定的不足，这种生产情况具有一定的危险性，因此无论哪一种工作都应该精确的按照技术规定来进行，以提高生产作业的正确性，防止安全问题的产生。但是一些煤矿公司为了增加经济收益，对安全管理工作缺乏一定重视，既没有落实相应的安全培训工作，对于日常安全控制工作和应急方法机制方面，也没有得到完善，从而增加了安全事故发生的可能性。

2.3 管理方面存在问题

任何生产工作的开展都需要落实相应的管理工作，一个科学合理的管理制度能够保证生产工作的安全和稳定，所以在研究煤矿顶板灾害的情况时，应该考虑到施工管理工作对其的影响。管理机制的合理化是提高煤矿开采质量的关键，而管理措施的落实，要依靠管理人员和开采人员的协调合作，而这也在一定程度上影响着顶板事故的预防工作的有效实施。

2.4 支护设置方面存在不足

施工人员对矿井的地质情况不了解，就难以保证开采区域和施工现场的支护安设的有效性，而应力集中位置的顶板所受到的作用力也会增大，而顶板支护结构的稳定性就难以保证，在开采过程中，就可能因为压力而引发顶板事故出现。若开采工作已经开始，就难以对支护结构进行调整和改善。一些煤矿顶板支护设计人员在设计过程中没有考虑顶板的具体状况，往往会选择和模仿其他的巷道顶板支护设计，导致支护技术工作脱离了真实的情况，这就无法实现规划好的支护效果。在开采工作的支护设计的过程中，未考虑质量问题和开采要求方面的问题，只是根据自己的想法和感觉就对支护设计内容进行修改，但是缺乏严格的计算过程，而选取的支护方式不够先进，这就会导致支护工作与设计的内容不相符，从而引发顶板事故。当遇到特殊的地质构造顶板破碎带，煤矿企业并没有有效的研究构造带顶板破损的原因，依然需要选择传统的错杆支护方式，但是没有选择科学、合理的支护方式。

2.5 顶板事故的形成过程研究

在开展煤矿开采工作中，开采工作人员需要进入地下环境展开施工工作，而矿洞上方的岩石层会受到一定压力的冲击，另外，煤矿的挖掘导致地层的稳定性被影响，而矿山受力作用的并不均匀。而掏空的煤洞也会受到周围作用力的冲击，这种压力会作用到巷道和顶板上，从上文也可得知，压力过大，就会导致顶板沉降、片帮的情况发生，甚至还有可能会出现底鼓、冒顶、断梁和巷道被压断的情况。因此，矿井区域的地质情况、顶板的状况、支架的设置等都会对施工工作的安全性造成影响。

3 煤矿顶板事故安全控制的措施

3.1 加强对煤矿顶板事故的关注度

煤矿顶板事故发生的原因是多种多样的，目前顶板事故的出现也具有一定的普遍性，煤矿顶板事故发生率也在各种煤矿事故中占有较大的比例，而大多数企业和管理人员对此项事故发生的原因和防治工作并不重视，对此，应该加强管理人员对顶板事故原因的研究和了解，积极落实防范顶板的措施，有效的采用开采技术和优化开采方式，增加对事故预防工作的资金和人力投入，加强安全隐患检测的程度，最大程度上消除开采工作中存在的风险隐患。

3.2 落实顶板管理和工作人员的培训工作

提高煤矿井下顶板事故防范工作的质量，有效推进管理工作责任制的执行，若要使各项制度得到有效落实，就应该禁止施工人员和管理人员不按照规定进行开采工作以及相关管理工作，对煤矿工程的所有工作人员进行行为规范。对于管理人员，应该要求其履行自身职责，提高顶板安全管理工作的质量，密切关注安全技术应用的情况，建设好控制顶板事故的重要防线，充分落实日常管理工作内容，消除施工工作中存在的风险。提高工作人员职业素养和支护维修技术水准，提升工作人员的事故防范观念，加强其在支护、回柱等工作中的规范度，并提高对维修人员的要求，培养其隐患辨别意识。

3.3 设置危险区域监督警告

在一些已经发现的危险工作区，应该设定检测部门，主要就围岩形变、支护受力和顶板离层等内容展开监控和检测，根据移动和应力的实际变化，计算顶板事故出现的可能性，而且应该设置预警准备，在达到预警限度时及时发出警报，在收到警报信息时，应该借助检查支架工作作用力、以及对初撑力、循环未阻力等展开检查，计算支架保压可能性、安全阀正常启动的可能性等，确认支架的实际状况，以有效的落实防范工作，避免冒顶、压架等事故的出现。

3.4 完善施工方案

施工开采工作是否落实到位，与顶板事故出现的可能性有着较大的联系，所以应该在开采之前考虑各种影响因素，以此来对开采计划进行完善，从而精确的对地质状态的变化和支护作用失效等情况进行处理。结合开采工作实施的要求和顶板安全等级检测的情况，优化和改善施工方案，防止顶板事故的出现。比如：通过开采区域相关工作的安排，防止应力聚集或动压叠加的情况发生，从而加强支护处理的合理性和可靠性，而且应该根据异常区域的顶板事故的实际设计监察和预测措施，并确保措施的有效性。

3.5 了解施工区域地质信息

在进行煤矿开采工作之前，应该掌握开采地区的地质情况、围岩压力和施工区域安排等内容，对于煤层的赋存、地质成分和顶板岩石性质等信息应该利用物探、钻探等方法收集。此类地质信息对于顶板安全控制工作十分重要，它是煤矿工程正常进行的关键，煤矿开采工作不能只根据经验展开，还应该借助合理的方法勘察地质情况，通过地质信息研究应力的作用范围，从而更好的进行支护设计工作。

3.6 优化管理制度

对管理制度进行优化和改善是顶板安全控制工作的重点，尽管矿井中的状况是复杂的，且无法预测，但是，顶板事故的发生可以查找到规律，应该通过规律和实际生产工作的规定对管理制度进行调整：①落实对管理人员和施工人员的培训工作。煤矿企业应该通过各种渠道获取近些年来顶板事故的相关数据，对以往事故进行研究，从中得到管理经验，而且要加强管理人员和施工人员的协调合作，引导施工人员掌握更多的事故方面的知识，并落实事故防控能力考核。②落实对顶板事故的动态管理工作。严格根据施工规定落实施工方案，明确施工目标、正确采用支护形式，购买合格材料，并要保证设备调试完成。在开采过程中，应该按照管理人员的部署，加强对顶板的管控、定期检测、以及履行工作人员的职责，构成一个精密的顶板管理机制，优化对顶板施工作业的动态化管理。在施工过程中应该落实质量检查工作，若出现质量不合格的问题，应该及时暂停工作，同时要查找负责相关工作的人员，并加强工作人员的责任意识。③设置安全管理机构，落实煤矿开采工作中的监督工作和质量控制工作，并规范工作人员在顶板施工中的各项操作，管理工作者应该做到实时的监控，若检查出隐患问题，就应该及时、合理的应对。顶板检查的各类工作内容包括：顶板等级的标准化、顶板状况是否出现异常以及顶板施工的安全性是否达标。

3.7 落实日常安全管理工作

落实顶板施工的日常管理工作，此项工作的关键内容包括支护密度的合理性、控顶形式、正常合理的规划采煤工作，并要控制好支护装置的安设效果，最大程度上降低冒顶事故发生的可能性。主要的措施包括：①结合顶板岩层的特性、采矿时间和前后顶的变化情况来选择支护密度和控顶形式。②在设定开采和控顶之间的定时关系时，应该最大程度上减小采煤、回柱放顶的间隔，并提高开采工作的效率。一些开采区域的来压情况较为突出，这需要在来压的过程中设置相应的定时设置，对于控顶关系的设置，在来压前要控制好开采工作和放顶工作的先后顺序，在来压后，应该保证开采和放顶之间距离的最小化。在开采工作中，应该提高施工工作的监督管理工作质量，规范施工人员的行为，结合实际状况落实开采作业，以提高顶板的安全性。

3.8 升级管理技术和机械设施

煤矿企业生产工作应该依靠更加智能的机械装置和高效施工技术来进行，同时技术应用应该根据煤矿开采情况进行，构建可靠的、有效的管理体系。对技术和装置进行升级和优化后，应该引导工作人员学习这些新型的技术和设备使用使工作人员能够切实了解设备和技术的特点和应用。另外，矿井开采、挖掘和支护形式需要考虑矿井的具体状况，设计可行的施工措施，同时要规范生产质量要求，充分发挥技术和设备优势。

4 结语

总而言之，煤矿顶板事故既可能会影响开采工作的进度，还会对矿井内的其他类型作业造成极大的危害。顶板事故的出现往往会阻碍煤矿工作的正常开展，而且也导致工作人员的生命安全无法得到保障，降低了国家的经济效益。为了有效的落实顶板事故预防工作。应该掌握事故出现的原因，加强企业和工作人员对事故预防工作的关注度，落实管理人员和施工人员的培训工作，设置危险情况警报，并对施工计划进行优化，完善安全管理体系，根据具体施工状况对开采计划和安全管理措施进行改进，从而保证煤矿生产工作的安全性。