如何加強(qiáng)煤礦井下頂板的管理
一、前言
頂板事故在煤礦生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生，冒落的形式各種各樣，冒落的原因也錯(cuò)綜復(fù)雜。冒頂?shù)牡男纬墒怯蓛?nèi)因和外因兩方面的因素構(gòu)成的。內(nèi)因是煤層頂?shù)装宓牡刭|(zhì)條件，其中頂?shù)装鍘r層的組合結(jié)構(gòu)是決定冒頂?shù)年P(guān)鍵因素，外因是人為的不合理的頂板管理和生產(chǎn)技術(shù)因素。因此，通過分析內(nèi)因和外因?qū)е马敯迕奥涞脑?，采取相?yīng)措施，減少冒頂事故的發(fā)生。
二、常見冒頂事故的預(yù)兆
（一）局部冒頂?shù)念A(yù)兆
1、工作面遇有小地質(zhì)構(gòu)造，由于構(gòu)造破壞了巖層的完整性，容易發(fā)生局部冒頂。
2、頂板裂隙張開、裂隙增多，敲幫問頂時(shí)，聲音不正常。
3、頂板裂隙內(nèi)卡有活矸，并有掉碴、掉矸現(xiàn)象，掉大塊前往往先落小塊矸石。
4、煤層與頂板接觸面上，極薄的矸石不斷脫落。這說(shuō)明劈理（即頂板的節(jié)理、裂隙和摩擦滑動(dòng)面）張開，有冒頂?shù)目赡堋?/p>
5、淋頭水分離頂板劈理，常由于支護(hù)不及時(shí)而冒頂。
（二）大型冒頂?shù)念A(yù)兆
1、頂板的預(yù)兆
（1）頂板連續(xù)發(fā)生斷裂聲。這是由于直接頂和老頂發(fā)生離層，或頂板斷裂而發(fā)生的聲響。有時(shí)采空區(qū)頂板發(fā)生像悶雷一樣的聲音，有人叫“板炮”，這是老頂和上方巖層產(chǎn)生離層或斷裂的聲音。
（2）掉碴。頂板巖層破碎下落，一般由少變多，由稀變密。在人工假頂下，掉下的碎矸石和煤碴更多（俗稱“煤雨”），這是發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)信號(hào)。
（3）頂板裂隙增加或裂隙張開。頂板的裂隙，一種是地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的自然裂隙，一種是由于頂板下沉產(chǎn)生的采動(dòng)裂隙。有經(jīng)驗(yàn)的老工人說(shuō)：“流水的裂縫有危險(xiǎn)，因?yàn)樗?；縫里有煤泥、水銹的不危險(xiǎn)，因?yàn)樗抢峡p；茬口新的有危險(xiǎn)，因?yàn)樗切律摹?。人們常常在裂縫中插上楔子，看它是否松動(dòng)或掉下來(lái)，觀察裂縫是否擴(kuò)大，以便做出預(yù)報(bào)。
（4）脫層。頂板快要冒落的時(shí)候，往往出現(xiàn)脫層現(xiàn)象。檢查是否脫層可用“問頂”的方法，如果聲音清脆，表明頂板完好；如果頂板發(fā)出“空空”的響聲，說(shuō)明上下巖層已經(jīng)脫離。
2、煤壁的預(yù)兆
由于冒頂前壓力增加，煤壁受壓后，煤質(zhì)變軟，片幫增多，使用電鉆打眼時(shí)，鉆眼省力，用采煤機(jī)割煤時(shí)負(fù)荷減少。
3、支架的預(yù)兆
使用木支架時(shí)，支架大量折斷、壓劈并發(fā)出聲音；使用金屬摩擦支柱時(shí)，活柱急劇下縮發(fā)出強(qiáng)烈的金屬摩擦聲，大量柱鎖變形、柱體被壓壞；使用單體液壓支柱時(shí)，大量支柱的安全閥自動(dòng)放液，損壞的支柱比平時(shí)大量增加。
底板松軟或底板留有底夾石，丟底煤時(shí)，支柱會(huì)大量壓入底板。
4、工作面其它預(yù)兆
含有瓦斯的煤層，冒頂前瓦斯涌出量突然增大。有淋水的頂板，淋水量增加。
三、頂板事故的原因
在采礦生產(chǎn)活動(dòng)中，頂板事故是最常見的事故，引發(fā)頂板事故的原因有：
1、采礦方法不合理和頂板管理不善。采礦方法不合理，采掘順序、鑿巖爆破、支架放頂?shù)茸鳂I(yè)不妥當(dāng)，是導(dǎo)致這類事故發(fā)生的重要原因。
2、缺乏有效支護(hù)。支護(hù)方式不當(dāng)、不及時(shí)支護(hù)或缺少支架、支架的初撐力與頂板壓力不相適應(yīng)，是造成此類事故的另一重要原因。
3、檢查不周和疏忽大意。在頂板事故中，很多事故都是由于事先缺乏認(rèn)真、全面的檢查，疏忽大意，沒有認(rèn)真執(zhí)行“敲幫問頂”制度等原因造成的。
4、地質(zhì)條件不好。斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造形成破碎帶，或者由于節(jié)理、層理發(fā)育，破壞了頂板的穩(wěn)定性，容易發(fā)生頂板事故。
5、地壓活動(dòng)。地壓活動(dòng)也是頂板事故的一個(gè)重要原因。
6、其它原因。不遵守操作規(guī)程、發(fā)現(xiàn)問題不及時(shí)處理。工作面作業(yè)循環(huán)不正規(guī)、爆破崩倒支架等，都容易引起頂板事故。
四、頂板事故的防治措施
1、掘進(jìn)工作面冒頂?shù)姆乐?/p>
（1）掘進(jìn)工作面嚴(yán)禁空頂作業(yè)，作業(yè)規(guī)程中必須制定使用金屬前探梁的措施。在爆破前必須加固靠近工作面10米范圍內(nèi)的支護(hù)，爆破中破壞的支架必須及時(shí)修復(fù)，必須檢查幫頂，并由外向里逐架進(jìn)行，爆破后嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，必須進(jìn)行前探支護(hù)后方可進(jìn)入工作面作業(yè)。在松軟的的煤、巖層或地質(zhì)破碎帶、斷層、等掘進(jìn)巷道時(shí)必須采取前探支護(hù)或其它措施。
（2）根據(jù)掘進(jìn)頭性質(zhì)，選擇巷道支護(hù)方式，嚴(yán)格控制空頂距。當(dāng)掘進(jìn)頭遇到斷層褶曲等地質(zhì)構(gòu)造破壞帶，或?qū)永砹严栋l(fā)育的巖層時(shí)，棚子應(yīng)緊靠掘進(jìn)頭并縮小棚距，必要時(shí)還要打重柱以抗突然來(lái)壓。
（3）巷道支架應(yīng)有足夠的支護(hù)強(qiáng)度以抗衡圍巖的壓力。巷道支架所能承受的變形量，應(yīng)與巷道使用期間圍巖可能的變形量相適應(yīng)，盡可能做到支架與圍巖共同承載。支架選型時(shí)，盡可能采用有初承力的支架，特別注意頂與幫的背嚴(yán)背實(shí)問題，杜絕支架與圍巖間的空頂、空幫現(xiàn)象。凡因支護(hù)失效而空頂?shù)牡攸c(diǎn)，重新支護(hù)時(shí)應(yīng)先護(hù)頂，再施工。巷道替換支架時(shí)，必須先支新支架，再拆老支架。
（4）在易發(fā)生推垮型冒頂?shù)南锏乐?，要提高巷道支架的穩(wěn)定性，可以在巷道的支架間用拉撐件連接固定，增加架棚的穩(wěn)定性，以防推到。傾斜巷道中支架被推倒的可能性更大，其支架間拉撐件的強(qiáng)度、密度要適當(dāng)加大。
（5）掘進(jìn)巷道交岔點(diǎn)施工前，開岔口應(yīng)避開原來(lái)冒頂?shù)姆秶?，必須在開口抬棚支設(shè)穩(wěn)定后再拆除原巷道棚腿，不得過早拆除，切忌先拆棚后支架棚。當(dāng)開口處圍巖尖角被壓壞時(shí)，就及時(shí)加強(qiáng)抬棚穩(wěn)定性的措施。注意選用抬棚材料的質(zhì)量與規(guī)格，保證抬棚有足夠的強(qiáng)度。
（6）錨桿巷道掘進(jìn)時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，打眼前應(yīng)將頂上的險(xiǎn)矸活石清理后，方可作業(yè)；錨網(wǎng)巷道掘進(jìn)時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行前探梁制度，嚴(yán)禁空頂作業(yè)，錨桿的長(zhǎng)度、空頂距、錨固力、錨索間距等質(zhì)量要求都必須在作業(yè)規(guī)程中明確規(guī)定；遇斷層及構(gòu)造、頂板破碎時(shí)，要及時(shí)改變支護(hù)，予以加固；錨噴巷道初噴要緊跟工作面，嚴(yán)禁空頂作業(yè)，空頂距要符合作業(yè)規(guī)程的要求；采用錨噴支護(hù)的巷道必須采用光面爆破，噴漿用的砂子、石子，必須經(jīng)過篩選，符合規(guī)程要求。臨時(shí)支護(hù)及時(shí)并緊跟迎頭。
（7）有水患威脅的巷道掘進(jìn)必須堅(jiān)持“有疑必探、先探后掘”的探放水原則。正常情況，磧頭每班打眼深度不小于5米；有異常現(xiàn)象（或已知前方有采空廢區(qū)）時(shí)，必須先進(jìn)行探放水工程設(shè)計(jì)，制定探放水措施，規(guī)定好掘放安全距離；磧頭每班打探鉆眼深度平巷不低于20米，上山掘進(jìn)時(shí)不低于40米；發(fā)現(xiàn)透水預(yù)兆時(shí)，必須立即停止作業(yè)，撤出人員，并報(bào)告礦領(lǐng)導(dǎo)處理。
（8）掘進(jìn)工作面臨時(shí)停工時(shí)，巷道支架必須架設(shè)到掌子面，保持正常通風(fēng)，并隨時(shí)對(duì)巷道支護(hù)變化情況進(jìn)行檢查。臨時(shí)封閉時(shí)，必須對(duì)巷道支護(hù)進(jìn)行加固?；謴?fù)開工時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行開工檢查制度，并根據(jù)支護(hù)變化情況采取相應(yīng)的措施。
2、井巷維修的頂板管理
（1）礦井在進(jìn)行巷道維修前必須制定施工安全措施，確定臨時(shí)支護(hù)方式，特別對(duì)片幫加強(qiáng)管理。在井巷維修前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)頂板鑒定，確定施工方法，采取針對(duì)性措施并向維修人員貫徹，施工中明確頂板監(jiān)護(hù)人員。維修巷道要執(zhí)行“先外后里、先支后撤、先上后下、先近后遠(yuǎn)、先頂板后幫”的原則。
（2）加強(qiáng)巷道巡回檢查工作，及時(shí)除掉脫皮、危石、懸矸，對(duì)嚴(yán)重失修地段必須及時(shí)采取專門措施維護(hù)。加強(qiáng)巷道的修復(fù)，努力降低巷道的失修率。
（3）擴(kuò)大斷面和維修井巷時(shí)，必須保證有（在發(fā)生冒頂堵塞井巷時(shí)）能撤出人員的安全出口。獨(dú)頭巷道必須由外向里逐架進(jìn)行，嚴(yán)禁維修人員進(jìn)入維修地點(diǎn)里側(cè)；嚴(yán)禁前后兩處同時(shí)維修；嚴(yán)禁前掘后修。傾斜巷道維修要由上向下進(jìn)行。巷道對(duì)頭維修時(shí)，兩處都必須有安全出口，距離小于20米時(shí)停止一處作業(yè)。發(fā)生冒頂時(shí)必須木垛接頂。更換巷道支護(hù)時(shí)，必須先加固臨近支護(hù)，拆除和架設(shè)支架應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，在一架未完工之前，不得中止工作，嚴(yán)禁留尾巴工程。
（4）生產(chǎn)采區(qū)的巷道有連續(xù)3架失效支架或有冒頂危險(xiǎn)時(shí)，必須立即處理，否則應(yīng)停止生產(chǎn)。必須加強(qiáng)獨(dú)頭井巷維修和掘進(jìn)工作面的維護(hù)，如出現(xiàn)斷梁折柱、歪斜、彎曲、片幫、幫頂桿脫落、低矮等情況，必須停止作業(yè)，防止發(fā)生頂板冒落傷人、堵人事故。
(5) 巷道冒頂處理時(shí)應(yīng)由外向里逐架進(jìn)行，支護(hù)要牢固，要有專人觀察頂板。傾斜巷道處理冒頂時(shí)，處理人員要有護(hù)身柱或護(hù)身板。
3、采煤工作面的頂板管理
（1）采煤工作面必須按作業(yè)規(guī)程的規(guī)定及時(shí)支護(hù)，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。所有支護(hù)必須架設(shè)牢固，并有防倒柱措施。嚴(yán)禁在浮煤或浮矸上架設(shè)支架。嚴(yán)禁在控頂區(qū)域內(nèi)提前摘柱。碰到或損壞、失效的支柱，必須立即恢復(fù)或更換。移動(dòng)輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾需要拆除附近的支架時(shí)，必須先架好臨時(shí)支架?；夭晒ぷ髅鎯啥吮仨毷褂枚祟^支架或增加其它形式的支護(hù)，上下順槽距工作面出口20米范圍內(nèi)，必須加抬雙邊棚支護(hù)（拱形支架抬中棚支護(hù)）。
采煤工作面遇頂?shù)装逅绍浕蚱扑?、過斷層、過老空、過煤柱或冒頂區(qū)以及托偽頂開采時(shí)，必須制定安全措施。
（2）采煤工作面必須經(jīng)常存有一定數(shù)量的備用支護(hù)材料。使用摩擦式金屬支柱或單體液壓支柱的工作面，必須備有坑木，其數(shù)量、規(guī)格、存放地點(diǎn)和管理方法必須在作業(yè)規(guī)程中規(guī)定。嚴(yán)禁使用破損的坑木、損壞的金屬頂梁、失效的摩擦式金屬支柱或單體液壓支柱。
在同一采煤工作面中，不得使用不同類型和不同性能的支柱。在地質(zhì)條件復(fù)雜的采煤工作面中，不得不使用不同類型的支柱時(shí)，必須制定安全措施。對(duì)摩擦式金屬支柱、金屬頂梁和單體液壓支柱，在采煤工作面回采結(jié)束后或使用時(shí)間超過8個(gè)月后，必須進(jìn)行檢修。檢修好的支柱，還必須進(jìn)行壓力實(shí)驗(yàn)，合格后方可使用。
（3）采煤工作面必須及時(shí)回柱放頂或充填，控頂距超過作業(yè)規(guī)程時(shí)，禁止采煤。用垮落法控制頂板，切頂線必須懸掛擋矸簾，回柱后頂板不垮落、懸頂距離超過作業(yè)規(guī)程的規(guī)定時(shí)，必須停止采煤，采取人工強(qiáng)制放頂或其它措施進(jìn)行處理。
采煤工作面采用密集支柱切頂時(shí)，必須打戧柱和叢柱或加木垛等特殊支護(hù)，兩段密集支柱之間必須留有寬0.5米以上的出口，出口間的距離和新密集支柱超前的距離，必須在作業(yè)規(guī)程中明確規(guī)定。采煤工作面采用無(wú)密集支柱切頂時(shí)，必須有防止工作面冒頂和矸石竄入工作面的措施。
（4）減少工作面控頂面積，加快工作面推進(jìn)速度。生產(chǎn)實(shí)踐表明，回采工作面空間越大，支柱荷載和頂板下沉量增加越明顯。隨著頂板下沉量增加，頂板逐漸出現(xiàn)裂隙、剝落以致冒頂。工作面推進(jìn)速度對(duì)頂板下沉量和冒頂影響也很大，尤其對(duì)松軟頂板影響更大。由于工作面進(jìn)度慢，頂板下沉量大，木支架折損多，金屬支架上的壓力大，容易造成冒頂。而加快工作面推進(jìn)速度，情況則相反。
減少工作面控頂面積的主要措施有：合理安排回采工藝，縮小空頂距，選用適宜的采煤設(shè)備，減少無(wú)支柱空間、煤壁片幫，及時(shí)處理懸伸頂板等。
加快工作面推進(jìn)速度的主要措施有：及時(shí)支護(hù)，必要的超前支護(hù)，合理安排工序和勞動(dòng)組織，實(shí)行正規(guī)循環(huán)作業(yè)，合理裝藥放炮減少崩柱等。
五、結(jié)束語(yǔ)
安全第一是煤礦生產(chǎn)的一項(xiàng)基本方針，搞好頂板管理是貫徹執(zhí)行這一方針的重要環(huán)節(jié)。煤礦各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和全體職工必須正確處理生產(chǎn)與安全的關(guān)系，堅(jiān)持安全生產(chǎn)。
煤礦企業(yè)要加強(qiáng)采掘工作面現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)質(zhì)量，及時(shí)消除隱患。掘進(jìn)工作面要按照《作業(yè)規(guī)程》要求落實(shí)好前探支護(hù)措施，采掘工作面嚴(yán)禁空頂作業(yè)。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全檢查，發(fā)現(xiàn)事故隱患要盯住不放，及時(shí)采取措施處理，確保消除在萌芽狀態(tài)。
參考文獻(xiàn)：
1 李志成 方伯成：《煤礦地下開采》 云南大學(xué)出版社2009版
2 黎大明 粟才全：《煤礦工人崗位安全技術(shù)培訓(xùn)教材》 湖南人民出版社2006版
3 《煤炭安全規(guī)程》
