胡立年

(晉城市煤炭規(guī)劃設計院，山西 晉城 048000)

當前，煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占有很大比重，煤炭工業(yè)仍是我國國民經(jīng)濟發(fā)展和國力保障的重要基礎。但隨著煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，安全生產(chǎn)問題依舊嚴峻。煤礦事故包括:瓦斯煤塵爆炸事故、頂板事故、水災事故等。頂板事故是指在煤炭井下開采過程中，頂板意外冒落而造成的人員傷亡、設備損毀、生產(chǎn)終止等事故。煤礦開采中的頂板事故大多是由于從業(yè)人員素質(zhì)不高、管理不善造成的。因此，分析煤礦井下常見頂板事故的發(fā)生因素，加強頂板管理，減少和杜絕頂板災害事故的發(fā)生，對提高我國煤炭工業(yè)安全生產(chǎn)具有重要意義［1－2］。

1 煤礦常見頂板災害及成因分析

1.1 煤礦頂板事故類型

頂板事故是煤礦生產(chǎn)過程中最常見的威脅職工生命安全的事故之一。煤礦井下常見的頂板事故主要分為以下2類:采煤工作面(掘進)頂板事故和巷道頂板事故［3］。

1)采煤工作面頂板事故。

隨著煤炭開采機械化程度的提高和發(fā)展，頂板事故逐年減少，但對于松軟煤層、薄煤層、深部開采等地質(zhì)條件，頂板災害仍時有發(fā)生。根據(jù)頂板災害力源及范圍，采煤工作面頂板災害事故可以分為以下幾類:

a)漏冒型頂板災害。

煤礦采掘過程中原來已有的頂板破碎沒有得到有效地監(jiān)控修復支護，進而導致冒頂事故的發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)場開采的地質(zhì)條件有以下幾種:大面積漏冒、局部漏冒、靠煤壁附近或者綜采工作面的上下出口處等。這些地方支護空頂距離較大，煤礦生產(chǎn)過程中支護不及時或無支護，煤層頂板松軟下沉等因素都是導致漏冒型頂板事故的因素。

b)壓垮型頂板災害。

在采煤工作面掘進方向，當工作面支護力度不足時，垂直于層面方向的頂板壓力會使采煤工作面的支護出現(xiàn)嚴重的臺階下沉，甚至出現(xiàn)壓垮現(xiàn)象，造成嚴重的頂板事故，致使煤礦生產(chǎn)終止或者人員傷亡。

c)推垮型頂板災害。

在平行于采煤工作面推進方向的頂板力推倒工作面的支架而導致的頂板事故。當采煤工作面由不同巖層組成，并且各巖層之間有弱面時，則煤層較軟的部分容易發(fā)生斷裂、下沉，當碎煤量積累到一定程度時，在重力的作用下容易向支撐力不足的地方塌陷，隨著塌陷的不斷發(fā)展，容易引起支護大面積傾倒，進而發(fā)生推垮型頂板事故。

2)巷道頂板事故。

a)掘進工作面頂板災害。

在煤礦掘進后，頂部巖層應力作用發(fā)生變化，卸壓的平衡狀態(tài)破壞，如果支護不及時，隨時有可能發(fā)生頂板事故。如果掘進工作面附近已有支護的強度不夠，也會造成局部支護失效，造成頂板事故。

b)巷道交岔處頂板災害。

巷道交岔點處空頂面積較大，頂部巖層與周圍巖層失去控制，造成松動，容易發(fā)生頂板事故。所以，此處對支護強度和穩(wěn)定性要求很高，交叉口處支護錯綜復雜。如果支護強度不足，極易發(fā)生頂板事故。

1.2 煤礦頂板事故成因分析

煤礦頂板事故是煤礦生產(chǎn)中不容忽視的重要災害事故之一，嚴重危害煤礦的安全生產(chǎn)［4］。頂板事故的產(chǎn)生分為人為因素和自然因素。

1)煤礦井下從業(yè)人員素質(zhì)不高，安全知識技能不足，對井下開采地質(zhì)條件不了解，對礦壓活動規(guī)律與機理認識不到位，支護管理不善，盲目施工，造成嚴重的頂板事故，導致人員傷亡，設備損壞，生產(chǎn)終止等。

2)煤層傾角、采煤工作面及巷道附近圍巖性質(zhì)和組成、礦井地質(zhì)構(gòu)造、開采深度和煤層厚度都是造成頂板事故的重要因素。其次，礦井開采技術(shù)也是造成頂板事故的主要原因。比如，采煤工作面的支護方式，采空區(qū)的處理方式，工作面支護布置方式，支護工藝與支護參數(shù)，圍巖變形角度控制等都是造成頂板災害的重要因素。

2 煤礦頂板事故防治策略

分析煤礦常見的頂板災害及產(chǎn)生原因，減少和杜絕煤礦頂板事故的發(fā)生，對提高煤礦的安全生產(chǎn)具有重要意義。因此，采取和制定合理的頂板事故防治策略很有必要［5］。

1)加強頂板管理。

煤礦頂板事故具有零散和頻繁發(fā)生的特點，這類事故分布范圍廣，人們不夠重視，造成管理不善。煤礦生產(chǎn)從業(yè)者素質(zhì)不高、礦井地質(zhì)條件復雜、施工條件簡陋、機械化程度不高等都是誘發(fā)頂板事故的主要因素。因此，加強頂板管理就應該在地質(zhì)勘探、規(guī)劃設計、施工管理、支護方式與措施整個過程嚴密監(jiān)控，減少和杜絕頂板事故的發(fā)生，為煤礦的安全生產(chǎn)提供保證。

2)制定科學的支護工程預警監(jiān)測方案。

通過對煤礦頂板動態(tài)、圍巖應力、錨桿受力、支架受壓進行實時監(jiān)測，掌握巷道和采煤工作面頂板狀態(tài)，實現(xiàn)煤礦頂板事故的預警，為綜采工作面和巷道的穩(wěn)定和安全提供科學依據(jù)。

3 煤礦頂板災害監(jiān)測系統(tǒng)應用

建立巷道和采煤工作面頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠及時有效發(fā)現(xiàn)造成頂板事故的潛在隱患，為支護的修復和加強提供科學依據(jù)。通過采用先進的傳感技術(shù)對煤礦頂板動態(tài)、圍巖應力、錨桿受力、支架受壓進行實時監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理，實現(xiàn)煤礦頂板安全監(jiān)測和事故突發(fā)預警，為煤礦安全生產(chǎn)提供保障［6］。

目前，中國礦業(yè)大學聯(lián)合國內(nèi)煤炭裝備集團公司研發(fā)的煤礦頂板災害監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時有效地對巷道和采煤工作面頂板進行實時監(jiān)測，主要分為以下幾個功能:

1)監(jiān)測掘進和回采巷道的頂板離層位移與速度。2)監(jiān)測錨桿支護巷道錨桿或錨索的載荷應力。3)監(jiān)測巷道圍巖或煤柱內(nèi)部應力。4)監(jiān)測綜采工作面支架和超前支護工作阻力。5)井上計算機在線動態(tài)顯示監(jiān)測參數(shù)和超限預警。6)該系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)自動存儲，可以歷史查詢以及數(shù)據(jù)信息共享。煤礦頂板安全監(jiān)測系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 煤礦頂板安全監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

4 總結(jié)

本文介紹了煤礦頂板安全在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用，通過采用先進的傳感技術(shù)對煤礦頂板動態(tài)、圍巖應力、錨桿受力、支架受壓進行實時監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理，能夠及時有效發(fā)現(xiàn)造成頂板事故的潛在隱患，為支護的修復和加強提供科學依據(jù)，實現(xiàn)煤礦頂板安全監(jiān)測和事故突發(fā)預警，為煤礦安全生產(chǎn)提供保障。

［1］毛德兵，尹希文，張會軍.我國煤礦頂板災害防治與監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)［J］.煤炭科學技術(shù)，2013，41(9):105－108.

［2］張晉武.煤礦頂板事故發(fā)生的地質(zhì)因素與防治對策［J］.山西煤炭，2012，32(7):69－73.

［3］疏禮春.煤礦頂板動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)［J］.煤礦安全，2012，43(10):92－96.

［4］岑傳鴻.頂板災害防治［M］.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，1989:133－135.

［5］侯朝炯.巷道圍巖控制［M］.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，2013:85－86.

［6］王連國，李明遠，王學知.深部高應力極軟巖巷道錨注支護技術(shù)研究［J］.巖石力學與工程學報，2005，24(16):2889－2893.