董 永

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司 安全管理監(jiān)察局，山西 大同 037003)

在同煤集團(tuán)歷年生產(chǎn)安全事故中，礦井頂板事故約占礦井全部事故的46.20%，事故死亡人數(shù)約占總事故死亡人數(shù)的36.11%，事故的起數(shù)比例居各類事故首位，事故造成的死亡人數(shù)也居首位。因此，同煤集團(tuán)煤礦安全生產(chǎn)風(fēng)險中，頂板是安全生產(chǎn)的主要危險、有害因素之一。通過對同煤集團(tuán)頂板事故的特點(diǎn)和歷年頂板事故的分析，筆者認(rèn)為，加強(qiáng)礦井作業(yè)現(xiàn)場管理，落實(shí)好安全技術(shù)組織措施是預(yù)防頂板事故，確保礦井生產(chǎn)安全的關(guān)鍵。

1 同煤集團(tuán)礦井頂板事故的主要形式及危害

1.1 地質(zhì)條件特征

同煤集團(tuán)大部分煤礦處在山區(qū)，煤礦分布從山西的北部到西南部，所采區(qū)域有大同煤田、寧武煤田、霍西煤田、河?xùn)|煤田等，含煤地層有侏羅系大同組、二疊系山西組、石炭系太原組煤層。大同組煤系有頂板、底板及煤層“三硬”特點(diǎn)，屬中厚煤層居多，多采用一次采全高開采。而山西組和太原組煤系的頂板、底板及煤層相對較軟或遇水易軟化，開采易冒落，煤層較厚，多采用放頂煤開采。

1.2 頂板事故的主要形式及危害

頂板災(zāi)害形式有以下幾種:

1)片幫傷人事故。

在礦井開拓和開采過程中，受采動影響，煤壁受壓下會發(fā)生片幫事故，致使人員生命財產(chǎn)遭受損失。如2012 年3 月3 日，大同地煤東周窯煤礦在13－2#層402 盤區(qū)2218 巷(進(jìn)風(fēng)巷)距工作面16 m 處超前支護(hù)段，發(fā)生一起片幫傷人事故，導(dǎo)致1 人死亡。

2)偽頂塌落事故。

大同地區(qū)礦井采掘面老頂多為砂巖、粉砂巖，膠結(jié)致密，穩(wěn)定性好;直接頂以砂質(zhì)泥巖與細(xì)砂巖為主，含較多黃鐵礦，性較硬，較穩(wěn)定。而常有1 層泥質(zhì)結(jié)構(gòu)的偽頂，在支護(hù)不到位情況下極易塌落。如2009年8 月13 日，大同煤礦集團(tuán)大同地煤青磁窯煤礦11#層303 盤區(qū)集中回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面發(fā)生一起頂板事故，造成2 人死亡。

3)直接頂冒落事故。

個別井田由于上覆頂板偽頂為泥質(zhì)頁巖，直接頂為炭質(zhì)頁巖，當(dāng)頂板節(jié)理裂隙發(fā)育而且破碎，礦壓顯現(xiàn)時破碎頂板突然冒落，導(dǎo)致事故發(fā)生。如2007 年9 月5 日，大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司劉家梁煤礦213 區(qū)西翼2136－1 工作面發(fā)生一起頂板事故，造成7 人死亡。

4)頂煤冒落事故。

大同煤田石炭二迭紀(jì)的煤層中有不同程度的夾矸，頂?shù)装鍘r性及夾矸巖性多為泥巖、炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖，部分煤層中有煌斑巖侵入體。煤層受煌斑巖侵入，受熱變質(zhì)或硅化，開采過程一般不需強(qiáng)制放頂，受到采動、應(yīng)力集中或爆破等影響，頂板易冒落。如2005 年3 月28 日，大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司同煤大唐有限公司塔山基建井1070 輔助運(yùn)輸巷在掘進(jìn)工作中發(fā)生頂板事故，11 人死亡。

在同煤集團(tuán)煤礦頂板事故中，偽頂塌落事故占頂板事故的87.1%，偽頂塌落事故導(dǎo)致傷亡人數(shù)占頂板事故總傷亡人數(shù)的85.6%.因此，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失的主要是偽頂塌落事故。偽頂常表現(xiàn)為表面完整，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能錯綜復(fù)雜的假象，這種表面假象嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)。

2 事故主要原因分析

2.1 事故原因分析

1)采掘布置不合理，采區(qū)布置與工作面開采不能做到有序推進(jìn)后退式開采。

2)支護(hù)設(shè)計不合理，如大斷面掘進(jìn)巷道缺角錨桿設(shè)計，采煤工作面兩回采巷超前支護(hù)距離、數(shù)量設(shè)計不合理。

3)條件發(fā)生變化時，不能及時調(diào)整采掘工程支護(hù)設(shè)計方案。

4)采掘過程中過老巷、煤柱及遇到斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造相應(yīng)的安全技術(shù)措施不到位。

5)采掘過程違章作業(yè)，不嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，未按照作業(yè)規(guī)程規(guī)定認(rèn)真檢查頂板情況和支設(shè)臨時支柱。

6)頂板離層監(jiān)測設(shè)計不合理或未按設(shè)計進(jìn)行頂板離層監(jiān)測。

7)培訓(xùn)不到位，沒有及時發(fā)現(xiàn)冒頂征兆。

8)發(fā)現(xiàn)冒頂征兆沒有及時采取防范措施或沒有及時撤離。

9)懸板尺寸大于規(guī)定尺寸未及時放頂。

10)違章超控頂距作業(yè)，或空頂作業(yè)。

11)支護(hù)質(zhì)量差，如支護(hù)初撐力不足，木支柱未支在實(shí)底上等。

以上這些危險、有害因素的存在與出現(xiàn)，就有可能造成片幫、局部頂板冒落、大面積頂板冒落和人員、財產(chǎn)的重大損失。

2.2 礦井頂板事故樹圖

事故樹分析:

受采掘影響，頂板穩(wěn)定性發(fā)生變化和未及時支護(hù)等可能會造成采掘工作中突然發(fā)生頂板傷人事故，因此，采用事故樹分析的方法對其發(fā)生的可能途徑和應(yīng)采取的措施進(jìn)行分析，見圖1.

根據(jù)圖1 的事故樹進(jìn)行定性分析，運(yùn)用布爾代數(shù) 法則，得到事故樹的結(jié)構(gòu)函數(shù):

T=A1·A2

T=(A3+A4)·(X25+X26+X27)

T=A5·A6·(X25+X26+X27)+(A9+A10)·(X25+X26+X27)

T=A5·(A7+A8)·(X25+X26+X27)+(A9+A10)·(X25+X26+X27)

T=(X1+X2+…+X5)·(X6+X7+… +X14)·(X25+X26+X27)+(X15+X16+X17)·(X25+X26+X27)+A11·X24·(X25+X26+X27)

T=(X1+X2+…+X5)·(X6+X7+…+X14)·(X25+X26+X27)+(X15+X16+X17)·(X25+X26+X27)+(X18+X19+…+X23)·X24·(X25+X26+X27)

T=X1X6X25+…+X15X25+…+X18X24X25+…+X23X24X27

從簡化的事故樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)中可得到162 個最小割集:

K1={X1，X6，X25}

…

K46={X15，X25}

…

K49={X18，X24，X25}

…

K162={X23，X24，X27}

T=A1·A2

求最小徑集:

T' =A1' +A2'

T' =A3'·A4' +X25'·X26'·X27'

T' =(A5' +A6')·A9'·A10' +X25'·X26'·X27'

T' =(X1'·X2'…·X5' +X6'·X7'…·X14')·(X15'·X16'·X17')·(X18'·X19'…·X23' +X24')+X25'·X26'·X27'

T' =X1'·X2'·X3'·X4'·X5'·X15'·X16'·X17'·X24'+X6'·X7'·X8'·X9'·X10'·X11'·X12'·X13'·X14'·X15'·X16'·X17'·X24' +X1'·X2'·X3'·X4'·X5'·X15'·X16'·X17'·X18'·X19'·X20'·X21'·X22'·X23' +X6'·X7'·X8'·X9'·X10'·X11'·X12'·X13'·X14'·X15'·X16'·X17'·X18'·X19'·X20'·X21'·X22'·X23' +X25'·X26'·X27'

(T')' =(X1'·X2'…·X6' +X7'·X8'…·X23' +X24'·X25'·X26'·X27')'

(T')' = (X1+ X2+ … + X5+ X15+ X16+ X17+X24)·(X6+X7+… +X17+X24)·(X1+X2+… +X5+X15+X16+…+X23)·(X25+X26+X27)

最小徑集:

P1={X1，X2，X3，X4，X5，X15，X16，X17，X24}

P2={X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X24}

P3= {X1，X2，X3，X4，X5，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21，X22，X23}

P4={X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21，X22，X23}

P5={X25，X26，X27}

由頂板傷人事故樹分析可知，有11 個或門，3 個與門，表明大部分單個事件都有輸出，說明礦井采掘工作中發(fā)生冒頂片幫造成傷亡的危險性很大。

從最小割集進(jìn)行分析，由于最小割集有162 個，表明在采掘工作面發(fā)生冒頂片幫引發(fā)傷亡事故的途徑有162 種，說明發(fā)生頂板事故導(dǎo)致傷亡的原因很多且危險性很大。

從最小徑集分析，最小徑集可以找出避免導(dǎo)致頂板事故發(fā)生的有效措施。該事故樹有5 個最小徑集，說明有5 類控制礦井采掘工作中發(fā)生頂板事故的途徑。通過最小徑集，可以找出安全系統(tǒng)中存在的漏洞，并確定相應(yīng)的預(yù)防措施，控制事故的發(fā)生，從而提高系統(tǒng)的安全性。根據(jù)同煤集團(tuán)煤礦的特點(diǎn)及對事故樹分析，發(fā)生礦井頂板事故最主要的原因有5 個:1)員工缺乏安全意識和基本知識，不嚴(yán)格執(zhí)行“敲幫問頂”等制度;不按作業(yè)規(guī)程有關(guān)規(guī)定進(jìn)行作業(yè);在井下工作面壓力大可能發(fā)生冒頂事故時不及時采取有效安全措施;違章冒險進(jìn)入危險區(qū)作業(yè)。2)有關(guān)人員對礦井頂?shù)装寮懊簩忧闆r調(diào)查不夠，對其發(fā)生的變化掌握不清。3)針對頂板壓力大，應(yīng)力集中情況，沒有采取有效對策措施或措施不到位。4)現(xiàn)場管理不力，有標(biāo)準(zhǔn)不執(zhí)行，不支臨時支護(hù)，超前支護(hù)不到位，空頂作業(yè)。5)支護(hù)參數(shù)選擇不當(dāng)，對頂板及煤層的結(jié)構(gòu)和各分層的力學(xué)性能認(rèn)識不足。因此，只要控制以上發(fā)生頂板事故的5 類主要途徑，發(fā)生礦井頂板事故的可能性會降低。

3 防范頂板事故的主要措施

根據(jù)歷年事故分析，要防止礦井頂板事故，確保礦井安全生產(chǎn)，主要應(yīng)采取以下應(yīng)對措施:

3.1 加強(qiáng)職工安全技術(shù)教育培訓(xùn)

要加強(qiáng)對作業(yè)人員頂板管理知識的教育培訓(xùn)工作，增強(qiáng)防范意識，規(guī)范操作行為，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)章制度，杜絕一切違章蠻干現(xiàn)象，做到不安全不生產(chǎn)。

3.2 做好采區(qū)地質(zhì)變化情況的預(yù)測預(yù)報

把好安全技術(shù)關(guān)是礦井頂板管理工作的基礎(chǔ)。開展頂板觀測、地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，收集、整理和分析資料，研究處理頂板管理工作中出現(xiàn)的問題，及時解決隱蔽致災(zāi)因素，完善工作方案。

3.3 制定并落實(shí)管理頂板的安全技術(shù)措施

在遇過地質(zhì)構(gòu)造破碎帶、煤柱、空巷等特殊情況時，要及時編制相應(yīng)的安全技術(shù)措施，并按規(guī)定審批，并對措施方案執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)督。

3.4 保證支護(hù)有效到位

頂板管理的重點(diǎn)是支護(hù)符合標(biāo)準(zhǔn)，操作過程規(guī)范。采掘工作面嚴(yán)禁空頂作業(yè)，任何情況下都嚴(yán)禁在無支護(hù)下作業(yè)。

3.5 引進(jìn)先進(jìn)的頂板管理技術(shù)

深層次分析研究頂板及煤層的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，優(yōu)化工作面支護(hù)設(shè)計，選擇科學(xué)、合理、先進(jìn)的支護(hù)方式，推廣應(yīng)用先進(jìn)的頂板管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步，安全生產(chǎn)。

3.6 推廣聯(lián)合支護(hù)手段

頂板破碎時，應(yīng)根據(jù)巷道斷面形狀采用密集支護(hù)，如采用錨桿、錨索支護(hù)巷道可縮小錨桿、錨索間排距，必要時加金屬網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，或者進(jìn)一步架設(shè)工字鋼棚，拱型巷道可改用U29 鋼棚加強(qiáng)支護(hù)。

3.7 采用羅克休固化松軟頂板

煤層松軟時，采用羅克休加固破碎煤柱，提高支撐力，增加頂板穩(wěn)定性，通過超前加固掘進(jìn)及回采工作面巷道頂板，防止冒頂。

3.8 做好周期來壓時的支架、支柱管理

綜采工作面在周期來壓時，要強(qiáng)化兩端頭及兩安全出口的超前支護(hù)，工作面支架、單體液壓支柱要確保初撐力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，乳化液泵站壓力符合要求。

4 結(jié) 語

頂板事故是同煤集團(tuán)煤礦事故的主要類別之一，其中偽頂塌落事故是頂板事故的主要形式。根據(jù)頂板事故的主要形式，采用事故樹分析的方法對事故可能發(fā)生的途徑進(jìn)行了分析，并提出了防范頂板事故的主要措施，以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

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