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煤矿掘进工作面常见冒顶事故的原因及防治措施尹兵

发表时间：2020/1/10 来源：《防护工程》2019年18期作者：尹兵牛田瑞

[导读] 产生停产隐患，造成经济损失，更为严重的是往往会伴随着人员伤亡，已成为限制煤炭行业安全稳定发展的重大难题。

鄂托克前旗长城五号矿业有限公司内蒙古鄂尔多斯 016299
　　摘要：煤矿井下掘进作业离不开采煤机的应用，相应也涉及到拆除旧有支护结构，在此过程中便会导致顶板产生松动的问题，由于回采工作面缺乏足够的支护初撑力，进而导致直接顶产生破裂、下落现象。煤矿开采是促进我国煤炭行业持续发展的主要动力之一，因此全面贯彻落实煤矿开采工作具有很大现实意义。本文基于煤矿掘进工作面常见冒顶事故的原因及防治措施展开论述。
　　关键词：煤矿掘进工作面；常见冒顶事故；原因及防治措施
　　
　　
　　引言
　　近些年来，国家对煤炭等化石能源需求的增长，推动了煤炭开采行业的快速进步。随着煤炭开采规模的逐步扩大，采矿能力逐步提高，采矿深度不断增加，导致巷道断面不断扩大。工作面顶板由于长期受到岩层压力的作用，容易出现下沉、弯曲、掉渣、裂隙、冒落等现象。尽管液压支架在煤炭行业的广泛应用使工作面顶板支护效果得到显著提升，降低了顶板冒落事故的发生率，但不能否认冒顶事故仍是影响煤炭安全开采的主要灾害之一。工作面冒顶会引起回采工作面片帮，对后续回采造成很大的困难，产生停产隐患，造成经济损失，更为严重的是往往会伴随着人员伤亡，已成为限制煤炭行业安全稳定发展的重大难题。
　　1煤矿掘进冒顶事故的规律性探析
　　①掘进冒顶事故主要发生在掘进工作面临近断层、褶曲等地质构造的范畴中。②袒露面积与顶板在空气中的裸露时间存在正相关性，这提示裸露时间越长，掘进冒顶事故发生的风险明显增加。③在煤矿开采施工现场，作业人员选用了金属摩擦支柱辅助设施，与单体液压支柱相比较，该类设施诱发冒顶事故的风险率更高。④煤矿掘进工程现场管理人员安全意识偏低，未能实现对煤矿掘进作业的全过程管理；工作人员安全意识薄弱化，未能加强对施工操作行为的管理，势必会增加冒井事故的发生率。
　　2掘进工作面顶板事故成因
　　在进行煤矿开采的过程中，会开拓一些巷道，进行运输等功能，所以会出现一些其他的矿山压力。主要是因为空间的改变而引起的平衡应力重新分布，这是在煤矿开采中需要注意的地方。煤矿开采中需要非常注意矿压，因为当矿压过大时，会引起相应周围的岩石和煤层的变形，起支撑作用的顶板下沉，墙体产生裂缝，从而导致事故的发生。因为煤矿中的矿压压力直接作用于暴露的围岩自由面上和一些支撑物上。同时，在位移变形和自重影响下，矿压的作用会被放大，进一步造成其他一系列的事故隐患。比如若是作用于侧帮压力大的地方，则会发声煤矿垮塌等更严重的安全事故。在生产施工过程中，若当人员处于危险区时，就可能造成顶板人身伤亡事故。而常发生的顶板事故是矿山压力活动造成的，是矿压显现、能量转换的结果。
　　3冒顶对综采工作面影响分析
　　为分析冒顶对综采工作面的影响，采用UDEC2D软件建立了尺寸为200m×50m的数值模拟模型，煤层厚度6m。将周边的岩体视为由多个完整岩块所组成，各个岩块之间被岩体中的不连续面分割，且接触面被视为岩块的边界，完整岩块可被模拟成刚体或可变形体，UDEC2D软件在模拟可变形岩块时，将岩块自动分割成许多次级块体，对于每个次级块体可根据所选用的材料及外力作用情况，计算岩块的受力及应力分布情况。

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为了研究大面积冒顶对综采工作面的影响，通过UDEC2D软件进行模拟分析，屈服准则采用摩尔-库仑准则。上部边界为应力边界，埋深取400m，岩层平均密度取3g/cm2，重力加速度取9.8m/s2，上部边界荷载应为7.9MPa的均布载荷，左右边界的x方向速度为0m/s，底部y方向速度为0m/s。工作面开挖深度为120m，煤层平均厚度为6m，工作面开挖后，受采动影响，采空区周围岩层的力学平衡状态被打破，覆岩被破坏，在自重应力作用下失稳从而引起地表下沉。
　　4煤矿冒顶事故的防治措施
　　4.1全面落实掘进巷到的地质勘查工作
　　在煤矿开采作业前期，煤炭企业应科学设定掘进范围，并派遣地质勘探专职人员，对开采现场进行勘察工作，掌握与掘进巷道地质条件相关的第一手材料，在巷道掘进期间，应邀请经验丰富的人员对实际工作开展方向做出指导，并结合巷道的土质状况，落实巷道维护与加固作业。若掘进工作面临近断层、褶曲等特殊土质区域，最好不要采用堆放矸石头的形式，应结合土质实况合理规划排矸系统，并尽量把排矸系统的终止点设计在井口宽敞部位，以为后续开采作业创造优势条件。
　　4.2棚顶顶板管理
　　在针对掘进工作面顶板进行安全管理时，应当着重强化棚顶顶板管理措施的制定，一般选择依据煤层顶板高度与端面距离进行支护方案的制定。例如当顶板与端面的间距为1m时，应当选用钻眼插钢针法进行棚顶加固，倘若在检测中发现冒落高度与端面的距离不符合安全值要求，则务必要进行顶棚支护作业，防范“零皮”问题的出现，保障施工人员的作业安全。具体来说，应当从冒落区一侧着手，依据采高将工字钢梁设置在输送机挡煤板的外侧，再从冒落区的另外一侧确保其顶住煤壁，借助敲帮问顶作业掌握顶板的压力变化范围。同时，为预防顶板发生二次冒落事件，应当进行单体液压支柱的增设，确保能够借助支柱实现对木料与钢梁的有效支撑，发挥支护效能。当针对假顶进行支护作业时，则需要依照0.5～0.7m的间隔完成钢针的插入，并借助铁丝进行钢针与方木的加固，确保能够最大限度提升支护效果。
　　4.3掘进工作面的信息传输技术
　　自动化技术除了在生产作业中深入的应用，对工程的管理上也显得尤为重要。地面工作者要实现对掘进工作面的全面有效控制，就需要能够对深井的工作状态进行实时的监控，能够快速的得到相关数据，才能及时的做出相应的策略指令。包括地势的环境变化、岩层的变化信息、工作的进度以及设备的工作数据等，都是进行有效控制的重要信息。而当前掘进工作面使用的信息传输技术是PPPOE，能够通过环网交换机进行信息的传递，提高了准确性和高效性，推动了信息自动化的发展。
　　5煤矿开采中事故预防措施
　　煤矿开采的事故都是严重的事故，要进行一定的预防措施。综合上述的分析沿河研究，认为需要对事故进行预防的措施。（1）在煤矿的开采过程中，要学会应用安全检查表。利用安全检查表进行对事故的检查和预防，从而达到提高经济效益的目的。同时，针对不同的事故类型，选用不用类型的安全检查表，可以更有效地检查安全隐患，保障工作人员的人身安全。（2）对于地质复杂的地区，在进行巷道掘进时要尽可能的避开这些区域。因此，这就要求在煤矿开采的前期做好相应的准备工作，对可能发生的安全事故制定预防措施，达到防患于未然。
　　结束语
　　煤炭是促进我国社会经济发展的重要能源类型之一，纵观我国当下煤炭行业发展现状，因为煤炭资源分布缺乏均匀性，且开采条件差异性、变动性较大，以致有关开采作业运行期间遇到诸多障碍点。故而，保证煤矿开采作业安全性，对煤炭行业、社会经济持续发展具有促进作用。
　　
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