顶板灾害防治范文

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中图分类号：X9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0037-01

顶板事故与水、火、瓦斯、煤尘并列，被称为煤矿五大灾害。一直是影响安全生产的主要因素。

据统计，在上世纪90年代以前，因顶板事故死亡人数占总死亡人数的45%以上，目前，虽然随支护技术的进步有所降低，但仍占25%左右，给国家财产和人民生命安全带来极大威胁。所以必须重视顶板灾害事故，采取措施，杜绝隐患，实现安全生产。

局部冒顶事故的防治

一、镶嵌型顶板局部冒顶事故的防治：

1. 结构：锅底石、鱼背石，局部煤顶

2. 产生原因：落煤后，无支护，在无支护区冒险作业，没有前兆

3. 措施：

调查；选及时支护架型；不许在无支护区工作； 敲帮问顶； 严格架设质量、插严背实，补换支柱

二、支护突然失效局部冒顶事故的防治：

1. 产生原因： 支架内伤

2. 措施（1）支架无损（2）合理设计结构，使弯距较小

三、空顶冒落冲击局部冒顶事故的防治：

1. 局部空顶（空洞）的形成：

（1）局部漏顶没填实――糊顶，不充填空间加大

（2）顶板冒落抽空――α>30°顶碎，网上冒落抽空

（3）上分层大块矸石参差冒落――最初稳定，下层开采翻滚

（4）上分层支架回收不净――留有空间，下层开采易冒

（5）上分层冒落不充分――采空区四周形成（初采、上下端头）

（6）分层顶板离层――下沉量加大，离层空间，再冒，形成冲

2. 防治冒顶措施：

（1）防止漏顶空顶：

超前支护――掏梁窝，提前挂梁，插严背实（图一）

超前锚杆――顶碎时（图二）

（2）封堵漏顶：打桩楔；泡沫封堵材料（图三）

（3）处理空洞：

调查上分层位置、大小、标示

空洞较小时――点柱+木垛接顶（先加固空间周边支架）

空洞较大时――3m以下打高柱支柱（先加固空间周边支架），

在其下架设木垛（最后回收），

空洞再大则绕行开采

3. 空顶处回柱放顶措施：

（1）加大控顶距――上下周边各5m不回，留安全空间（图四）

（2）对空洞区周围充填――超过边界1.5～2.0m（图五）

（3）空顶区“拉大网”回柱――严禁人员进老塘

四、工作面上下端头局部冒顶：

1. 端头矿压显现特点：

（1）上下顺槽已产生较大变形和破坏――时间1-2年，1000mm

（2）上下顺槽支护基本无初撑力，促使离层下沉

（3）支承压力产生叠加，加剧对围岩破坏作用

（4）面积大，煤岩体承载能力低，支架控顶负担重

（5）端头移溜改柱，支架多工作在初撑阶段，阻力低，稳定性差，顶板下沉量大。

2. 端头冒顶类型：

（1）推垮型冒顶――掘巷破坏、离层、漏顶、有空间

（2）端头大面积悬顶压跨型――顶硬、悬露、突冒

（3）移留时压垮――回撤机头机尾支架，支撑力降低、突冒

3. 防止端头冒顶措施：

（1）十字顶梁支护

（2）端头回梁八柱支护（倒移）

（3）提高支护强度为正常时的1.6倍（增支柱密度、特殊支架）

（4）局部锚杆一端头支架混合支护

5）选用端头支架

五、大型冒顶事故的防治

一、复合型顶板条件下的冒顶事故

1. 复合顶板岩性与结构：

下软上硬层状岩层

2. 矿压特点：平时顶板压力小，支架承载不大；离层后，形成不稳定结构，有横向移动倾向； 支护失稳，推垮。 坚硬顶板放顶后，悬顶，断裂，冲击推垮。

3. 防治措施：

（1）合理布置工作面：

严禁爬山开采；严禁下顺槽与工作面锐角相交――阶梯形布置

2）减少对顶板破坏：

不得挑顶掘进；

切眼锚杆加固（锚杆+液柱）

3）安全控制：

提高初撑力；

初次放顶时，沿倾斜分段布置锚杆；

降低初步阶段采高，充填、炮崩；（调整采高有一定限度）

复合顶薄时，挑顶开采；

增大控顶距。

2. 防治措施：

（1）调研顶分层冒落状况，危险区标注；

（2）预防处理：煤壁深孔爆破（第一分层）；

（3）金属网假顶控制：

1）尽可能延长分层开采间隔时间；

2）适当降低第二分层工作面初采高度；

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中图分类号：TD323

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）22-0130-03

在煤矿的开采中，顶板的危害是最为严重的。其中中小煤矿在开采过程中发生的顶板垮落是因为薄基岩的整体切落而形成的。其在采空区保留支撑煤柱，由此顶板形成大面积悬露，从而造成顶板的垮落。实践证明，必须对中小煤矿的留煤柱支撑方法进行研究，预防灾变，依据防灾技术，才能防治浅埋薄基岩下开采而形成的灾害。

1　浅埋薄基岩煤层开采的灾害类型

1.1　顶板灾害

由于特殊的埋藏条件，浅埋薄基岩开采与普通埋藏条件的煤层开采相比，有着较大差别的矿压显现规律，其基本特点为：基岩的厚度较薄，工作面上覆岩层只有裂隙带和跨落带。开采煤层之后，顶板岩层形成的破断角非常大，从而引起台阶的下沉，大面积切顶事故也会因此时有发生；作为工作面顶板，一般为单一关键层，如果顶板出现断裂，砌体梁结构就会非常不稳定，易出现动载现象；顶板的破断容易对地表造成影响，其松散的上覆层会形成附加荷载，由于支架受到较大的荷载，因而容易被压垮并造成压塌事故；来压步距非常的小，且强度很大，基岩厚度对来压的影响也较大。

1.2　溃水溃沙灾害

如果矿区的基岩上部为厚松散沙层，且富含潜水，开采煤层后，浅水层就会与水裂隙带相通，破断后的基岩会形成切落并回转，此时水沙流动通道就会有所形成。若潜水顺着通道下流，而松散沙运动正好以此作为自身的动力，就会与覆盖的沙土混合液共同进入工作面，导致溃水溃沙灾害的形成。溃水溃沙灾害的发生因素有：松散沙层有较大含水量，松散沙层位于潜水层下部；开采煤层造成水裂隙带的较高高度，从而与潜水层相通；基岩破断后不易形成稳定结构，基岩厚度对水裂隙带的高度也有一定的影响；含水层的高度会对水流的携沙能力造成影响。

2　长壁留煤柱法的灾害防治机理

2.1　长壁留煤柱法的防灾特征

2.1.1　局部冒顶的预防。保证生产的安全是煤矿采煤方法的重要实践意义，而长壁留煤柱法对长壁布置进行采用，且在作业区有支架设置。没有支护的区域，工人是不得进入的，这也有效地预防了顶板局部的冒落。

2.1.2　跨区域垮落的预防。在煤矿的开采过程中，最重大的灾害为大面积顶板垮落，对小区域隔离进行采用，对大面积顶板垮落进行防治，是目前中小煤矿采煤惯用的方法之一，采出率在小区域内为88.9%，可与长壁的采出率相比。

2.2　长壁留煤柱法的关键技术

长壁留煤柱法的关键技术是对两种性质的煤柱进行的区分，一是区内煤柱，二是区间的隔离煤柱。其中，区域煤柱指小区域开采期间暂时保留的煤柱，对作业区的顶板安全进行了保障；隔离煤柱指小区域内保留的煤柱，对工作区和采空区进行隔离，这样，即使采空区的顶板垮落，也不会对工作区造成任何影响。当一个小区在开采完成之后，在隔离煤柱隔离的情况下，在进行下一个小区的开采时，煤柱在小区内可失稳破坏，即无灾害垮落。整体说来，长壁留煤柱法的关键技术就是对两种煤柱的设计和处理。

3　长壁留煤柱法进行开采时的顶板灾害的力学分析

3.1　开采时围岩运动破坏的分析

3.1.1　在隔离区进行开采时，顶板、煤柱为弹性变形阶段，由于工作的不断推进，顶板的悬露面积会不断增大，煤柱压缩，增大了顶板的下沉量。若工作面推进70m左右时，煤柱下缩1/4，即表明煤柱变形，且超过了一般塑性变形，此时开采区域顶板的裂隙则不断增大。

3.1.2　当煤柱变形增大时，就会增加顶板的下沉量，两者在相互作用的情况下，顶板的裂隙转变为裂缝的贯通，之后形成一个脱离于原岩体的隔离体，即形成六面体，而六面体的形成则是垮落的发生条件。

3.1.3　形成六面体后，其全部重量对支撑它的煤柱群进行作用，增大了煤柱的载荷，使煤柱垮塌，顶板表开始整体垮落，之后，在区域隔离煤柱外进行下一个区域的开采。

3.2　“顶板-煤柱”相互作用下的灾害过程

3.2.1　煤柱体的强度在特定的开采区域内较大，由于煤柱并未被破坏，煤柱支撑的顶板就不会形成六面体，形成几个区域却不会发生垮落，但却有大面积垮落的危险。

3.2.2　若煤柱体强度较小，隔离区开采还未结束时，煤柱支撑的顶板就会形成面积小于隔离区的六面体，对有限煤柱群进行垮压，促成大面积垮落，这样的灾害带来的危害非常严重，在开采区域发生时，还会沿着煤壁切落，对人员的生命安全造成严重威胁。

4　大型顶板事故的防止体系

对于长壁留煤柱开采方法在中小煤矿中的应用，其技术目标是对大型顶板事故的预防，以有效减轻矿区事故的灾害，促使隔离小区域的正常垮落，并有效避免大范围垮落在跨隔离区的形成，来保证采区的正常作业。而矿区灾害防治的关键技术是对不同性质煤柱的合理设计的区分进行识别，只有掌握两种煤柱的设计方案，才能掌控防灾体系的设计核心。通过对长壁留煤柱开采方法在中小型煤矿应用的有效研究，我们可以提出一种有效防治大型顶板事故的防灾体系，即设计、确定、监测、识别、措施。就中小煤矿开采方式的合理选择，可有三种较为适宜的开采方式，其中包括：长壁布置、小区域隔离、在区内实施留煤柱支撑法进行采煤；长壁布置、小区域隔离、实施条带煤柱进行采煤；长壁布置、小区域隔离、实施条带煤柱放顶进行采煤。而这三种方法的有效应用需要关键的技术参数与评价指标作为实施依据，其中包括：区内支撑煤柱参数、破坏适时性评价；开采区域尺寸、生产指标；隔离煤柱的宽度、稳定性；采取“煤柱-顶板”的相互作用；顶板灾害的防治评价。通过各项指标和参数的综合性分析，可促成顶板灾害预计的评价体系。在评价体系当中，最为主要的三方面组成了体系的整体结构，对采取的大面积垮落、冒顶、局部冒顶进行整体评价。另外，要对矿区隔离区内“煤柱-顶板”的变形破坏、顶板破坏隔离体的形成一级顶板垮落的信息必须有所了解，这一信息的重要反馈也是促使矿区对灾害识别的有效手段。从整体而言，中小煤矿的防灾措施一般分为两个内容：一是针对危险性的灾变，实施可行的措施，以有效消除灾变对矿区开采的危害指数；二是难以消除灾变的危害时，应对发生的灾害进行相应措施的处理。但所有步骤的实施还要依据煤层及围岩地质和工程地质的具体调查情况，才能根据相应条件进行合理控制，进而有效促使灾害防治的良好设计，使得灾害得到最大限度的防治。

5　结语

总而言之，对于中小煤矿在浅埋薄基岩下的开采，长壁留煤柱法的开采是比较适用的。其中不同性质煤柱的区分是长壁留煤柱采煤法的关键技术，这当中包括区内和区域间的隔离煤柱。而针对浅埋薄基岩下进行开采而形成的灾害防治，则需有效技术措施的设计、选择、处理、运用，构建防止大型顶板事故的有效体系，才能促进煤矿开采灾害的有效预防。

参考文献

[1]　任满翊．旺格维利采煤法煤柱尺寸的合理确定[J]．矿山压力与顶板管理，2004，（1）．

[2]　彭成，康丽华．中国煤矿安全生产之现状[J]．当代矿工，2003，（1）．

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引言

华宇菱镁矿于1958年初由鞍钢大石桥镁矿开始小规模开采,鞍山冶金地质勘探公司四六队和水文地质队对该区进行了多期勘探。2000年前,该矿由多家民营矿山无序开采,其坑道及采空区几乎遍布全区,东起Ⅻ线西止ⅩⅤ线均有地下采空区。目前已测到的坑口就有17处,其中镁矿坑口10个,滑石矿坑口7个。各坑口的底板标高由121.2～192.1m不等,采空区的顶底板高差为3～20m,平均为12m左右。这些采空区不但导致矿石储量大量消失,而且严重影响了矿山的安全生产,并造成矿石回采率下降。

1.矿山概况

华宇菱镁矿位于营口宽甸古隆起之营口断块。矿区属大青山～大葳子山～山角山山脉的一部分,为剥蚀丘陵地貌,山势起伏不平,地形切割中等,沟谷纵横分布,山脊走向大致NE,倾角15～25°。

矿区位于北东向复背斜构造的南翼,变质岩层呈单斜构造形态,走向60～70°,倾向南东,倾角自东向西逐渐变缓。断裂构造比较发育,主要有纵断层和横断层两组。菱镁矿赋存于前震旦纪辽河群大石桥组下部白云岩～菱镁矿段。矿体围岩上盘为白云大理岩夹千枚岩,下盘为黑云母片岩。夹石有滑石片岩、绢云母片岩、千枚岩、透闪白云岩及菱镁大理岩等。工程地质岩组特征表明,矿坑的赋矿围岩主要为大理岩和少量煌斑岩,岩性致密坚硬,稳定性一般较好,在构造发育部位,稳固性相对较差。

矿山目前主要有三个露天采场进行了开采,即华峪采场、范峪采场、青山寺采场。

2.地下采空区现状及稳定性分析

2.1 原地下采空区现状基本特征

1.采空区体积不清。现有采空区及之前老硐之间的空间组合、分布情况和对应关系都不清楚。目前尚能查清的仅有明空区,主要分布在工程地质条件较好的地区。另有暗空区尚未查清,主要分布在工程地质条件差的地区。矿区暗空场主要有两种类型,一是岩移塌陷区内的暗空区,一是古采老酮。目前据2006年底的不完全统计,地下采空区体积约为60万m3。

2.采空区边界不清。在开采初期出现采富弃贫、丢采的现象,加上塌落原因,许多空区轮廓不清。该矿在整合前,由于民采矿点进行无序开采,在矿区内120m水平以上遗留大量坑道及采空区,而在开采过程中又陆续发现新的采空区。

3.原地下采空区在剖而上有重叠现象,在平面上具交叉特征。多中段采空区投影在平面上形态千疮百孔,呈现重叠的蜂窝状。许多空场中坍塌受堵,上部及内部深处仍为未充填空场,增加了采空区的隐蔽性。

4.采空区顶板高度及形态控制程度不够。许多空场都是在中段闭坑后才进行调查,已无法深入到采场顶部,又因测量手段的限制,某些采空区顶板及边界不能控制。

5.地下开采方法不正规,矿柱留设无技术标准。原地下开采时主要用非正规房柱采矿法和全面采矿法,形成了状态各异的空区。采空区顶板的支承矿柱没有严格按岩性和受力情况进行设计、选择形状和确定技术参数,空区矿柱大小无统一规格。

2.2 采空区稳定性分析

华宇菱镁矿采空区的稳定性主要受到围岩特性及支承矿柱的尺寸强度和空区规模等因素制约。坑内的调查所见无岩体爆裂声响和矿柱微裂张开、剥皮等情况,多数空区顶板较完整。

研究认为,华宇菱镁矿采空区的稳定性受自重应力场控制。空区中承压矿柱出现拉伸、剪切破坏的情况极为有限,多数矿柱稳定性较好,对空区顶板起到了良好的支撑作用。仅在工程地质条件差的地区的暗空区有破坏现象。由此可见,华宇菱镁矿出现空区大面积连锁性破坏的岩移灾害条件不具备。但事实表明,采空区的存在对露采生产作业却造成了直接性影响和危害。

3.露天开采中的地下采空区危害

3.1 采空区现状灾害

1 滑塌地质灾害。现场调查,在已有露天采场见有3处滑塌点,崩落物为陡坡处白云岩、大理岩块石、碎石、砂土混杂堆积,规模在5～20m3,规模小,形成原因主要为采坡高陡,高度多大于15m,坡度大于70°,有的近直立形成陡崖,崩滑落物为坡顶残坡积碎石、砂土,坡面松散岩块、碎石。

2 井巷坍塌地质灾害。通过现场调查、访问,已有菱镁矿、滑石矿采空巷道停采后出现井巷坍塌,巷道井口坍塌人员已无法进入。经调查、访问核实,现已发现矿区内有四处坍塌。①ⅩⅣ线CK53孔南东40m巷道见坍塌,巷道顶板标高160.3m,采厚10m;②ⅩⅣ线CK54孔,东南约30m,巷道坍塌,巷道顶板标高170.1m,采厚约10m;③在ⅩⅢ线西约30m,巷道坍塌,巷道顶板标高153m,采厚约5m;④在ⅩⅢ线东约30m,巷道坍塌,巷道顶板标高139m,采厚约4m。其中①、③、④巷道坍塌顶板围岩为菱镁矿及菱镁大理岩,在岩石节理裂隙发育部位产生巷道坍塌冒落;②为巷道坍塌,巷道围岩为滑石片岩,由于岩体质软,凌空后在地压重力作用下顶板失稳产生坍塌。

3.2 采空区将导致的危害

华宇菱镁矿露天开采中,其下部空区存在的危害多表现为露大作业台阶的失稳破坏,其破坏类型不仅仅位于空区顶板之上,且与多种工程地质因素密切相关,构成了空区危害的多样性与复杂性。

1 露采工作台阶失稳危害。台阶失稳不仅波及范围大,且还可以诱发各种崩塌性灾害。实际观测发现,台阶体的沉陷、倾斜、拉伸性破坏性失稳,会引起台阶体外侧开裂,或产生崩塌性滚石,或片帮性松脱岩块,给生产人员和作业设备带来严重安全威胁。

2 露天工作台阶局部性塌陷危害。由采空区引发的露天工作台阶失稳,甚至塌陷、崩塌、滑塌。在露采场南部在节理裂隙发育带,中部F1断裂破碎带附近,西部F7断裂破碎带附近,北部岩矿体顺向坡段外,有可能引发崩(滑)塌地质灾害。

①预见性塌陷。这是一种依据调查资料预先确定的具体部位,通过生产性爆破或技术性处理揭穿空区顶板而引起的塌陷。在菱镁矿露天采场中部地段,分布大面积不同标高的采空区,矿山露天不同标高阶段开采,由开采爆破及运输机械震动,加之露天采开采空区顶板较薄时,在岩矿体完整性差、节理裂隙地段,F1断裂破碎带处则可能引发采空区塌(沉)陷,其规模可能不同,但塌陷可直接威胁危害作业人员及机械设备的安全。

②非预测性塌陷。这种塌陷危害性很大,多数情况是由于采空区资料不全,或空区复杂,探测手段难于控制,或其它(如工程衔接不合理)原因所致的暗空区造成的。矿区留下较多的规模不等的古采空硐,与采空区并存,影响作业平台的稳定性。

4.地下采空区危害的防治措施与技术对策

采空区的存在是导致台阶失稳破坏的最重要原因,但在受到工程地质条件差、开采工艺不合理、管理不到位及长期的爆破震动等因素影响时,会加速台阶体性态改变或失稳成灾。

4.1 采用有效技术查定地下采空区

1.实地调查。以人员可以进入明空场开展调查为特征,调查空场精度。在实践中以测量导入的井巷导线点为控制点进行编录的。用标准皮尺丈量长度,顶板高度配以激光测距仪确定。编录人员尽量至空场尽头,可以提高空场编录的精度。生产中可以用穿孔钻机实施机械探测,把握顶板厚度和空场分布轮廓。

2.机械探测法。根据矿区内采空区分布的基木状况,研究矿体形态与富集规律,分析围岩蚀变特征,结合现场形迹勘察认识,采用剔除圈定法,把暗空区的位置最大限度地框在一定范围内。然后,选用150型穿孔机或阿特拉斯等重、轻型钻机,实施现场探测,也可以结合生产作业进行。探测中要坚持从稳定一侧渐进的原则,确保安全并起到对暗空区的探明作用。

3.物理探测技术。矿区以赋存明空区及暗空区且散岩相互存在、广泛分布为特征,目前主要以探查暗空区为主,潜孔钻机成孔难度大,用机械探测方法难以在该区对暗空场实施探测。运用物理探测技术可以实现对暗空场探测,主要方法有:雷达波法微重力法、高密度视电阻率法和浅层地震法等。雷达波法和电阻率法在国内外已经得到采用,其准确率可达90%以上。高密度视电阻率法利用人工电场发生畸变的基本原理,对不同电阻率的岩石、矿石或空区探测时电场变化特点,获得不同介质的电阻率变化规律,达到对空区探测的目的。

4.2 确定地下采空区轮廓

建立采空区原始资料图形库。根据原始资料和图纸,进行地下开采空区的性态及其稳定性分析,按照不同的特点和状况好坏划类,为生产决策提供依据。通过资料图形库的建立,实现计算机管理,有利于对采空区资料的查找、分析,从而提高其利用率,为开采决策和技术研究提供准确快捷的信息。

4.3 防治措施与技术对策

为减轻和避免地质灾害对矿山建设造成危害,在矿山建设中应采取科学合理的防治措施。同时要加强对施工人员进行地质灾害教育,提高防灾意识和能力,制定发生突发性灾害的应急措施,避免不应有的损失。按照引发、加剧、遭受地质灾害类型结合治理工程规范和地质灾害防治经验提出灾害治理防治措施建议:

1.确定边坡的稳定性。由采空区引发的边坡稳定性失稳会造成边坡产生滑塌,边坡的稳定性计算方法可采用极限平衡法、应力应变法、(有限元法及边界元法)以及可靠性分析法(概率分析法)。[1]

2.防治措施。①崩塌、滑塌灾害防治措施。针对岩体的性质及边坡处形态,采用稳定的坡角,及时处理危岩或削坡,避免在坡上加荷载,对破碎处必要时进行喷锚。②井巷坍塌灾害防治措施。为防止井巷坍塌、片帮、冒落,对不稳定围岩、破碎带应支护、衬砌加固喷锚,要经常敲帮问顶,及时清理危岩体。③地面塌陷灾害防治措施。对露天采区中部采空区应进一步勘查,在不同开采阶段下部有采空区时,应采取提前崩落、采取落顶措施。④在地面岩移范围内可能产生塌陷区,要建立定期监测点进行巡视,地面建立警示牌和围栏网。已出现塌陷坑应利用渣石土回填。

3.遵守露天开采的规律。开采工作而不断在空间移动,台阶工作线不断扩展推进,采场不断延伸和扩大。因此,露天台阶体的稳定控制和平台的建设等都应与采空区的高度合理衔接,利于对采空区的生产探测和穿爆处理。露采中尤其要保持采矿和剥离工作的协调发展,遵循矿山工程的延深速度与工作台阶推进速度成比例发展的规律。严格规范台阶结构。根据工程地质条件,采矿工艺和设备作用等要求,合理确定台阶结构尺寸至关重要,要严格防止高台阶的危害。

4.维护地下采空区围岩的稳定性。对地表所有塌陷坑以及废弃旧巷,实行回填平坑处理,减少围岩应力集中积累的破坏现象。

5.控制爆破震动影响。尽量控制露天生产台阶的吨级爆破药量,严格查禁地下盗采矿柱的行为。

6.结合露采穿爆进行空区处理。根据地采空区规模大小及其状态、岩性条件、顶板高度等具体情况,可选用生产穿爆崩落空区顶板,或侧向水平(倾斜)钻孔爆破或VCR法拉槽等方法处理空区,可达到消除危害的目的。

5.结论

华宇菱镁矿采取以人为本,预防为主,预防与治理相结合的原则,在矿山建设中严格执行设计方案、规章制度和责任制,预防于细微之中。高度重视地下采空区对生产的影响,通过采用采空区围岩工程地质分区危害控制技术,对已查明的采空区采用深孔爆破法崩落大量矿石充填采空区,保证安全生产取得了显著的效果。

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中图分类号：TD322+.1 文献标识码：A

前言

东荣矿区2006-2010年事故情况分析显示，发现顶板事故是本地区煤矿的主要灾害之一。冒顶事故的发生，多与矿山地质条件、生产技术和组织管理等多方面因素有关，其中自然地质环境和恶劣的地质条件是产生顶板事故的根本原因。通过剖析地质构造与顶板的关系，总结出以“科学预测，事先防范”为基本原则的顶板事故防治措施，正确指导煤矿安全生产工作。

1 东荣矿区地质构造特征

1．1 地质构造特征

东荣矿区地质构造复杂，区内断层、褶曲发育，伴生的小断层、小褶曲多，岩浆岩零星分布。由于地质构造的作用，使该区煤层的赋存状况极为复杂，煤层的稳定性极差，形态万千、煤厚悬殊，煤层顶底板出现不协调起伏，围岩破碎，容易引发冒顶事故，不利于安全生产。

1．2 煤层顶底板特征

东荣矿区煤层顶板主要特征是：硬度与韧性弱，伪顶以炭质泥岩为主，厚度一般为0.1-0.3m左右，直接顶基本上以泥岩和砂质泥岩和粉砂岩为主，厚度一般为3-5m左右，老顶基上以石英砂岩、少量粗粉砂岩、砂质泥岩覆层为主，厚度20-25m，暴露后易冒落，加之受复杂地质构造的影响，顶板十分破碎，容易引发冒顶事故。

1．3 巷道围岩特征

将煤矿巷道围岩划分为5类，I类为非常稳定围岩，由较少裂隙、较少节理厚层状石英砂岩、粗粉砂岩、辉灰绿岩、石英闪长玢岩等组成；Ⅱ类为稳定围岩，由较少裂隙、较少节理厚层状粉砂岩与砂质泥岩组成；Ⅲ类为中等稳定围岩，由少裂隙，少节理粉砂岩、砂质泥岩组成；IV类为不稳定围岩，由节理、裂隙较多的泥岩与砂质泥岩组成；V类为极不稳定围岩，由节理、裂隙较发育的泥岩及松软泥岩组成。东荣矿区巷道围岩以Ⅲ类、IV类和V类为主。

2 地质构造与顶板事故的关系

2．1 断裂构造与顶板事故

由于断层的存在，使煤、岩层断开，两侧岩块相对位移，破坏了煤层的连续性。断层广泛发育于不同构造环境中，类型很多，特别是构造复杂的矿区，其断距、破碎带大小不一，对围岩破坏程度也不同，破碎带是产生顶板事故的主要部位；另外，常在断层两侧出现牵引褶曲、揉皱、挤压和破碎等现象，煤层和顶、底板中裂隙也显著增加，且常导致煤层厚度突增或压薄，生产中该部位煤层暴露后容易产生冒顶事故；还有一些顶断底不断或底断顶不断的小断层及层间滑动构造部位，由于受到构造应力的作用，围岩易脱落，且脱落面积较大，没有预兆，也易发生顶板事故。

2．2 褶皱构造与顶板事故

褶皱构造是岩层在地质作用力的影响下，产生变形而形成波状弯曲且未失去连续性的构造形态。从地质力学分析，褶曲一般是水平挤压力或水平挤压剪切力作用形成，煤层要发生塑性流动或滑动，岩层受构造应力的作用，不同部位会产生一系列的裂隙、小断层、节理等内部小构造。特别是在褶曲轴部往往烈隙、节理更发育，岩层破碎，煤层暴露后吸水脱落，同时其轴部产状变化急剧，发生急剧挤压现象，回采中不易支护，易发生片帮及冒顶事故。其次褶曲轴部煤厚度易突变，掘进时易发生煤层垮落事故。

2．3 岩浆侵入与顶板事故

岩浆侵入不但破坏了煤层的连续性和完整性，而且岩浆侵入煤层所形成的岩体，其边缘极不规则，在侵人体前缘的煤(岩)层中往往出现特殊的揉皱现象，煤理紊乱，具有旋窝状褶曲等小构造。如果没有掌握岩浆侵入体分布的特征和接触变质的规律，如果支护不当，容易发生局部冒顶现象。

2．4 煤岩组合与顶板事故

经实践证实，通常易引发顶板事故的煤岩组合情况有：

围岩节理和劈理发育地段，易产生煤岩层脱落伤人，更易造成冒顶及垮帮事故；煤层伪顶完整性差，强度低，如果支护没有及时跟上，也极易产生顶板事故；岩层胶结物以泥质、粘土质为主的，容易产生顶板滑移和冒顶事故：

煤层厚度急剧变化地段造成顶板稳定性差，容易产生顶板事故；急倾斜煤层一旦发生局部冒顶时，由于顶板向下滑移，可能扩大成为大面积的冒顶；以沼泽相、泥炭沼泽相为主的煤岩组合，在原始沉积时部分沉积物的表层可能发生风化，这些地段容易发生冒顶；煤岩结构复杂的煤层中往往含有多层夹矸层，开采中易发生夹矸脱落伤人事故。

3 防治顶板事故对策分析

及时调整采煤方法，保证合理的暴露空间和回采顺序。要加强矿井地质工作和采煤方法的研究，不断改进，找出适合本矿山不同地质条件下的高效安全的采煤方法。要控制好采面顶板的稳定性，必须要有一个合理的开采顺序，严格按照由里往外由上自下的开采顺序进行作业。要根据不同的地质条件和采矿方法，严格控制采面暴露面积和采空区高度等技术指标，使采面在地压稳定期间采完。

科学合理地开拓设计、布置巷道。在充分查清矿区地质条件的基础上，井巷工程设计过程中，要避免在地质构造线附近布置巷道，因为垂直于地质构造线方向的压应力最大，是岩体产生变化和破裂的主要因素。要避免在断层、节理破碎带、泥化夹层等地质构造软弱面附近布置巷道。围岩的次生应力与原岩应力和侧压系数有关，应将巷道布置在顶板压力不会太集中、顶板稳定性较好的部位。

必须认真研究工作对象的地质构造和顶底板特性，掌握其与顶板事故的内在联系，做好预测预报工作。一是认真编制工作面作业规程，制定详细的地质说明书和顶板管理措施；二是根据生产实际情况的变化，及时提出修改和补充措施；三是遇到地质条件特殊地段，如断层、褶曲、挤压带和顶板特别破碎地点，要采取与之相适应的特殊支护方式。

搞好班组建设，充分发挥班组长在煤矿顶板管理中的作用。班组是煤矿安全生产工作贯彻落实的落脚点，是降低事故发生率的关键点。队长和班组长既是生产一线的指挥官、又是战斗员，接触生产一线的时间长，对井下情况、顶板情况、自然条件的变化、出现的难点问题等最早知道。必须充分发挥班组长作用，切实加强班组建设，加强班组长的培训和安全教育，提高他们的业务素质和安全管理水平，使他们在生产一线出现安全隐患时，能够正确判断，及时果断处理，避免顶板事故的发生。

强化现场管理及生产技术管理。对顶板的检查与处理，是一项经常性而又十分重要的工作。技术人员要观测摸索本矿区不同岩石岩移的规律。科学地掌握顶板情况，在构造带附近的井巷工程、掘进面迎头、采煤面上下出口、切眼口，顺槽三角区等地点，要制定与之相适应的有效防范措施，加强支护。管理人员要经常深入生产第一线，明确职责，及时发现、解决顶板问题。

参考文献

[1]潘懋，李铁锋．灾害地质学[M]．北京：北京大学出版社，2002．