“煤下铝”井工开采矿山冒顶片帮问题的探讨|非煤矿山冒顶事故

　　摘要：冒顶片帮事故是矿山井下开采常见的灾害，对于开采“煤下铝”矿山尤其需要加以重视，为了保证矿山的安全生产，预防冒顶片帮事故的发生，必须根据事故发生的原因，采取针对性的预防措施，达到未雨绸缪的目的；本文针对各种冒顶片帮事故的类型，借鉴前人总结的一些成果，结合掌握的实际情况进行探讨，提出相应的处理方法，起到一个抛砖引玉的作用。
　　关键词：煤下铝 井工开采 冒顶片帮 探讨
　　1、引言
　　冒顶片帮是指矿井、隧道、涵洞开挖、衬砌过程中因开挖或支护不当，顶部或侧壁因应力的作用出现的弯曲、下沉、裂隙、掉渣、冒落、垮落等，甚至造成生产停顿及人身伤亡的严重事故。
　　矿井作业面、巷道侧壁在矿山压力作用下变形，破坏而脱落的现象称为片帮，顶部垮落称为冒顶，二者常同时发生。两者常同时发生人身伤亡事故，统称为冒顶片帮。适用于矿山、地下开采、掘进及其它坑道作业发生的坍塌事故。
　　2、概述
　　渑池曹跃矿业有限责任公司矿区位于河南省渑池县中部，行政区隶属于渑池县张村镇，为义马煤业集团西部矿区之一。该区自1958年建矿以来一直从事煤矿的开采，近些年来，经过地质部门的勘探，发现煤层下赋存丰富的铝土矿，且矿体连续性好。要变资源优势为经济优势，就要对“煤下铝”进行开采，于是就提出了“煤铝联采”的战略。由于，铝土矿位于煤层以下，开采铝土矿势必受到煤矿采动的影响，加之铝土矿顶板围岩的特点，冒顶片帮将成为未来最大的隐患之一，因此，需要及早对之研究探讨，找寻冒顶片帮原因并制定预防的措施，以达到未雨绸缪之目的。
　　本区铝土矿含矿岩系上石炭统本溪组（C2b）一般分为三段，即C2b1铁质粘土岩，C2b2铝（粘）土矿层，C2b3粘土岩层。该铝土矿直接顶板的岩性多为硬质粘土矿、粘土岩，呈黑灰、灰色，泥质结构，致密块状构造，含植物化石碎片，局部含团块状黄铁矿。该层横向可变为炭质泥岩、炭质页岩（ZK33455），或煤层（ZK36679，厚3.13m）。厚度一般1～3.2m。该层局部缺失；当缺失时，铝土矿的直接顶板可为C2t太原组的粗粒石英砂岩或生物碎屑灰岩。
　　开采“煤下铝”要借鉴金属矿的经验，又要重视属于煤系地层的特点，因此吸取煤矿和金属矿床开采的成果，同时在实践中加以运用和总结，一定能够控制片帮冒顶事故的发生。
　　3、冒顶片帮事故发生的特点和原因
　　3.1 冒顶片帮的特点
　　冒顶片帮事故一般都发生在地质条件有变化的地点，如小断层、岩石裂隙发育且易离层的工作面或有裂隙水的地方。一般来讲，冒顶片帮的范围比较大，基本在成巷部分，多数发生在掘进施工期间，随机性很大，使人措手不及。
　　3.2 冒顶片帮的原因
　　冒顶片帮事故的发生，一般与矿山地质条件、生产技术和组织管理等多方面因素有关。按事故分类统计资料，属于生产组织管理方面的原因占45.6%，属于生产技术方面的原因44.2%，属于冒险作业等因素引起的事故仅占10.2%。
　　3.2.1 矿山地质条件方面
　　（1）地质情况变化，自然条件不好。这一原因是造成冒顶片帮事故的客观因素，巷道围岩松软或及易风化；巷道围岩节理裂隙发育；巷道通过断层、褶皱等构造变动剧烈地带，岩层破碎；巷道穿过岩层的岩性突然发生变化，在其交界处易发生塌冒，如掘进工作面及巷道交叉口、裂隙水发育处。在采矿体中要特别注意断层、裂隙、溶洞、软岩、泥夹层、破碎带、裂隙水等等。
　　（2）地压活动的影响。由于煤矿位于铝矿之上，煤矿优先开采，煤矿开采后对采空区一般采用自然垮落的办法处理，随着开采深度不断增加，矿山的生产区域不同程度地受到采空区地压活动的影响，容易导致井下采场和巷道发生大面积冒顶片帮事故。
　　在矿体中采掘矿石，形成空间，打破了岩体的平衡，由于围岩稳固性高和矿体的支撑，在一定时间内，空场之间的岩壁尚能保持静压状态而相互屹立，但随着开采深度的不断增加，随着空场暴露时间的延长，使空场之间岩壁应力不断的集中，沿着最先打破的一个缺口，断层发生岩石移动，岩壁大面积倒塌，形成地压活动。这是地压形成的客观因素。
　　3.2.2 生产技术方面
　　（1）松石检撬技术落后。“敲帮问顶”是一项灵活有效的松石检测方法，目前仍在井下矿山广泛使用。但撬棍检查处理松石时，有一定的局限性。资料表明，当松石厚度大于0.4m，面积大于1.5m2时，“敲帮问顶”已无济于事。国外一些先进矿山企业在使用“敲帮问顶”时，还同时使用超声探测、红外线辐射检测等先进检测方法。但在我国由于受到技术、经济条件的制约，大多数都是单纯使用撬棍来“敲帮问顶”，明显存在着松石检测不彻底及检测人员的人身安全受威胁等缺点。
　　（2）顶板支护质量不过关。现在井下矿山广泛采用素喷、锚喷、锚网喷等多种支护形式，但仍然发生冒顶事故，其主要原因是支护质量不过关，如管缝式锚杆楔入位置不当、砂浆锚杆注浆不饱满、钢筋网编制不规范、喷浆厚度不达标且出现开裂、失脚等，导致支护质量不过关，存在隐患。另外一些巷道支护不及时，暴露面积太大、时间太长等都使矿山顶板维护的有效性受到较大影响。
　　（3）由于设计不合理。巷道位置设计不合理，使巷道处于松软的岩层中；缺少详细的地质和水文资料，使施工过程中缺乏指导，缺少应变措施；支护结构不合理，承受地压不足等。
　　（4）施工方面的工作失误。对巷道穿过松软岩层施工措施不当，缺乏准备；不能一次成巷，使围岩暴露时间过长，导致岩层风化、松动，从面引起塌冒；不按作业要求架设支架，使支架不能充分发挥作用，支架失稳引起塌冒；工作面空顶距离过长，临时支护失效；不进行工作面“敲帮问顶”工作，对检查和处理浮石重视不够、不及时，引起浮石坠落；在松软层中施工过程中，炸药量使用量不当，破坏了围岩的稳定性等。
　　3.2.3 组织管理方面
　　（1）顶板支护方法不合理，支护不及时。井下巷道掘进，支护方法不合理或支护不及时，是导致冒顶事故的一个主要原因。例如当工作面附近的顶板岩石比较破碎，支护不及时或支护方法不合理，都会造成顶板突然冒顶引发事故。 　　（2）浮石处理不当，违反操作制度。浮石的处理不当引起的伤亡事故，多数是现场掘进工人未按要求处理浮石，不能及时对工作面顶帮进行全面细致的检查，对工作面的浮石情况没有做好充分的分析和判断，在处理时便引起冒落事故。如因为工人操作的技术不熟练，操作时撬前冒后，撬左冒右，撬小块的浮石，却引起大面积冒落等。工人经验不足，处理浮石时站立位置不当，当浮石下来时无法躲避而造成事故。还有部分事故是违反操作规程，冒险空顶作业，违章回收支柱而造成的。
　　（3）防护用品使用不当。在矿井内作业时，由于没有正确使用防护用品而使冒顶事故扩大化的比例常有发生。如有的工人安全帽没系带，低头时安全帽落下，正好被顶板冒落的浮石击中，造成伤亡事故。或者由于安全帽带没按要求系好，冒落浮石砸落安全帽，使人员受伤等。
　　（4）作业人员疏忽大意，检查不周。根据冒顶片帮伤亡事故分析，只有极小部分的事故是由于较大型冒落片帮引起的，大多数都属于局部冒落片帮及浮石伤人，且多发生在爆破后1～2小时内。主要是因为岩石受爆破震动作用后，一些发松动和开裂的岩石，稍受震动或时间一长就会冒落片帮。这时果正好下面站有人被击中造成事故。所以在放炮后应做好对采场顶帮的检查和处理。另外，在节假日前后或停工时间较长后，恢复生产时，也应加强对顶帮的检查和处理。
　　（5）冒险作业，人员管理跟不上。目前，在井下从事采掘一线作业的职工中，绝大多数是劳务工。由于受经济利益的驱动以及人员素质的参差不齐等原因，这些劳务工只顾埋头挣钱，不注意安全；同时矿山掘进工的技术不熟练等也可造成冒险作业。还有一些基层管理人员对所带施工队伍要求不严、纪律松驰、应付工作、安全管理不善，发现隐患时不及时加以处理。也有一些主要管理人员对顶板不重视，或重视程度不够，没有行之有效的顶板管理办法和监督约束机制，以致顶板管理松懈，往往小问题引发大事故。
　　4、预防冒顶片帮事故的措施
　　4.1 根据矿床的地质条件，选用合理的采矿方法
　　根据矿床地质条件，合理选择采矿方法和采场布置。天井、漏斗等应布置在矿床的下盘，避免破坏上盘，造成片帮。采场里矿体较厚时，顶板要留设护顶矿，或者先对矿体顶板予以锚网处理，再进行采矿作业；对各种采矿方法均要制定具体的安全技术措施和操作规程，建立正常的生产秩序，正常的作业制度等。开采时，要严格按采掘顺序，自上而下，由远而近，有计划的回采，尽量减少顶板暴露时间，加快采矿速度，缩短回采周期。
　　4.2 按照安全技术操作规程，搞好技术培训，提高操作人员素质
　　对基层管理人员和作业人员要定期进行安全技术培训，使他们了解地质构造、地压、支护、松石处理等方面的技术知识和顶板管理的基本知识，提高职工安全技术素质，搞好顶板管理。另外，对于新入矿职工，要由技术熟练的老职工带领，认真讲解实践经验、安全技术操作规程及安全注意事项，尽快适应工作环境，提高操作人员的技能素质和水平，提高操作人员处理突发事故的能力。
　　4.3 合理科学的布置巷道及采场的位置、规格、形状和结构
　　要避免在地质构造线附近布置井巷工程，因为垂直地质构造线方向的压应力最大，是岩体产生和破裂的主要因素，要避免在断层、节理、层理破碎带，泥化夹层等地质构造软弱面附近布置井巷工程，因为在这些地方布置的工程更易产生冒顶。如井巷工程必须通过这些地带，也应采取相应的支护措施或特殊的施工方案。
　　井巷、采场的形状和结构要尽量符合围岩应力分布要求。因此，井巷和采场的顶板应尽量采用拱形。因为围岩的此生应力不仅与原岩应力和侧压系数有关，而且还与巷道形状有关。采用拱形形状时，施工难度不大且顶板压力不会太集中，顶板稳定性较好。
　　4.4 加强对顶板浮石的检查与处理，提高顶板管理的技术水平
　　浮石是采矿场和巷道掘进爆破后极为常见的，普遍存在的，对浮石的检查与处理是一项经常性的重要工作，要求工人必须高度重视。同时还应加强对工作的安全教育和安全技术知识的培训，提高管理人员的技术水平，树立“安全第一”的思想，建立群查、群防、群治的顶板管理制度。在各工作面备设专用的开掘工具，并设立专人管理，建立具体负责排险工作的工作队，设立警告标志，做好交接班制度等。
　　结合矿山实际情况，不断总结经验教训，从地质资料的提供、井巷设计、井巷维护技术及施工管理等多方面，制定出一套完整的井巷施工顶板管理标准，为科学有效地顶板管理提供技术支持。
　　4.5 减少爆破对巷道稳定性的影响
　　主要措施包括：（1）采用空隙间隔装药，减少爆破裂隙；（2）形成减震带，减少爆破震动。在实践生产过程中，在巷道边坡一侧的爆区边缘，凿一排较密而不装药的空孔，减弱爆炸应力波的传播；（3）尽量采用毫秒电雷管起爆并严格控制炸药用量，使爆破产生的震动相互抵消，降低总的爆破震动；（4）利用迎向最小抵抗线比背向最小抵抗线方向的爆破震动小的科学原理控制爆破作用的方向。（5）尽量减少爆破对采场底部结构的破坏等。
　　4.6 加强采场、掘进工作面顶板观察、检查，重视巷道的支护与维修工工作
　　（1）一方面根据已掌握的地质资料，加强现场顶板管理。同时要及时对采场矿岩情况经常进行检查，掌握其变化规律，根据出理的不同情况，采取相应的预防措施。发现岩石松软时，及时做好支护，避免在空顶下作业。采场和附近作业放炮后，应仔细地检查采场顶帮的岩石和支护。检查时人要站在安全的地方，由外向里用尖头长钎子或带矛头的长竹竿撬下松动的岩石。检查处理完毕后，再通知其他工作人员进入作业。
　　（2）为了防止松软岩层掘进工作面的顶板冒落，永久支架落后，掘进工作面不得超过3m，如顶板很松软时还要缩短，同时还必须架设临时支架。此外必须保证掘进工作面顶板质量，平时定期对井巷全面进行检查，如发现有锈蚀严重、歪斜、弯曲的支架时，及时进行更换和修理。
　　（3）此外，采用锚杆支护，喷射混凝土支护，锚喷联合支护等方法维护顶板。这样能加固围岩防止岩石风化，增大岩石内应力，对防止岩层松动、围岩破坏和顶板冒落能起巨大作用。
　　5、结语
　　井工开采矿山片帮冒顶事故的发生是多个不安全因素共同作用的结果。只要我们在实际工作中严格按安全操作规程执行。从技术上、管理上把好安全关，各级工作人员思想上高度重视，，认真仔细研究矿山地质和地压状况，经常总结冒顶片帮事故的规律和经验，学会并掌握处理冒顶片帮的安全方法和科学技巧，矿山的冒顶片帮事故就一定能够得到控制。
　　参考文献
　　[1]东兆星.井巷工程[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.
　　[2]煤矿安全规程.北京：煤炭工业出版社，2011.
　　[3]何满潮，孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南.北京：科学出版社，2004.

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