同煤集团煤矿顶板事故分析与防治

董 永

(大同煤矿集团有限责任公司 安全管理监察局，山西 大同 037003)

在同煤集团历年生产安全事故中，矿井顶板事故约占矿井全部事故的46.20%，事故死亡人数约占总事故死亡人数的36.11%，事故的起数比例居各类事故首位，事故造成的死亡人数也居首位。因此，同煤集团煤矿安全生产风险中，顶板是安全生产的主要危险、有害因素之一。通过对同煤集团顶板事故的特点和历年顶板事故的分析，笔者认为，加强矿井作业现场管理，落实好安全技术组织措施是预防顶板事故，确保矿井生产安全的关键。

1 同煤集团矿井顶板事故的主要形式及危害

1.1 地质条件特征

同煤集团大部分煤矿处在山区，煤矿分布从山西的北部到西南部，所采区域有大同煤田、宁武煤田、霍西煤田、河东煤田等，含煤地层有侏罗系大同组、二叠系山西组、石炭系太原组煤层。大同组煤系有顶板、底板及煤层“三硬”特点，属中厚煤层居多，多采用一次采全高开采。而山西组和太原组煤系的顶板、底板及煤层相对较软或遇水易软化，开采易冒落，煤层较厚，多采用放顶煤开采。

1.2 顶板事故的主要形式及危害

顶板灾害形式有以下几种:

1)片帮伤人事故。

在矿井开拓和开采过程中，受采动影响，煤壁受压下会发生片帮事故，致使人员生命财产遭受损失。如2012 年3 月3 日，大同地煤东周窑煤矿在13－2#层402 盘区2218 巷(进风巷)距工作面16 m 处超前支护段，发生一起片帮伤人事故，导致1 人死亡。

2)伪顶塌落事故。

大同地区矿井采掘面老顶多为砂岩、粉砂岩，胶结致密，稳定性好;直接顶以砂质泥岩与细砂岩为主，含较多黄铁矿，性较硬，较稳定。而常有1 层泥质结构的伪顶，在支护不到位情况下极易塌落。如2009年8 月13 日，大同煤矿集团大同地煤青磁窑煤矿11#层303 盘区集中回风巷掘进工作面发生一起顶板事故，造成2 人死亡。

3)直接顶冒落事故。

个别井田由于上覆顶板伪顶为泥质页岩，直接顶为炭质页岩，当顶板节理裂隙发育而且破碎，矿压显现时破碎顶板突然冒落，导致事故发生。如2007 年9 月5 日，大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司刘家梁煤矿213 区西翼2136－1 工作面发生一起顶板事故，造成7 人死亡。

4)顶煤冒落事故。

大同煤田石炭二迭纪的煤层中有不同程度的夹矸，顶底板岩性及夹矸岩性多为泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩，部分煤层中有煌斑岩侵入体。煤层受煌斑岩侵入，受热变质或硅化，开采过程一般不需强制放顶，受到采动、应力集中或爆破等影响，顶板易冒落。如2005 年3 月28 日，大同煤矿集团有限责任公司同煤大唐有限公司塔山基建井1070 辅助运输巷在掘进工作中发生顶板事故，11 人死亡。

在同煤集团煤矿顶板事故中，伪顶塌落事故占顶板事故的87.1%，伪顶塌落事故导致伤亡人数占顶板事故总伤亡人数的85.6%.因此，造成人员伤亡和财产损失的主要是伪顶塌落事故。伪顶常表现为表面完整，而内部结构可能错综复杂的假象，这种表面假象严重威胁矿井的安全生产。

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，采区布置与工作面开采不能做到有序推进后退式开采。

2)支护设计不合理，如大断面掘进巷道缺角锚杆设计，采煤工作面两回采巷超前支护距离、数量设计不合理。

3)条件发生变化时，不能及时调整采掘工程支护设计方案。

4)采掘过程中过老巷、煤柱及遇到断层、陷落柱等地质构造相应的安全技术措施不到位。

5)采掘过程违章作业，不严格执行敲帮问顶制度，未按照作业规程规定认真检查顶板情况和支设临时支柱。

6)顶板离层监测设计不合理或未按设计进行顶板离层监测。

7)培训不到位，没有及时发现冒顶征兆。

8)发现冒顶征兆没有及时采取防范措施或没有及时撤离。

9)悬板尺寸大于规定尺寸未及时放顶。

10)违章超控顶距作业，或空顶作业。

11)支护质量差，如支护初撑力不足，木支柱未支在实底上等。

以上这些危险、有害因素的存在与出现，就有可能造成片帮、局部顶板冒落、大面积顶板冒落和人员、财产的重大损失。

2.2 矿井顶板事故树图

事故树分析:

受采掘影响，顶板稳定性发生变化和未及时支护等可能会造成采掘工作中突然发生顶板伤人事故，因此，采用事故树分析的方法对其发生的可能途径和应采取的措施进行分析，见图1.

根据图1 的事故树进行定性分析，运用布尔代数 法则，得到事故树的结构函数:

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

从简化的事故树的结构函数中可得到162 个最小割集:

K1={X1，X6，X25}

…

K46={X15，X25}

…

K49={X18，X24，X25}

…

K162={X23，X24，X27}

T=A1·A2

求最小径集:

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)

最小径集:

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}

由顶板伤人事故树分析可知，有11 个或门，3 个与门，表明大部分单个事件都有输出，说明矿井采掘工作中发生冒顶片帮造成伤亡的危险性很大。

从最小割集进行分析，由于最小割集有162 个，表明在采掘工作面发生冒顶片帮引发伤亡事故的途径有162 种，说明发生顶板事故导致伤亡的原因很多且危险性很大。

从最小径集分析，最小径集可以找出避免导致顶板事故发生的有效措施。该事故树有5 个最小径集，说明有5 类控制矿井采掘工作中发生顶板事故的途径。通过最小径集，可以找出安全系统中存在的漏洞，并确定相应的预防措施，控制事故的发生，从而提高系统的安全性。根据同煤集团煤矿的特点及对事故树分析，发生矿井顶板事故最主要的原因有5 个:1)员工缺乏安全意识和基本知识，不严格执行“敲帮问顶”等制度;不按作业规程有关规定进行作业;在井下工作面压力大可能发生冒顶事故时不及时采取有效安全措施;违章冒险进入危险区作业。2)有关人员对矿井顶底板及煤层情况调查不够，对其发生的变化掌握不清。3)针对顶板压力大，应力集中情况，没有采取有效对策措施或措施不到位。4)现场管理不力，有标准不执行，不支临时支护，超前支护不到位，空顶作业。5)支护参数选择不当，对顶板及煤层的结构和各分层的力学性能认识不足。因此，只要控制以上发生顶板事故的5 类主要途径，发生矿井顶板事故的可能性会降低。

3 防范顶板事故的主要措施

根据历年事故分析，要防止矿井顶板事故，确保矿井安全生产，主要应采取以下应对措施:

3.1 加强职工安全技术教育培训

要加强对作业人员顶板管理知识的教育培训工作，增强防范意识，规范操作行为，严格执行规章制度，杜绝一切违章蛮干现象，做到不安全不生产。

3.2 做好采区地质变化情况的预测预报

把好安全技术关是矿井顶板管理工作的基础。开展顶板观测、地质预测预报，收集、整理和分析资料，研究处理顶板管理工作中出现的问题，及时解决隐蔽致灾因素，完善工作方案。

3.3 制定并落实管理顶板的安全技术措施

在遇过地质构造破碎带、煤柱、空巷等特殊情况时，要及时编制相应的安全技术措施，并按规定审批，并对措施方案执行情况进行监督。

3.4 保证支护有效到位

顶板管理的重点是支护符合标准，操作过程规范。采掘工作面严禁空顶作业，任何情况下都严禁在无支护下作业。

3.5 引进先进的顶板管理技术

深层次分析研究顶板及煤层的结构和力学性能，优化工作面支护设计，选择科学、合理、先进的支护方式，推广应用先进的顶板管理技术，实现技术进步，安全生产。

3.6 推广联合支护手段

顶板破碎时，应根据巷道断面形状采用密集支护，如采用锚杆、锚索支护巷道可缩小锚杆、锚索间排距，必要时加金属网进行联合支护，或者进一步架设工字钢棚，拱型巷道可改用U29 钢棚加强支护。

3.7 采用罗克休固化松软顶板

煤层松软时，采用罗克休加固破碎煤柱，提高支撑力，增加顶板稳定性，通过超前加固掘进及回采工作面巷道顶板，防止冒顶。

3.8 做好周期来压时的支架、支柱管理

综采工作面在周期来压时，要强化两端头及两安全出口的超前支护，工作面支架、单体液压支柱要确保初撑力达到标准，乳化液泵站压力符合要求。

4 结 语

顶板事故是同煤集团煤矿事故的主要类别之一，其中伪顶塌落事故是顶板事故的主要形式。根据顶板事故的主要形式，采用事故树分析的方法对事故可能发生的途径进行了分析，并提出了防范顶板事故的主要措施，以指导实际生产。

［1］ 丁 尧，胡新成，周秀红，等.煤矿顶板事故的系统安全分析及预防［J］.能源技术与管理，2013(4):121－123.

［2］ 刘玉磊.事故树分析法在掘进面顶板管理中的新应用［J］.内蒙古煤炭经济，2013(5):1－2.

［3］ 申广建，郭 辉.基于中小煤矿顶板事故多发原因及控制措施的分析［J］.硅谷，2014(18):184－185.

［4］ 杨树千.浅析煤矿矿井顶板事故及其防治措施［J］.中国科技博览，2012(10):64－64.

［5］ 李继勇，韩玉林.煤矿井巷压垮性冒顶的预防及其处理［J］.山西焦煤科技，2010，34(7):7－8.

［6］ 胡立年.煤矿顶板灾害预警及防治对策研究［J］.山西焦煤科技，2014(3):52－56.

［7］ 李松波.基于事故树分析法的矿山巷道顶板锚杆支护危险性评价［J］.科技情报开发与经济，2011，21(30):163－165.