“煤下鋁”井工開采礦山冒頂片幫問題的探討

1、“煤下鋁”井工開采礦山冒頂片幫問題的探討賈志暉楊宏波梅曉澠池曹躍礦業(yè)有限責(zé)任公司河南澠池472435摘要：冒頂片幫事故是礦山井下開采常見的災(zāi)害，對(duì)于開采“煤下鋁”礦山尤其需要加以重 視，為了保證礦山的安全生產(chǎn)，預(yù)防冒頂片幫事故的發(fā)生，必須根據(jù)事故發(fā)生的原因，采取 針對(duì)性的預(yù)防措施，達(dá)到未雨綢繆的目的；本文針對(duì)各種冒頂片幫事故的類型，借鑒前人總 結(jié)的一些成果，結(jié)合掌握的實(shí)際情況進(jìn)行探討，提出相應(yīng)的處理方法，起到一個(gè)拋磚引玉的 作用。關(guān)鍵詞：煤下鋁；井工開采；冒頂片幫；探討0引言冒頂片幫是指礦井、隧道、涵洞開挖、襯砌過程中因開挖或支護(hù)不當(dāng)，頂部或側(cè)壁因應(yīng) 力的作用出現(xiàn)的彎曲、下沉、裂隙、掉渣、冒落

2、、垮落等，甚至造成生產(chǎn)停頓及人身傷亡的 嚴(yán)重事故。礦井作業(yè)面、巷道側(cè)壁在礦山壓力作用下變形，破壞而脫落的現(xiàn)象稱為片幫，頂部垮落 稱為冒頂，二者常同時(shí)發(fā)生。兩者常同時(shí)發(fā)生人身傷亡事故，統(tǒng)稱為冒頂片幫。適用于礦山、 地下開采、掘進(jìn)及其它坑道作業(yè)發(fā)生的坍塌事故。1概述澠池曹躍礦業(yè)有限責(zé)任公司礦區(qū)位于河南省澠池縣中部，行政區(qū)隸屬于澠池縣張村鎮(zhèn)， 為義馬煤業(yè)集團(tuán)西部礦區(qū)之一。該區(qū)自1958年建礦以來一直從事煤礦的開采，近些年來， 經(jīng)過地質(zhì)部門的勘探，發(fā)現(xiàn)煤層下賦存豐富的鋁土礦，且礦體連續(xù)性好。要變資源優(yōu)勢(shì)為經(jīng) 濟(jì)優(yōu)勢(shì)，就要對(duì)“煤下鋁”進(jìn)行開采，于是就提出了 “煤鋁聯(lián)采”的戰(zhàn)略。由于，鋁土礦位 于煤層以下

3、，開采鋁土礦勢(shì)必受到煤礦采動(dòng)的影響，加之鋁土礦頂板圍巖的特點(diǎn)，冒頂片幫 將成為未來最大的隱患之一，因此，需要及早對(duì)之研究探討，找尋冒頂片幫原因并制定預(yù)防 的措施，以達(dá)到未雨綢繆之目的。本區(qū)鋁土礦含礦巖系上石炭統(tǒng)本溪組（C2b）一般分為三段，即C2b1鐵質(zhì)粘土巖，C2b2 鋁（粘）土礦層，C2b3粘土巖層。該鋁土礦直接頂板的巖性多為硬質(zhì)粘土礦、粘土巖，呈 黑灰、灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，含植物化石碎片，局部含團(tuán)塊狀黃鐵礦。該層橫向 可變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖、炭質(zhì)頁(yè)巖（ZK33455），或煤層（ZK36679，厚3.13m）。厚度一般13.2m。 該層局部缺失；當(dāng)缺失時(shí)，鋁土礦的直接頂板可為C2t太原組

4、的粗粒石英砂巖或生物碎屑灰 巖 巖。開采“煤下鋁”要借鑒金屬礦的經(jīng)驗(yàn)，又要重視屬于煤系地層的特點(diǎn)，因此吸取煤礦和 金屬礦床開采的成果，同時(shí)在實(shí)踐中加以運(yùn)用和總結(jié)，一定能夠控制片幫冒頂事故的發(fā)生。 2冒頂片幫事故發(fā)生的特點(diǎn)和原因 2.1冒頂片幫的特點(diǎn)冒頂片幫事故一般都發(fā)生在地質(zhì)條件有變化的地點(diǎn)，如小斷層、巖石裂隙發(fā)育且易離層 的工作面或有裂隙水的地方。一般來講，冒頂片幫的范圍比較大，基本在成巷部分，多數(shù)發(fā) 生在掘進(jìn)施工期間，隨機(jī)性很大，使人措手不及。2.2 冒頂片幫的原因冒頂片幫事故的發(fā)生，一般與礦山地質(zhì)條件、生產(chǎn)技術(shù)和組織管理等多方面因素有關(guān)。 按事故分類統(tǒng)計(jì)資料，屬于生產(chǎn)組織管理方面的原因占

5、45.6%，屬于生產(chǎn)技術(shù)方面的原因 44.2%，屬于冒險(xiǎn)作業(yè)等因素引起的事故僅占10.2%。2.2.1礦山地質(zhì)條件方面（1）地質(zhì)情況變化，自然條件不好這一原因是造成冒頂片幫事故的客觀因素，巷道圍巖松軟或及易風(fēng)化；巷道圍巖節(jié)理裂 隙發(fā)育；巷道通過斷層、褶皺等構(gòu)造變動(dòng)劇烈地帶，巖層破碎；巷道穿過巖層的巖性突然發(fā) 生變化，在其交界處易發(fā)生塌冒，如掘進(jìn)工作面及巷道交叉口、裂隙水發(fā)育處。在采礦體中 要特別注意斷層、裂隙、溶洞、軟巖、泥夾層、破碎帶、裂隙水等等。（2）地壓活動(dòng)的影響由于煤礦位于鋁礦之上，煤礦優(yōu)先開采，煤礦開采后對(duì)采空區(qū)一般采用自然垮落的辦法 處理，隨著開采深度不斷增加，礦山的生產(chǎn)區(qū)域不同程

6、度地受到采空區(qū)地壓活動(dòng)的影響，容 易導(dǎo)致井下采場(chǎng)和巷道發(fā)生大面積冒頂片幫事故。在礦體中采掘礦石，形成空間，打破了巖體的平衡，由于圍巖穩(wěn)固性高和礦體的支撐， 在一定時(shí)間內(nèi)，空?qǐng)鲋g的巖壁尚能保持靜壓狀態(tài)而相互屹立，但隨著開采深度的不斷增加， 隨著空?qǐng)霰┞稌r(shí)間的延長(zhǎng)，使空?qǐng)鲋g巖壁應(yīng)力不斷的集中，沿著最先打破的一個(gè)缺口，斷 層發(fā)生巖石移動(dòng)，巖壁大面積倒塌，形成地壓活動(dòng)。這是地壓形成的客觀因素。2.2.2生產(chǎn)技術(shù)方面（1）松石檢撬技術(shù)落后“敲幫問頂”是一項(xiàng)靈活有效的松石檢測(cè)方法，目前仍在井下礦山廣泛使用。但撬棍檢 查處理松石時(shí)，有一定的局限性。資料表明，當(dāng)松石厚度大于0.4m，面積大于1.5m2時(shí)，

7、“敲 幫問頂”已無濟(jì)于事。國(guó)外一些先進(jìn)礦山企業(yè)在使用“敲幫問頂”時(shí)，還同時(shí)使用超聲探測(cè)、 紅外線輻射檢測(cè)等先進(jìn)檢測(cè)方法。但在我國(guó)由于受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的制約，大多數(shù)都是單 純使用撬棍來“敲幫問頂”，明顯存在著松石檢測(cè)不徹底及檢測(cè)人員的人身安全受威脅等缺 點(diǎn)。（2）頂板支護(hù)質(zhì)量不過關(guān)現(xiàn)在井下礦山廣泛采用素噴、錨噴、錨網(wǎng)噴等多種支護(hù)形式，但仍然發(fā)生冒頂事故，其 主要原因是支護(hù)質(zhì)量不過關(guān)，如管縫式錨桿楔入位置不當(dāng)、砂漿錨桿注漿不飽滿、鋼筋網(wǎng)編 制不規(guī)范、噴漿厚度不達(dá)標(biāo)且出現(xiàn)開裂、失腳等，導(dǎo)致支護(hù)質(zhì)量不過關(guān)，存在隱患。另外一 些巷道支護(hù)不及時(shí)，暴露面積太大、時(shí)間太長(zhǎng)等都使礦山頂板維護(hù)的有效性受到較大影

8、響。（3）由于設(shè)計(jì)不合理巷道位置設(shè)計(jì)不合理，使巷道處于松軟的巖層中；缺少詳細(xì)的地質(zhì)和水文資料，使施工 過程中缺乏指導(dǎo)，缺少應(yīng)變措施；支護(hù)結(jié)構(gòu)不合理，承受地壓不足等。（4）施工方面的工作失誤對(duì)巷道穿過松軟巖層施工措施不當(dāng)，缺乏準(zhǔn)備；不能一次成巷，使圍巖暴露時(shí)間過長(zhǎng)， 導(dǎo)致巖層風(fēng)化、松動(dòng)，從面引起塌冒；不按作業(yè)要求架設(shè)支架，使支架不能充分發(fā)揮作用， 支架失穩(wěn)引起塌冒；工作面空頂距離過長(zhǎng)，臨時(shí)支護(hù)失效；不進(jìn)行工作面“敲幫問頂”工作， 對(duì)檢查和處理浮石重視不夠、不及時(shí)，引起浮石墜落；在松軟層中施工過程中，炸藥量使用 量不當(dāng)，破壞了圍巖的穩(wěn)定性等。2.2.3組織管理方面（1）頂板支護(hù)方法不合理，支護(hù)不及

9、時(shí)井下巷道掘進(jìn)，支護(hù)方法不合理或支護(hù)不及時(shí)，是導(dǎo)致冒頂事故的一個(gè)主要原因。例如 當(dāng)工作面附近的頂板巖石比較破碎，支護(hù)不及時(shí)或支護(hù)方法不合理，都會(huì)造成頂板突然冒頂 引發(fā)事故。（2）浮石處理不當(dāng)，違反操作制度浮石的處理不當(dāng)引起的傷亡事故，多數(shù)是現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)工人未按要求處理浮石，不能及時(shí)對(duì) 工作面頂幫進(jìn)行全面細(xì)致的檢查，對(duì)工作面的浮石情況沒有做好充分的分析和判斷，在處理 時(shí)便引起冒落事故。如因?yàn)楣と瞬僮鞯募夹g(shù)不熟練，操作時(shí)撬前冒后，撬左冒右，撬小塊的 浮石，卻引起大面積冒落等。工人經(jīng)驗(yàn)不足，處理浮石時(shí)站立位置不當(dāng)，當(dāng)浮石下來時(shí)無法 躲避而造成事故。還有部分事故是違反操作規(guī)程，冒險(xiǎn)空頂作業(yè)，違章回收支柱而

10、造成的。（3）防護(hù)用品使用不當(dāng)在礦井內(nèi)作業(yè)時(shí)，由于沒有正確使用防護(hù)用品而使冒頂事故擴(kuò)大化的比例常有發(fā)生。如 有的工人安全帽沒系帶，低頭時(shí)安全帽落下，正好被頂板冒落的浮石擊中，造成傷亡事故。 或者由于安全帽帶沒按要求系好，冒落浮石砸落安全帽，使人員受傷等。（4）作業(yè)人員疏忽大意，檢查不周根據(jù)冒頂片幫傷亡事故分析，只有極小部分的事故是由于較大型冒落片幫引起的，大多 數(shù)都屬于局部冒落片幫及浮石傷人，且多發(fā)生在爆破后12小時(shí)內(nèi)。主要是因?yàn)閹r石受爆 破震動(dòng)作用后，一些發(fā)松動(dòng)和開裂的巖石，稍受震動(dòng)或時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)冒落片幫。這時(shí)果正好 下面站有人被擊中造成事故。所以在放炮后應(yīng)做好對(duì)采場(chǎng)頂幫的檢查和處理。另外，

11、在節(jié)假 日前后或停工時(shí)間較長(zhǎng)后，恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)頂幫的檢查和處理。（5）冒險(xiǎn)作業(yè)，人員管理跟不上目前，在井下從事采掘一線作業(yè)的職工中，絕大多數(shù)是勞務(wù)工。由于受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng) 以及人員素質(zhì)的參差不齊等原因，這些勞務(wù)工只顧埋頭掙錢，不注意安全；同時(shí)礦山掘進(jìn)工 的技術(shù)不熟練等也可造成冒險(xiǎn)作業(yè)。還有一些基層管理人員對(duì)所帶施工隊(duì)伍要求不嚴(yán)、紀(jì)律 松馳、應(yīng)付工作、安全管理不善，發(fā)現(xiàn)隱患時(shí)不及時(shí)加以處理。也有一些主要管理人員對(duì)頂 板不重視，或重視程度不夠，沒有行之有效的頂板管理辦法和監(jiān)督約束機(jī)制，以致頂板管理 松懈，往往小問題引發(fā)大事故。3預(yù)防冒頂片幫事故的措施3.1根據(jù)礦床的地質(zhì)條件，選用合理的采礦

12、方法根據(jù)礦床地質(zhì)條件，合理選擇采礦方法和采場(chǎng)布置。天井、漏斗等應(yīng)布置在礦床的下盤， 避免破壞上盤，造成片幫。采場(chǎng)里礦體較厚時(shí)，頂板要留設(shè)護(hù)頂?shù)V，或者先對(duì)礦體頂板予以 錨網(wǎng)處理，再進(jìn)行采礦作業(yè)；對(duì)各種采礦方法均要制定具體的安全技術(shù)措施和操作規(guī)程，建 立正常的生產(chǎn)秩序，正常的作業(yè)制度等。開采時(shí)，要嚴(yán)格按采掘順序，自上而下，由遠(yuǎn)而近， 有計(jì)劃的回采，盡量減少頂板暴露時(shí)間，加快采礦速度，縮短回采周期。3.2按照安全技術(shù)操作規(guī)程，搞好技術(shù)培訓(xùn)，提高操作人員素質(zhì)對(duì)基層管理人員和作業(yè)人員要定期進(jìn)行安全技術(shù)培訓(xùn)，使他們了解地質(zhì)構(gòu)造、地壓、支 護(hù)、松石處理等方面的技術(shù)知識(shí)和頂板管理的基本知識(shí)，提高職工安全技術(shù)素

13、質(zhì)，搞好頂板 管理。另外，對(duì)于新入礦職工，要由技術(shù)熟練的老職工帶領(lǐng)，認(rèn)真講解實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、安全技術(shù) 操作規(guī)程及安全注意事項(xiàng)，盡快適應(yīng)工作環(huán)境，提高操作人員的技能素質(zhì)和水平，提高操作 人員處理突發(fā)事故的能力。3.3合理科學(xué)的布置巷道及采場(chǎng)的位置、規(guī)格、形狀和結(jié)構(gòu)要避免在地質(zhì)構(gòu)造線附近布置井巷工程，因?yàn)榇怪钡刭|(zhì)構(gòu)造線方向的壓應(yīng)力最大，是巖 體產(chǎn)生和破裂的主要因素，要避免在斷層、節(jié)理、層理破碎帶，泥化夾層等地質(zhì)構(gòu)造軟弱面 附近布置井巷工程，因?yàn)樵谶@些地方布置的工程更易產(chǎn)生冒頂。如井巷工程必須通過這些地 帶，也應(yīng)采取相應(yīng)的支護(hù)措施或特殊的施工方案。井巷、采場(chǎng)的形狀和結(jié)構(gòu)要盡量符合圍巖應(yīng)力分布要求。因此，井

14、巷和采場(chǎng)的頂板應(yīng)盡 量采用拱形。因?yàn)閲鷰r的此生應(yīng)力不僅與原巖應(yīng)力和側(cè)壓系數(shù)有關(guān)，而且還與巷道形狀有關(guān)。 采用拱形形狀時(shí)，施工難度不大且頂板壓力不會(huì)太集中，頂板穩(wěn)定性較好。3.4加強(qiáng)對(duì)頂板浮石的檢查與處理，提高頂板管理的技術(shù)水平浮石是采礦場(chǎng)和巷道掘進(jìn)爆破后極為常見的，普遍存在的，對(duì)浮石的檢查與處理是一項(xiàng) 經(jīng)常性的重要工作，要求工人必須高度重視。同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工作的安全教育和安全技術(shù)知 識(shí)的培訓(xùn)，提高管理人員的技術(shù)水平，樹立“安全第一”的思想，建立群查、群防、群治的 頂板管理制度。在各工作面?zhèn)湓O(shè)專用的開掘工具，并設(shè)立專人管理，建立具體負(fù)責(zé)排險(xiǎn)工作 的工作隊(duì)，設(shè)立警告標(biāo)志，做好交接班制度等。結(jié)合礦山

15、實(shí)際情況，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從地質(zhì)資料的提供、井巷設(shè)計(jì)、井巷維護(hù)技術(shù) 及施工管理等多方面，制定出一套完整的井巷施工頂板管理標(biāo)準(zhǔn)，為科學(xué)有效地頂板管理提 供技術(shù)支持。3.5減少爆破對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響主要措施包括：（1）采用空隙間隔裝藥，減少爆破裂隙；（2）形成減震帶，減少爆破震 動(dòng)。在實(shí)踐生產(chǎn)過程中，在巷道邊坡一側(cè)的爆區(qū)邊緣，鑿一排較密而不裝藥的空孔，減弱爆 炸應(yīng)力波的傳播；（3），盡量采用毫秒電雷管起爆并嚴(yán)格控制炸藥用量，使爆破產(chǎn)生的震動(dòng) 相互抵消，降低總的爆破震動(dòng)；（4）利用迎向最小抵抗線比背向最小抵抗線方向的爆破震動(dòng) 小的科學(xué)原理控制爆破作用的方向。（5）盡量減少爆破對(duì)采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)的破壞等

16、。3.6加強(qiáng)采場(chǎng)、掘進(jìn)工作面頂板觀察、檢查，重視巷道的支護(hù)與維修工工作。（1）一方面根據(jù)已掌握的地質(zhì)資料，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)頂板管理。同時(shí)要及時(shí)對(duì)采場(chǎng)礦巖情況 經(jīng)常進(jìn)行檢查，掌握其變化規(guī)律，根據(jù)出理的不同情況，采取相應(yīng)的預(yù)防措施。發(fā)現(xiàn)巖石松 軟時(shí)，及時(shí)做好支護(hù)，避免在空頂下作業(yè)。采場(chǎng)和附近作業(yè)放炮后，應(yīng)仔細(xì)地檢查采場(chǎng)頂幫 的巖石和支護(hù)。檢查時(shí)人要站在安全的地方，由外向里用尖頭長(zhǎng)釬子或帶矛頭的長(zhǎng)竹竿撬下 松動(dòng)的巖石。檢查處理完畢后，再通知其他工作人員進(jìn)入作業(yè)。（2）為了防止松軟巖層掘進(jìn)工作面的頂板冒落，永久支架落后，掘進(jìn)工作面不得超過 3m，如頂板很松軟時(shí)還要縮短，同時(shí)還必須架設(shè)臨時(shí)支架。此外必須保證掘進(jìn)工作面頂板質(zhì) 量，平時(shí)定期對(duì)井巷全面進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)有銹蝕嚴(yán)重、歪斜、彎曲的支架時(shí)，及時(shí)進(jìn)行更 換和修理。（3）此外，采用錨桿支護(hù)，噴射混凝土支護(hù)，錨噴聯(lián)合支護(hù)等方法維護(hù)頂板。這樣能 加固圍巖防止巖石風(fēng)化，增大巖石內(nèi)應(yīng)力，對(duì)防止巖層松動(dòng)、圍巖破壞和頂板冒落能起巨大 作用