基于煤矿采煤工作面顶板事故原因及其防治措施探析_段柱平.pdf

202313技术应用与研究87Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究87Modern Chemical Research当代化工研究基于煤矿采煤工作面顶板事故原因及其防治措施探析段柱平（山西楼俊集团赵家庄煤业有限公司 山西 033300）摘要：煤矿采煤工作面顶板事故的发生原因较为复杂，不同的煤矿采煤工艺、煤层地质条件以及顶板支护措施等因素都可能对其产生影响。因此，深入研究煤矿采煤工作面顶板事故的原因和防治措施，对于提高煤矿生产安全水平、保障矿工身体健康具有重要意义。基于上述背景，本文介绍了煤矿采煤工作面顶板事故的概述，包括其定义、类型和特点，分析了煤矿采煤工作面顶板事故的原因及防治措施。对煤矿采煤工作面顶板事故的原因及其防治措施进行探索和研究，旨在为煤矿生产安全提供科学的理论基础和实践指导。关键词：煤矿；工作面；顶板事故；防治措施中图分类号：TD 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.13.029Analysis on the Causes and Prevention Measures of Roof Accidents in Coal Mining FacesDuan Zhuping(Zhaojiazhuang Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Loujun Group,Shanxi,033300)Abstract：The causes of roof accidents in coal mining faces are complex,and different coal mining processes,coal seam geological conditions,and roof support measures may have an impact on them.Therefore,in-depth research on the causes and prevention measures of roof accidents in coal mining faces is of great significance for improving the safety level of coal production and ensuring the health of miners.Based on the above background,this article introduces an overview of roof accidents in coal mining faces,including their definitions,types,and characteristics,and analyzes the causes and prevention measures of roof accidents in coal mining faces.This paper explores and studies the causes and prevention measures of roof accidents in coal mining faces in order to provide scientific theoretical basis and practical guidance for coal mine production safety.Key words：coal mine；face；roof accidents；prevention and control measures煤矿采煤工作面顶板事故是煤矿生产中常见的一种事故类型，对煤矿生产安全和矿工身体健康都具有极大的威胁。煤矿采煤工作面顶板事故的发生原因较为复杂，不同的煤矿采煤工艺、煤层地质条件以及顶板支护措施等因素都可能对其产生影响。因此，深入研究煤矿采煤工作面顶板事故的原因和防治措施，对于提高煤矿生产安全水平、保障矿工身体健康具有重要意义。目前，国内外对于煤矿采煤工作面顶板事故的研究已经取得了一定的进展，发现顶板事故的主要原因包括地质构造、开采方式、支护系统、工程技术等多方面因素；利用现代地质勘探技术、数值模拟和智能算法等手段，对顶板事故进行预测，从而提前采取防范措施；并且发展了一系列顶板控制技术和支护设备，如锚杆支护、注浆加固等，提高了煤矿顶板的稳定性。但是仍然存在一些问题亟待解决，由于矿井信息保密和数据难以获取，导致研究中相关数据的不完整，影响了事故预测的准确性；现有的事故预测方法在某些复杂地质条件下仍存在局限性，如地下水、瓦斯等因素对预测结果的影响尚不明确。因此，本论文将对煤矿采煤工作面顶板事故的原因及其防治措施进行探索和研究，旨在为煤矿生产安全提供科学的理论基础和实践指导。1.煤矿采煤工作面顶板事故概述图1 20162020年煤矿事故数量与死亡人数和顶板事故数量与死亡人数（1）事故定义。煤矿采煤工作面顶板事故是指在煤矿采煤过程中，顶板失稳或塌方，导致人员伤亡、设备损失等严重后果的事故，是煤矿生产中最常见、危害最大的事故之一（如图1所示）。煤矿采煤工作面顶板事故的发生与煤层结构、地质条件、采煤工艺等因素密切相关。煤矿采煤工作面顶板事故一旦发生，不仅会给煤矿企业造成经济损失，还会给矿工的生命安全带来威胁，因此，研究煤矿采煤工作面顶板事故202313技术应用与研究88Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究88Modern Chemical Research当代化工研究的原因和防治措施具有重要的现实意义和实践价值。（2）事故类型。在煤矿采煤工作面中，顶板事故是一种常见的事故类型，根据国家安全生产监督管理总局的数据，煤矿事故中顶板事故的发生率较高，而且造成的人员伤亡较为严重。顶板事故可以分为冒顶、片帮、大断层、自然垮落四种类型，具体如表1所示。表1 顶板事故类型事故类型事故特征事故原因冒顶顶板整体或局部突然失稳、掉落或冲击地面，一般会伴随着煤岩爆炸和煤尘爆炸等灾害采煤工艺不合理、地质构造复杂、煤层结构松散或煤层中含有易溶解的岩层或煤柱等片帮顶板呈现局部破碎或掉落状态，表现为几块或几十块大小不一的板块脱落顶板强度低、顶板支护不到位、煤层厚度和地质构造不利等原因大断层顶板被大型断层或短区断裂控制，导致顶板在断层或断裂带处剧烈移位或下沉煤层断裂带宽度较大、采煤工艺不合理、支护措施不到位等原因自然垮落顶板无明显破坏迹象，在不受外力作用下自行垮落煤层结构松散、煤岩脆性大、地质应力较大等原因（3）事故特点。在煤矿采煤工作面顶板事故中，事故的特点主要表现为事故多发、危害严重、不易预防和治理困难等方面。具体而言，事故多发表现在该类型事故在煤矿生产中的发生频率较高，占据了煤矿事故的重要一部分。根据煤矿事故统计数据，采煤工作面顶板事故在煤矿事故中的发生率较高，而且事故数量也呈逐年增加的趋势。此外，煤矿采煤工作面顶板事故的危害严重。顶板事故可能导致采煤工人被埋压、受伤或死亡，造成严重的人身伤害和财产损失。煤矿采煤工作面顶板事故的发生往往是突然而来，因此不易预防。此类事故往往在采煤工作面顶板失稳时迅速发生，煤炭企业需要制定完善的安全预防措施，加强顶板稳定性的监测和预警工作。为了更好地了解煤矿采煤工作面顶板事故的特点，总结事故特点如表2所示。表2 顶板事故特点事故特点描述多发性该类型事故在煤矿生产中的发生频率较高，占据了煤矿事故的重要一部分危害严重可能导致采煤工人被埋压、受伤或死亡，造成严重的人身伤害和财产损失不易预防事故往往在采煤工作面顶板失稳时迅速发生，因此需要制定完善的安全预防措施和加强顶板稳定性的监测和预警工作治理困难事故发生后，清理救援工作难度大，对采煤工人的心理和身体造成极大伤害2.煤矿采煤工作面顶板事故原因分析(1)顶板条件分析煤矿采煤工作面顶板是采煤作业中重要的支撑系统，其稳定性直接影响采煤工作面的安全和高效。在煤矿采煤过程中，采煤工作面的顶板存在着多种不同的条件，包括岩层结构、煤层厚度、地质构造和地应力等，这些条件的复杂性和多样性，使得顶板条件分析成为煤矿安全管理和生产管理的重要内容。岩层结构是影响顶板条件的一个重要因素，煤层顶板的岩性和层位掌握程度，直接决定了采煤工作面顶板的稳定性。煤层厚度也是影响顶板条件的因素之一，煤层厚度越大，顶板的承载能力就越强，但同时也存在着地应力集中的问题。此外，地质构造也对顶板条件有影响，地质构造包括断层、褶皱、构造破碎带等，这些构造对于煤层和岩层的稳定性和厚度都会有影响，从而对顶板稳定性产生重要的影响。地应力是顶板稳定性的一个重要因素，在采煤过程中，顶板会承受来自地表和采空区的地应力，其大小和方向都会对顶板稳定性产生影响。(2)顶板稳定性分析顶板稳定性分析是指对顶板的负荷、强度、变形及破坏模式等进行分析和计算，以判断其稳定性。煤矿采煤工作面顶板通常由煤层、顶板和底板组成，其中顶板是重要的稳定因素。在采煤工作中，煤层受到采煤机的挖掘，导致其下部产生大量裂隙，而顶板受到地质构造、采煤工艺和支护措施等多种因素影响，可能出现松散、剥离、断裂等现象，进而影响顶板的稳定性。此时，如果采取不当的支护措施，就会导致顶板的垮落和事故的发生。(3)顶板支护设计分析首先，需要对煤层的特点进行分析。煤层的厚度、倾角、节理等都会影响顶板稳定性。同时，煤层的厚度、倾角等也会影响顶板支护的设计方案。因此，在设计顶板支护方案时，需要综合考虑煤层特点，选用合适的支护材料和方式。其次，需要对顶板支护材料进行选择。目前，常用的顶板支护材料主要包括钢支撑、木支撑、钢木混合支撑、锚杆支护等。不同的支护材料具有不同的特点和适用范围。例如，钢支撑强度大、使用寿命长，适用于采煤高度大、顶板质量差的工作面；而木支撑适用于采煤高度较低、顶板质量好的工作面。因此，在设计顶板支护方案时，需要根据实际情况选择合适的支护材料。最后，需要对支护方式进行分析。目前，常用的支护方式主要包括单独支护、联合支护、全面支护等。在选择支护方式时，需要综合考虑顶板稳定性、采煤高度、支202313技术应用与研究89Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究89Modern Chemical Research当代化工研究护材料等因素。同时，还需要注意支护间距、支护强度等参数的设定，确保支护效果良好。3.煤矿采煤工作面顶板事故防治措施(1)顶板支护措施顶板支护措施的选择应根据煤层特点、顶板条件、采煤工艺等因素进行综合分析，常见的顶板支护措施包括木柱支护、锚杆支护、钢拱支护、锚索网支护等。木柱支护是一种传统的顶板支护方式，适用于煤层软硬适中、顶板稳定性好的情况，其特点是支护效果好、施工方便、成本低，但是易燃易爆、易腐蚀等缺点也比较明显。锚杆支护是一种比较常用的顶板支护方式，适用于煤层厚度较大、地质条件差、顶板不稳定的情况，其特点是抗拉性能好、支撑力度大、施工方便、适应性强，但是其成本较高，施工时间较长，需要较高的技术水平和施工标准。钢拱支护是一种新型的顶板支护方式，适用于采煤工作面长距离稳定的情况，其特点是具有很高的抗拉强度、抗压强度和弹性模量，支撑力度大、变形小，对于提高采煤效率和保障采煤安全有非常好的效果，但是成本较高，施工难度也较大。锚索网支护是一种多功能的顶板支护方式，适用于煤层厚度较大、顶板不稳定、地质条件复杂的情况，其特点是能够适应各种地质条件，支撑力度大、变形小、可靠性高，能够有效地保障采煤安全，但是施工难度较大，需要高水平的技术和管理。(2)采煤工艺优化措施采煤工艺应该根据顶板稳定性、岩层厚度、岩层强度、煤层倾角等因素来确定。在采煤过程中，应尽量减少采空区对顶板的影响，避免采空区发生塌陷、断层等问题。此外，在采煤过程中，应合理利用支护材料，提高采煤工作面的稳定性，从而减少顶板事故的发生。在采煤过程中，应尽可能避免对顶板造成破坏，保持顶板的完