“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害，對于開采“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 針對性的預防措施，達到未雨綢繆的目的；本文針對各種冒頂片幫事故的類型，借鑒前人總 結的一些成果，結合掌握的實際情況進行探討，提出相應的處理方法，起到一個拋磚引玉的 作用。關鍵詞：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不當，頂部或側壁因應 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 嚴重事故。礦井作業(yè)面、巷道側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，二者常同時發(fā)生。兩者常同時發(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)勢為經(jīng) 濟優(yōu)勢，就要對“煤下鋁”進行開采，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、，開采鋁土礦勢必受到煤礦采動的影響，加之鋁土礦頂板圍巖的特點，冒頂片幫 將成為未來最大的隱患之一，因此，需要及早對之研究探討，找尋冒頂片幫原因并制定預防 的措施，以達到未雨綢繆之目的。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粘土礦、粘土巖，呈 黑灰、灰色，泥質結構，致密塊狀構造，含植物化石碎片，局部含團塊狀黃鐵礦。該層橫向 可變?yōu)樘抠|泥巖、炭質頁巖（ZK33455），或煤層（ZK36679，厚3.13m）。厚度一般13.2m。 該層局部缺失；當缺失時，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，又要重視屬于煤系地層的特點，因此吸取煤礦和 金屬礦床開采的成果，同時在實踐中加以運用和總結，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)生的特點和原因 2.1冒頂片幫的特點冒頂片幫事故一般都發(fā)生在地質條件有變化的地點，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) 生在掘進施工期間，隨機性很大，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，一般與礦山地質條件、生產(chǎn)技術和組織管理等多方面因素有關。 按事故分類統(tǒng)計資料，屬于生產(chǎn)組織管理方面的原因占

5、45.6%，屬于生產(chǎn)技術方面的原因 44.2%，屬于冒險作業(yè)等因素引起的事故僅占10.2%。2.2.1礦山地質條件方面（1）地質情況變化，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化；巷道圍巖節(jié)理裂 隙發(fā)育；巷道通過斷層、褶皺等構造變動劇烈地帶，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)地壓活動的影響，容 易導致井下采場和巷道發(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， 在一定時間內(nèi)，空場之間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， 隨著空場暴露時間的延長，使空場之間巖壁應力不斷的集中，沿著最先打破的一個缺口，斷 層發(fā)生巖石移動，巖壁大面積倒塌，形成地壓活動。這是地壓形成的客觀因素。2.2.2生產(chǎn)技術方面（1）松石檢撬技術落后“敲幫問頂”是一項靈活有效的松石檢測方法，目前仍在井下礦山廣泛使用。但撬棍檢 查處理松石時，有一定的局限性。資料表明，當松石厚度大于0.4m，面積大于1.5m2時，

7、“敲 幫問頂”已無濟于事。國外一些先進礦山企業(yè)在使用“敲幫問頂”時，還同時使用超聲探測、 紅外線輻射檢測等先進檢測方法。但在我國由于受到技術、經(jīng)濟條件的制約，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不徹底及檢測人員的人身安全受威脅等缺 點。（2）頂板支護質量不過關現(xiàn)在井下礦山廣泛采用素噴、錨噴、錨網(wǎng)噴等多種支護形式，但仍然發(fā)生冒頂事故，其 主要原因是支護質量不過關，如管縫式錨桿楔入位置不當、砂漿錨桿注漿不飽滿、鋼筋網(wǎng)編 制不規(guī)范、噴漿厚度不達標且出現(xiàn)開裂、失腳等，導致支護質量不過關，存在隱患。另外一 些巷道支護不及時，暴露面積太大、時間太長等都使礦山頂板維護的有效性受到較大影

8、響。（3）由于設計不合理巷道位置設計不合理，使巷道處于松軟的巖層中；缺少詳細的地質和水文資料，使施工 過程中缺乏指導，缺少應變措施；支護結構不合理，承受地壓不足等。（4）施工方面的工作失誤對巷道穿過松軟巖層施工措施不當，缺乏準備；不能一次成巷，使圍巖暴露時間過長， 導致巖層風化、松動，從面引起塌冒；不按作業(yè)要求架設支架，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，臨時支護失效；不進行工作面“敲幫問頂”工作， 對檢查和處理浮石重視不夠、不及時，引起浮石墜落；在松軟層中施工過程中，炸藥量使用 量不當，破壞了圍巖的穩(wěn)定性等。2.2.3組織管理方面（1）頂板支護方法不合理，支護不及

9、時井下巷道掘進，支護方法不合理或支護不及時，是導致冒頂事故的一個主要原因。例如 當工作面附近的頂板巖石比較破碎，支護不及時或支護方法不合理，都會造成頂板突然冒頂 引發(fā)事故。（2）浮石處理不當，違反操作制度浮石的處理不當引起的傷亡事故，多數(shù)是現(xiàn)場掘進工人未按要求處理浮石，不能及時對 工作面頂幫進行全面細致的檢查，對工作面的浮石情況沒有做好充分的分析和判斷，在處理 時便引起冒落事故。如因為工人操作的技術不熟練，操作時撬前冒后，撬左冒右，撬小塊的 浮石，卻引起大面積冒落等。工人經(jīng)驗不足，處理浮石時站立位置不當，當浮石下來時無法 躲避而造成事故。還有部分事故是違反操作規(guī)程，冒險空頂作業(yè)，違章回收支柱而

10、造成的。（3）防護用品使用不當在礦井內(nèi)作業(yè)時，由于沒有正確使用防護用品而使冒頂事故擴大化的比例常有發(fā)生。如 有的工人安全帽沒系帶，低頭時安全帽落下，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小時內(nèi)。主要是因為巖石受爆 破震動作用后，一些發(fā)松動和開裂的巖石，稍受震動或時間一長就會冒落片幫。這時果正好 下面站有人被擊中造成事故。所以在放炮后應做好對采場頂幫的檢查和處理。另外，

11、在節(jié)假 日前后或停工時間較長后，恢復生產(chǎn)時，也應加強對頂幫的檢查和處理。（5）冒險作業(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)是勞務工。由于受經(jīng)濟利益的驅動 以及人員素質的參差不齊等原因，這些勞務工只顧埋頭掙錢，不注意安全；同時礦山掘進工 的技術不熟練等也可造成冒險作業(yè)。還有一些基層管理人員對所帶施工隊伍要求不嚴、紀律 松馳、應付工作、安全管理不善，發(fā)現(xiàn)隱患時不及時加以處理。也有一些主要管理人員對頂 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)督約束機制，以致頂板管理 松懈，往往小問題引發(fā)大事故。3預防冒頂片幫事故的措施3.1根據(jù)礦床的地質條件，選用合理的采礦

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

13、質，搞好頂板 管理。另外，對于新入礦職工，要由技術熟練的老職工帶領，認真講解實踐經(jīng)驗、安全技術 操作規(guī)程及安全注意事項，盡快適應工作環(huán)境，提高操作人員的技能素質和水平，提高操作 人員處理突發(fā)事故的能力。3.3合理科學的布置巷道及采場的位置、規(guī)格、形狀和結構要避免在地質構造線附近布置井巷工程，因為垂直地質構造線方向的壓應力最大，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，泥化夾層等地質構造軟弱面 附近布置井巷工程，因為在這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，也應采取相應的支護措施或特殊的施工方案。井巷、采場的形狀和結構要盡量符合圍巖應力分布要求。因此，井

14、巷和采場的頂板應盡 量采用拱形。因為圍巖的此生應力不僅與原巖應力和側壓系數(shù)有關，而且還與巷道形狀有關。 采用拱形形狀時，施工難度不大且頂板壓力不會太集中，頂板穩(wěn)定性較好。3.4加強對頂板浮石的檢查與處理，提高頂板管理的技術水平浮石是采礦場和巷道掘進爆破后極為常見的，普遍存在的，對浮石的檢查與處理是一項 經(jīng)常性的重要工作，要求工人必須高度重視。同時還應加強對工作的安全教育和安全技術知 識的培訓，提高管理人員的技術水平，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專用的開掘工具，并設立專人管理，建立具體負責排險工作 的工作隊，設立警告標志，做好交接班制度等。結合礦山

15、實際情況，不斷總結經(jīng)驗教訓，從地質資料的提供、井巷設計、井巷維護技術 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準，為科學有效地頂板管理提 供技術支持。3.5減少爆破對巷道穩(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。在實踐生產(chǎn)過程中，在巷道邊坡一側的爆區(qū)邊緣，鑿一排較密而不裝藥的空孔，減弱爆 炸應力波的傳播；（3），盡量采用毫秒電雷管起爆并嚴格控制炸藥用量，使爆破產(chǎn)生的震動 相互抵消，降低總的爆破震動；（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 小的科學原理控制爆破作用的方向。（5）盡量減少爆破對采場底部結構的破壞等

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