顶板灾害防治篇(1)

关键词 煤矿；顶板灾害；防治；监测；监控技术

中图分类号：TD327 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）20-0213-01

煤矿顶板灾害即指井下作业环节，顶板出现意外冒落情况后所造成的作业终止、人员伤亡以及设备损毁等严重性事故。煤矿顶板灾害具有发生总量大、频率高、控制难度和影响力较大等特征，始终处于各类型煤矿事故当中的首位。因此，控制顶板灾害已成为提升煤矿安全作业状况的关键性措施。顶板灾害通常会受地质构造条件、煤层存储条件、开采工艺以及采掘活动等因素的影响，因此在防治环节必须结合该煤矿的各种条件进行综合分析，同时对各项诱发因素进行全方位监测监控，将灾害的影响力降到最低。

1 我国煤矿顶板灾害基本类型与防治策略

1）我国煤矿顶板灾害基本类型。

我国煤矿顶板灾害主要包括工作面和巷道的顶板灾害两种。其中，工作面的顶板灾害又可以分成六种类型，具体有：①工作面的煤壁位置出现冒顶；②工作面的出口位置出现冒顶；③地质构造范围内出现局部冒顶；④复合顶板的下段出现推垮型的冒顶；⑤出现压垮型的冒顶；⑥大面积型冒顶。而巷道的顶板灾害又可以分成三种类型，分别是：①掘进作业面出现冒顶；②巷道交岔位置出现顶板；③构造区的巷道出现顶板[1]。

2）我国煤矿顶板灾害防治策略。

①充分研究顶板的控制对象，并对其危险性进行准确评估。在煤矿开采作业正式进行之前，应当对采掘作业面的地质条件进行实地考察与研究，并对顶板的安全性进行有效评估，从而划定出危险区域。首先，考察开采条件，研究对象包括煤岩倾角、煤岩厚度、煤岩强度以及水文情况等，同时对煤岩体进行物理力学参数测试和测量其地应力[2]。其次，基于地面三维地震监测前提下，精细勘探井下的地质状况，针对出现构造异常情况的采掘作业面，需予以超前探测，以此方式探明采掘区域的构造情况。在条件允许的情况下，还需以地震CT探测方式对其应力异常范围进行探测。最后，采取理论分析、数值模拟等方式对矿压的显现强度进行预测，再根据应力与结构的异常区域分布状况对顶板灾害出现的可能性、危险性进行评价。

②不断优化设计方案，最大限度预防各种顶板灾害。支护技术、煤层的赋存条件发生变化以及隐伏构造等都会诱发煤矿顶板灾害，而灾害的发生区域一般和支护失效、地质条件改变等因素有直接关系。鉴于此，在了解与研究顶板的安全性能和采掘作业面具体开采条件的前提下，还需不断优化设计方案，从源头上控制煤矿顶板灾害诱发因素的出现。为了达到这一目标，需要对采掘接替环节、采区布置环节等进行优化，以防动压叠加和应力集中情况的发生。通过明确支护强度和支护方式，结合各个危险性区域情况，于设计环节制定出针对性防治预案及监测方案。

③对顶板灾害各个危险区域进行定期预警和监测。对于巷道的顶板灾害，必须监测其危险区域，经由修建测试站的方式对其支护体的受力状态、围岩变形情况和顶板离层情况等进行有效监测，再结合其应力情况和位移情况，待预警阈值出现之后，及时执行报警操作。而针对作业面的顶板灾害，在预警环节，不仅需要对支架的实际工作阻力进行监测，同时还应当分析来压步距、初撑力和循环末工作阻力等基本信息，并统计与计算初撑力的合格率、安全阀的开启率以及支架的保压概率等，以此方式考察支架的实际工作状态，以防大倾角类工作面倒塌、片帮冒顶与压架倒架等安全事故的出现[3]。同时，针对巷道的顶板灾害，在预警环节，通常需要检测钻孔应力、锚杆锚索的受力情况、两帮位移以及顶板的离层量等基本信息，再结合钻孔应力和支护体应力的实际增速状态，明确巷道内监测范围内的应力集中状态，并根据两帮变形在允许范围内的极限值、支护体的受力极限值和顶板离层极限值等信息，即可明确预警阈值和支护体、巷道围岩的实际状态，对于可能会出现的各种顶板事故也能实现有效预警。

④根据顶板灾害预警结果与监测结果，采取针对性应对

措施。针对支架的初撑力偏低而引起的各种片帮冒顶，其防治策略为提升支架的初撑力；针对支架的支撑力较差而引起的各种压架冒顶问题，其防治策略为检修与调整支架的液压系统，以防阀门和管路出现滴漏问题；针对需要长时间开启的安全阀，必须加大其支架的整体支护强度，同时不断提升推进速度；针对坚硬顶板，应当予以弱化处理，以此方式降低来压步距；针对破碎的构造区与顶板，应当提前对其进行加固处理；针对冲击地压式的巷道，除了需要卸压危险区域之外，还应当加强支护，并对个体进行严格防护；针对大倾角或急倾斜类作业面，应当设置挡矸板或者执行挂网操作，以此方式杜绝飞石伤人事件的出现。

2 我国煤矿顶板灾害相关监测监控技术

在对各种顶板灾害进行深入研究后发现，在煤矿开采环节，煤的位移场、岩采动应力场以及赋存条件等都在不停发生改变，当各种要素出现变化之后，曾经所用的各种安全技术策略已经无法满足当前各顶板控制基本需求，以至于出现顶板灾害等严重性安全事故。当前，针对煤矿的基本地质情况，其勘探技术已丰富多样，主要包括巷探、钻探以及物探等方式，对于部分变化偏大的地质状况已经能够有效查明，而针对部分变化情况偏小的地质状况，其探测技术还处于缺乏状态，采掘作业面中的各类型隐伏构造还未能有效探测。受采掘活动的影响，致使部分支护体的位移和应力、围岩等发生改变，在对其进行探测时，通常以顶板矿压在线监测作为主要方法。这种监测方法在参数和精度方面都具有明显优势，同时还能够进行在线监测，因此具有较高实用价值。然而，由于部分监控系统主要承担着通讯技术方面的任务，在顶板活动与矿压规律等方面的研究知识还处于盲区，以至于所用的监控系统和顶板灾害之间出现脱节的问题，且软件分析基本功能也与矿压理论相脱节，部分检测系统在基本功能方面十分有效，只具有曲线生成、显示和储存等，却无法实现实时分析各项监测数据的能力，无法达到预警效果。

3 结束语

煤矿顶板灾害防治与监测无疑是一项任务艰巨、操作繁琐、技术要求较高的工作项目，具有明显的现实意义。为了避免发生顶板灾害，需要相关部门及人员加强对各个操作环节的监测与检查，有效把握煤矿开采规律，并采用各种科学技术，从源头上控制顶板灾害等安全性事故的出现。

参考文献

[1]李忠奎.CAN多主通讯技术在煤矿顶板监测系统中的应用[J].电子设计工程，2011，19（21）：93-96.

顶板灾害防治篇(2)

论文摘要：华丰煤矿地质条件复杂,煤层倾角大,受水、火、瓦斯、煤尘、冲击地压、地表斑裂等多种灾害的严重威胁。近年来,通过改造矿井生产系统、建立健全灾害预测与防治体系,控制了重大灾害的发生,实现了复杂地质条件下的安全、高效开采。

新汶矿业集团华丰煤矿是一个具有百年开采 历史 的老矿,地质条件复杂,煤层倾角大,受水、火、瓦斯、煤尘、冒顶、冲击地压、地表斑裂等多种灾害的严重影响。多年来,华丰煤矿通过开发和推广应用新技术,紧紧围绕矿井灾害综合治理,开展了技改挖潜和 科学 管理,实现了复杂地质条件下的安全、高效开采。

1　矿井生产系统改造

1.1　矿井运输系统改造

为了适应煤层倾角变化大、地压高、巷道易底臌变形的情况,自行研制应用了3条钢丝绳吊挂下运带式输送机和水平弯曲线摩擦多点驱动带式输送机;将原顺槽刮板输送机或多部带式输送机串联运输方式改造为1部可弯曲带式输送机,顺槽和集中巷带式输送机采用小角度多次转弯技术,减少了设备投入。

根据薄煤层实际情况,将原使用的sgw-150c刮板输送机改造为sgw-430/55型刮板输送机,槽宽由630mm改为430mm,适应了薄煤层工作面特殊条件,减少了机电事故。

1.2　通风系统改造

通风系统由原5个风井分区式通风改为集中通风。为保证五水平通风系统稳定、合理,采掘工作面风量充足,在-210回风巷建挡风墙,形成两翼回风的通风系统;采用串联通风,降低采区的总用风量;采煤面采用下行通风方式,构建3道密闭墙,封闭闲置巷道,提高五水平风量,保证安全生产。

1.3　排水系统改造

为提高矿井排水能力,由原来的-90、-270、-450、-750多级排水改为-450、-750两级排水,对主排水泵进行扩排改造,推广pj节能泵,淘汰低效水泵,增装φ325mm排水管路2210m,排水能力提高2倍,年节电耗168万kwh。

1.4　构建webmrt集成化信息体系

建立了华丰煤矿集成化信息体系,使矿井安全监测数据处理系统、营销管理系统、人力资源管理系统、物资超市系统、 企业 预算系统、办公系统、设备管理等系统形成信息资源共享,提高了 现代 化管理水平。

2　矿井集中化生产与单产单进的提高

华丰煤矿原为多井口、多水平、多采区、多工作面生产,为了实现矿井和生产水平的集中,将采煤队个数由7个减为4个,生产采区由4个减为2个,实现了采区的集中生产。矿井效益的提高很大程度上取决于单产单进水平的提高。近年来,通过改造生产环节,推广先进技术,涌现出了年产45万t的炮采队和月掘318m的炮掘队。

在回采工艺上,大力推广毫秒爆破技术,自行研制窄型刮板输送机,下顺槽采用自移式转载机,配spj-800吊挂式皮带机运输。采用“1.1m顶梁、见三回一”支护,双抗带网护顶,推行正规循环作业,使毫秒爆破、单体支柱支护和大功率运输机三者得到最优配合,工作面单产提高1倍以上。

在掘进方面,改善钻、装、运环节,采用yt强力风动钻机,毫秒延期电雷管起爆,水胶炸药爆破进行钻爆法掘进,光面中深孔爆破,优化爆破参数,提高爆破效果;采用p-60b大功率扒装机,配合电瓶车运输,完善排矸系统,实现全岩、半煤岩巷道优质快掘。

疏通生产环节,采区上山自溜运输改为大倾角皮带运输,推广可弯曲皮带、长距离多点驱动皮带等技术,使单台设备运输长度由200m增加到1000m。

3　深部开采顶板管理和煤巷锚杆支护

在回采工作面顶板管理方面,完成了回采面顶底板分类及支护形式研究,厚煤层、倾斜分层试验金属菱形网假顶采煤法,解决了网下高档普采工艺问题,实现了分层开采顶板的安全管理;在破碎顶板试验应用双抗塑料网假顶采煤法和双抗带网护顶技术。

在掘进顶板管理方面,先后完成了4层煤顺槽锚背网支护,粘土岩巷道锚喷组合支护、高地压巷道锚喷网组合支护、破碎围岩锚钢带支护、六岔门立体交岔点支护等方法试验。针对深部开采、冲击地压条件下巷道维护困难的实际,开展了“冲击地压煤巷锚杆支护技术研究”,研制的全长锚固快硬水泥药卷锚杆支护效果良好,为冲击地压煤巷的煤帮支护及软岩巷道支护提供了一种锚固性能好、成本低的支护材料。

4　灾害治理

(1)加大安全投入,保证资金到位,保证安全治理措施的落实施工。

(2)近几年华丰煤矿根据 自然 灾害的情况与各科研单位共同开展了大倾角厚覆盖层采煤后地表斑裂研究与控制、冲击地压综合防治、综合防灭火、顶底板承压水上开采、深部地压研究等10多项技术,有效地推动了矿井自然灾害的治理,节约资金达亿元以上。

(3)研究、推广应用先进的 科学 监测仪器和先进技术,完善监测手段,提高监测水平和质量。建成了冲击地压预测预报及定位系统、束管监测系统、微震监测系统、地面高压注浆减沉系统等,提高了灾害的防治能力。

顶板灾害防治篇(3)

[关键词]煤矿掘进 顶板事故 事故原因 预防措施

中图分类号：TD322 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0240-01

煤矿巷道顶板事故指的是矿工在采煤的时候，顶板突然冒落，最终导致采煤人员伤亡、采煤设备损坏、采煤工程停止。一般情况下，根据煤体的强度以及煤体层理发育程度，确定断面形状以及支护形式。在实际生产过程中，巷道可能出现断层，顶板容易松动或者破碎。因此，研究断面形状、支护形式对顶板事故的影响，可以改善巷道围岩的受力情况以及变形情况，有效预防煤矿顶板事故。

1 煤矿掘进巷道顶板事故预防的重要性

安全是煤炭事业发展的基石，是煤矿顺利开采的前提。煤矿一旦发生重大矿难事故，不仅会给社会带来不良影响，更会给伤者家庭带来打击，给国家带来损失，另外，事故的发生给企业带来的负面影响不可预期，煤矿事故影响巨大。煤矿掘进巷道顶板事故是目前煤矿事故中死亡率较高的事故之一，对煤矿掘进巷道顶板事故必须给予相应的重视。我国是煤炭采矿大国，虽然在煤炭开采方面已经取得了一定成绩，但实际上我国煤矿开展不论是开采技术上、还是开采设备上都与发达国家有着一定距离，并且煤矿开采环境较为恶劣，这都增加了煤矿事故预防难度。煤矿事故制约着煤炭企业发展，做好煤矿事故预防不仅是为了企业利益着想，更是为了施工人员生命安全着想，煤矿掘进巷道顶板事故预防具有重要意义。煤炭企业想要在未来的市场中站稳脚步，必须保证煤矿安全，煤矿掘进巷道顶板事故预防势在必行。

2 掘进巷道顶板事故频发原因

2.1 地质构造

中国地域辽阔，地质构造比较复杂，无疑增加了煤矿开采的难度，再者，煤矿的生产条件也决定了煤矿生产安全不能完全得到保障，危险系数比较高。调查数据显示，我国的主要煤矿中，38%的煤矿处于非常复杂的地质环境中，相对来说地质比较简单的只占据了21%。另外，在煤矿生产中，瓦斯在煤层中的含量较高，稍不注意，就容易引发火灾。管网式的煤矿开采巷道空间布置，由使许多容易引发灾害的因素聚集在一起，互相影响碰撞，更加容易造成重大煤矿灾害的发生。

2.2 煤矿开采技术及管理方面的原因

当前，我国煤矿开采过程中出现顶板事故的原因除了围岩地质结构复杂之外，还包括煤矿开采过程中的开采技术以及作业管理等多个方面的原因。笔者通过对近几年煤矿巷道顶板事故发生的案例分析来看，在开采过程中导致事故发生的原因主要包括这样几个方面：①生产企业方因为注重利润而忽视采煤作业过程中的技术管理。导致在作业过程中因为安全意识和安全处理不到位而出现顶板事故；②采煤作业过程中涉事单位没有对采煤过程进行严格监督，没有及时发现作业过程中存在的相关故障问题，从而没有及时的对相关隐患进行处理，引发严重事故；③煤矿开采过程中没有根据矿业管理部门的相关规定购置对应的采矿设备、安全设备等，留下了巷道顶板事故隐患。

3 掘进巷道顶板事故预防措施

3.1 技术方面

（1）做好煤矿掘进巷道地质预测和预报工作。在井下工作面移动之前，需要对巷道进行再次勘探，看是否存在比较特殊的地质构造或者异常的水文情况，确保没有问题后才能够进行巷道的掘进。

（2）做好煤矿掘进作业准备工作。在掘进作业开始之前，必须按照掘进地质说明书等相关地质资料编制作业流程。同时要做好巷道的支护设计，熟悉巷道支护施工的基本流程，以保障施工的质量。加强对于顶板变化的监测，运用收集的数据来预测顶板变化的趋势，从而为接下来的生产提供科学的依据，顶板变化超过警戒值时立即停工，确认顶板稳定性之后方能继续生产。

（3）对掘进施工作业人员进行严格管理。掘进施工作业人员作业前一定要经过学习培训取得上岗证，了解作业工序与施工工艺，能够严格按照规章操作；这样不仅能保证施工工程质量提高施工效率同时也能避免和减少安全事故的发生。

3.2 管理方面

（1）严格制定管理制度矿方在对管理制度、作业要求进行制定时必须严格遵守《煤矿安全规程》、《煤矿设计规范》等相关规定，而不能说依据自己的主观想法和以往的作业经验，因为不同条件必须不同对待，务必使作业规程、作业措施等符合规定，更加的具有科学性，能对煤矿生产及安全更有帮。

（2）加强监督管理。矿方各个相关部门要以严谨的态度做好煤矿生产组织、调度协调和指挥管理工作，切实认真对业务保安责任制进行有效的落实，部门干部更要放下身段，亲自进入生产现场进行观察，对生产过程的每个环节进行了解与监督，对生产过程中有可能出现的问题进行预测，在其出现的时候及时发现并解决，以防更大问题甚至是灾害的发生。

（3）合理分配人员。矿方在对煤矿开采进行人员组成和任务分配的时候，一定要从实际情况出发，进行合理科学的调整并加强管理，使领导不依靠章程指挥、矿工不依靠章程作业的现象彻底的被杜绝，在施工现场形成领导遵守章程进行合理指挥、矿工依照章程进行安全作业的好风气。

（4）重视安全防范。矿方领导部门注重生产效益不为过，但在安全方面也要加强防范，生产过程中稳扎稳打，严格贯彻“安全第一”的要求，不能突击冒进。在企业改革中心西移的同时不可顾此失彼，在重视矿井通风、防治瓦斯、防治煤尘、防灭火的同时，也不能忽视对可能发生的顶板灾害的预防工作。

4 结语

随着我国浅层煤炭资源的挖掘殆尽，我国的掘进巷道在不断地深入地下，而巷道越深地质条件就越复杂，掘进巷道顶板的稳定性就越差。为了降低顶板事故发生的几率，必须从技术和管理两个方面加以预防，用技术来防止自然因素带来的巷道顶板不稳定问题，用管理来防止人为因素带来的巷道顶板不稳定问题。总之，只有对顶板事故采取了健全的预防措施，才能有效确保煤矿的安全生产，为工作人员的生命财产安全提供保障，从而为煤矿的稳定发展奠定基础。

参考文献

[1] 鞠路超，史继武，梁俊岭.煤矿掘进巷道顶板事故预防及断面优化设计[J].能源与节能，2013，02：38-40.

[2] 林大力.煤矿掘进巷道顶板事故预防及断面优化研究[J].现代矿业，2011，04：40-42.

[3]王琦，李术才，李为腾，王汉鹏，李智，江贝，王德超.基于地质预报的煤巷顶板事故防治研究[J].采矿与安全工程学报，2012，01：14-20.

[4] 许传志.掘进巷道顶板事故预防及断面优化分析[J].科技与企业，2012，17：207+206.

顶板灾害防治篇(4)

关键词：矿区；地质构造；顶板；防治

中图分类号：TD322+.1 文献标识码：A

前言

东荣矿区2006-2010年事故情况分析显示，发现顶板事故是本地区煤矿的主要灾害之一。冒顶事故的发生，多与矿山地质条件、生产技术和组织管理等多方面因素有关，其中自然地质环境和恶劣的地质条件是产生顶板事故的根本原因。通过剖析地质构造与顶板的关系，总结出以“科学预测，事先防范”为基本原则的顶板事故防治措施，正确指导煤矿安全生产工作。

1 东荣矿区地质构造特征

1．1 地质构造特征

东荣矿区地质构造复杂，区内断层、褶曲发育，伴生的小断层、小褶曲多，岩浆岩零星分布。由于地质构造的作用，使该区煤层的赋存状况极为复杂，煤层的稳定性极差，形态万千、煤厚悬殊，煤层顶底板出现不协调起伏，围岩破碎，容易引发冒顶事故，不利于安全生产。

1．2 煤层顶底板特征

东荣矿区煤层顶板主要特征是：硬度与韧性弱，伪顶以炭质泥岩为主，厚度一般为0.1-0.3m左右，直接顶基本上以泥岩和砂质泥岩和粉砂岩为主，厚度一般为3-5m左右，老顶基上以石英砂岩、少量粗粉砂岩、砂质泥岩覆层为主，厚度20-25m，暴露后易冒落，加之受复杂地质构造的影响，顶板十分破碎，容易引发冒顶事故。

1．3 巷道围岩特征

将煤矿巷道围岩划分为5类，I类为非常稳定围岩，由较少裂隙、较少节理厚层状石英砂岩、粗粉砂岩、辉灰绿岩、石英闪长玢岩等组成；Ⅱ类为稳定围岩，由较少裂隙、较少节理厚层状粉砂岩与砂质泥岩组成；Ⅲ类为中等稳定围岩，由少裂隙，少节理粉砂岩、砂质泥岩组成；IV类为不稳定围岩，由节理、裂隙较多的泥岩与砂质泥岩组成；V类为极不稳定围岩，由节理、裂隙较发育的泥岩及松软泥岩组成。东荣矿区巷道围岩以Ⅲ类、IV类和V类为主。

2 地质构造与顶板事故的关系

2．1 断裂构造与顶板事故

由于断层的存在，使煤、岩层断开，两侧岩块相对位移，破坏了煤层的连续性。断层广泛发育于不同构造环境中，类型很多，特别是构造复杂的矿区，其断距、破碎带大小不一，对围岩破坏程度也不同，破碎带是产生顶板事故的主要部位；另外，常在断层两侧出现牵引褶曲、揉皱、挤压和破碎等现象，煤层和顶、底板中裂隙也显著增加，且常导致煤层厚度突增或压薄，生产中该部位煤层暴露后容易产生冒顶事故；还有一些顶断底不断或底断顶不断的小断层及层间滑动构造部位，由于受到构造应力的作用，围岩易脱落，且脱落面积较大，没有预兆，也易发生顶板事故。

2．2 褶皱构造与顶板事故

褶皱构造是岩层在地质作用力的影响下，产生变形而形成波状弯曲且未失去连续性的构造形态。从地质力学分析，褶曲一般是水平挤压力或水平挤压剪切力作用形成，煤层要发生塑性流动或滑动，岩层受构造应力的作用，不同部位会产生一系列的裂隙、小断层、节理等内部小构造。特别是在褶曲轴部往往烈隙、节理更发育，岩层破碎，煤层暴露后吸水脱落，同时其轴部产状变化急剧，发生急剧挤压现象，回采中不易支护，易发生片帮及冒顶事故。其次褶曲轴部煤厚度易突变，掘进时易发生煤层垮落事故。

2．3 岩浆侵入与顶板事故

岩浆侵入不但破坏了煤层的连续性和完整性，而且岩浆侵入煤层所形成的岩体，其边缘极不规则，在侵人体前缘的煤(岩)层中往往出现特殊的揉皱现象，煤理紊乱，具有旋窝状褶曲等小构造。如果没有掌握岩浆侵入体分布的特征和接触变质的规律，如果支护不当，容易发生局部冒顶现象。

2．4 煤岩组合与顶板事故

经实践证实，通常易引发顶板事故的煤岩组合情况有：

围岩节理和劈理发育地段，易产生煤岩层脱落伤人，更易造成冒顶及垮帮事故；煤层伪顶完整性差，强度低，如果支护没有及时跟上，也极易产生顶板事故；岩层胶结物以泥质、粘土质为主的，容易产生顶板滑移和冒顶事故：

煤层厚度急剧变化地段造成顶板稳定性差，容易产生顶板事故；急倾斜煤层一旦发生局部冒顶时，由于顶板向下滑移，可能扩大成为大面积的冒顶；以沼泽相、泥炭沼泽相为主的煤岩组合，在原始沉积时部分沉积物的表层可能发生风化，这些地段容易发生冒顶；煤岩结构复杂的煤层中往往含有多层夹矸层，开采中易发生夹矸脱落伤人事故。

3 防治顶板事故对策分析

及时调整采煤方法，保证合理的暴露空间和回采顺序。要加强矿井地质工作和采煤方法的研究，不断改进，找出适合本矿山不同地质条件下的高效安全的采煤方法。要控制好采面顶板的稳定性，必须要有一个合理的开采顺序，严格按照由里往外由上自下的开采顺序进行作业。要根据不同的地质条件和采矿方法，严格控制采面暴露面积和采空区高度等技术指标，使采面在地压稳定期间采完。

科学合理地开拓设计、布置巷道。在充分查清矿区地质条件的基础上，井巷工程设计过程中，要避免在地质构造线附近布置巷道，因为垂直于地质构造线方向的压应力最大，是岩体产生变化和破裂的主要因素。要避免在断层、节理破碎带、泥化夹层等地质构造软弱面附近布置巷道。围岩的次生应力与原岩应力和侧压系数有关，应将巷道布置在顶板压力不会太集中、顶板稳定性较好的部位。

必须认真研究工作对象的地质构造和顶底板特性，掌握其与顶板事故的内在联系，做好预测预报工作。一是认真编制工作面作业规程，制定详细的地质说明书和顶板管理措施；二是根据生产实际情况的变化，及时提出修改和补充措施；三是遇到地质条件特殊地段，如断层、褶曲、挤压带和顶板特别破碎地点，要采取与之相适应的特殊支护方式。

搞好班组建设，充分发挥班组长在煤矿顶板管理中的作用。班组是煤矿安全生产工作贯彻落实的落脚点，是降低事故发生率的关键点。队长和班组长既是生产一线的指挥官、又是战斗员，接触生产一线的时间长，对井下情况、顶板情况、自然条件的变化、出现的难点问题等最早知道。必须充分发挥班组长作用，切实加强班组建设，加强班组长的培训和安全教育，提高他们的业务素质和安全管理水平，使他们在生产一线出现安全隐患时，能够正确判断，及时果断处理，避免顶板事故的发生。

强化现场管理及生产技术管理。对顶板的检查与处理，是一项经常性而又十分重要的工作。技术人员要观测摸索本矿区不同岩石岩移的规律。科学地掌握顶板情况，在构造带附近的井巷工程、掘进面迎头、采煤面上下出口、切眼口，顺槽三角区等地点，要制定与之相适应的有效防范措施，加强支护。管理人员要经常深入生产第一线，明确职责，及时发现、解决顶板问题。

参考文献

[1]潘懋，李铁锋．灾害地质学[M]．北京：北京大学出版社，2002．

[2]殷坤龙，张桂荣．地质灾害风险区划与综合防治对策[J]．安全与环境工程，2003，10(1)：32-33．

顶板灾害防治篇(5)

关键词：煤矿开采；地质灾害特性；预防措施

中国的煤矿多是通过井工方式开采，而中国的煤层大多经受了地质构造作用，开采时很容易诱发煤矿地质灾害。煤矿地质灾害的发生不仅给煤矿企业带来了巨大的经济损失和人员伤亡，还带来了恶劣的社会影响。常见的煤矿地质灾害主要有水害、瓦斯灾害、顶板灾害及地表沉陷灾害[1-3]。在很多情况下，煤矿地质灾害还会引起一些附加灾害，对矿井的破坏力极大。因此，非常有必要采取措施对煤矿地质灾害进行预防。为了更好地对煤矿地质灾害进行预防，应该认识到煤矿地质灾害的特性。本文围绕着煤矿地质灾害的特性展开分析，重点探讨了煤矿地质灾害的一些预防措施。

1煤矿地质灾害的特性分析

认识煤矿地质灾害的特性对于预防煤矿地质灾害有着十分重要的作用。通过大量的地质灾害现场分析可以发现，煤矿地质灾害的特性主要有破坏力强、发生机理不明确、持续时间不确定及防治困难。下面将进行具体分析。

1.1破坏力强

很多煤矿地质灾害发生时，都有着较强的破坏力，严重威胁矿井的安全生产。在发生煤与瓦斯突出事故时，大量瓦斯会突然涌入巷道，极大地增加了瓦斯爆炸的风险。若这些瓦斯遇到明火，则很容易造成巨大的破坏力。一方面瓦斯爆炸时产生的高温高压气体会对巷道造成严重的破坏，另一方面瓦斯爆炸时会产生大量的有毒有害气体，直接威胁工人的生命安全。随着中国煤矿进入深部开采时代，发生煤与瓦斯突出的可能性会大大增加。进入深部开采以后，若煤矿发生突水事故，则会造成严重的人员伤亡。由于开采比较深，短时间内很难打通救援通道。更重要的是，很难在短时间内排完矿井内的积水。鉴于这几方面的原因，深矿井发生水灾后危害极大。通过分析煤与瓦斯突出和矿井突水事故可以发现，煤矿地质灾害发生后具有较强的破坏力，不仅会损毁井下的设施，还会造成井下人员伤亡。

1.2发生机理不明确

煤矿灾害另一个显著的特点就是发生机理尚不明确。很多学者虽然尝试了对各种地质灾害的机理进行分析，但是没有得出统一的认识。对于煤与瓦斯突出地质灾害就已有了十几种假说，但是每一种假说只能解释特定的突出现象。煤矿冲击地压（见图1）也面临着同样的状况。虽然对于煤矿突水已经有了较为统一的认识，但是并没有找到一种合适的理论来对其进行较好的解释[4]。煤矿地质灾害发生机理不明确的主要原因有两方面：a)煤矿地质条件具有不确定性；b)煤矿开采条件对地质灾害的发生起着一定的诱导作用。

1.3持续时间不确定

煤矿地质灾害的持续时间具有不确定性，有的持续时间长，例如煤矿的地表沉陷和煤矿突水，有的持续时间较短，例如煤矿冲击地压。值得注意的是，这种持续时间的长短不是固定的，其不仅与煤矿的地质条件有关，还与煤矿的生产条件有关。例如冲击矿压发生后，还可能诱发煤矿长时间的矿震，对于这种情况很难定义其持续时间。

1.4防治困难

由于煤矿地质灾害的复杂性，对地质灾害的防治存在一定的困难。现有的灾害防治技术多是基于实践总结得到的，但在应用时需要选择合适的参数。例如对于冲击矿压的巷道，通常采用加强支护，但加强支护的方式和形式需要根据煤矿的实际情况来确定。比较典型的是，虽然A矿区已进行了大规模的冲击矿压治理，但仍时有冲击矿压发生，严重威胁着煤矿的生产安全。

2煤矿地质灾害预防措施分析

以上分析了煤矿地质灾害的一些特性，需要据此采取措施来预防煤矿开采过程中的地质灾害。在防治煤矿地质灾害时应采取的措施主要包括加强对煤矿地质条件的勘探、重视煤矿地质灾害防治技术的总结及选择合适的开采方式。

2.1加强对煤矿地质条件的勘探

很多时候，煤矿地质灾害的发生与地质条件的不确定性存在很大的关系。为此，应加强对煤矿地质条件的勘探，特别是在掘进和开采之前。由于煤矿开采的区域比较大，采用钻探的方法获取的地质资料比较有限，而且精度不高，还需要采用物探的方法进行精细化勘探。在勘探时要重点注意一些地质构造变化区，例如断层、陷落柱及煤层厚度变化较大的区域等。在勘探完成后，要将地质构造异常区标记在煤矿的采掘工程平面图上。根据异常区的分布情况，估算这些区域对煤矿开采的影响，从而采取合理的安全措施。例如，采掘工作面在过地质构造、集中应力区、煤岩顶破碎区时，必须合理分析顶板岩性，然后采取合理有效的支护措施，如注浆、架棚、注浆锚杆等，提高破碎顶板稳定性，防止顶板受力失稳导致冒顶、垮落事故的发生[5]。

2.2重视煤矿地质灾害防治技术的总结

煤矿地质灾害防治的关键在于采用合适的地质灾害防治技术。然而，现在很多的煤矿地质灾害防治技术多是根据特定条件下的地质灾害事故分析得到的，并不是对所有的煤矿都具有适用性。为了使灾害防治技术能发挥有效的作用，煤矿企业应根据自身实际情况，对一些灾害防治技术进行总结改进。只有这样，才能更好地防治煤矿地质灾害。例如在防治冲击矿压时，有的煤矿采用水力压裂效果比较好，有的煤矿采用岩层注水比较好，而有的只能采用加强支护的方式。地质条件的差异性，导致采用的防治措施也会存在一定的差异性。这就要求煤矿企业一定要根据实际情况采取合适的防治措施，否则不仅不会防治地质灾害，还会诱发地质灾害。

2.3选择合适的开采方式

在煤矿开采时，开采方式对地质灾害有着一定的诱发作用。为此，需要根据地质条件选择合适的开采方式。所谓开采方式就是工作面的布置方式和回采方式。对于具有冲击倾向性的矿井，一定要避免孤岛工作面开采；对于瓦斯含量高的煤层，一定要降低煤层开采强度，以免诱发煤层瓦斯事故；地表有建筑物或山体时，一定要控制采高，以免诱发严重的开采沉陷事故。开采方式主要影响的是岩层移动和变形的形式，而岩层运动是煤矿地质灾害的前提。

3结语

在煤矿开采过程中，煤矿地质灾害时有发生，给煤矿企业带来了巨大的经济损失。总的来说煤矿地质灾害的发生具有破坏力强、发生机理不明确、持续时间不确定及防治困难的特性。在实际生产中，应采用加强对煤矿地质条件的勘探、重视煤矿地质灾害防治技术的总结及选择合适的开采方式来防治煤矿地质灾害。研究可以为认识煤矿地质灾害及防治煤矿地质灾害提供一定的参考。

参考文献：

［1］梁振宏.煤矿地质灾害特性分析及预防措施［J］.西部探矿工程，2021，33(3)：178-180.

［2］靳韶毅.煤矿地质灾害防治研究［J］.能源与节能，2021(1)：50-51.

［3］李云飞.煤矿地质灾害预防技术措施应用［J］.能源技术与管理，2020，45(4)：126-128.

［4］张皓莎.煤矿地质灾害特征及其防治措施［J］.矿业装备，2020(4)：106-107.

顶板灾害防治篇(6)

【关键词】公路隧道；岩溶；溶洞处理；注浆

1岩溶发育的特点及危害

岩溶是自然界天然发育形成的特殊地质，其发育和分布具有很强的区域性、不规则性，而在岩溶区域施工隧道工程，具有较高的风险，若不妥善处理岩溶溶洞和地下水的影响作用，将引发严重的工程事故及地质灾害。环绕型岩溶情况下的隧道施工影响主要取决于溶腔与隧道的距离，当隧道距离较近时，其影响逐渐加大。而当溶腔与隧道的间距极小并且相交时，其隧道施工过程中应小心其岩溶填充物坍塌和地下水影响。溶腔发育较小且位于隧道开挖范围内时候，对隧道的施工影响较小，施工时应加强开挖面稳定措施。岩溶区域隧道建设将极大地考验隧道施工技术和设计处理.本文以鹿公山隧道工程作为实例，分析工程遇到的岩溶问题，探讨岩溶治理的技术措施，为后续岩溶区域施工人员提供借鉴和参考。

2隧道工程概况

鹿公山隧道全长1048m，为单线隧道，电力牵引，设计行车速度120km/h，有砟轨道。隧道进、出口里程分别为DK133+978、DK135+026，隧线分界里程分别为DK133+968、DK135+036，明暗分界里程为DK133+984。DK133+978～DK133+984段设计为明洞，长6m。全隧位于直线段上，全隧均位于坡度为8.1‰的上坡上，单车道断面，采用无轨运输。鹿公山隧道的Ⅳ、Ⅴ级围岩占比约为60.1%，洞内道床采用一级碎石道砟，铺设Ⅲ型轨枕及60kg/m钢轨，轨道结构高度766mm。隧道的剖面图如图1所示。

3岩溶隧道施工典型灾害及治理方案

3.1DK134+392~410段岩溶灾害及治理方案

鹿公山隧道掌子面DK134+395爆破开挖，出渣完成后发现在掌子面右侧及拱顶左侧各有大小不明两溶洞、中间夹着未掉落大孤石，其中右侧溶腔填充物持续缓慢溜塌，右侧轮廓线外溶洞大小约为10m（纵）×3m（宽）×5m（高），拱顶孤石侵于开挖轮廓线内，暂未掉落。现场支护至DK134+400.5时，掌子面拱顶孤石左侧垮塌。掌子面中间大孤石全部垮塌，垮塌结束，砸中两榀拱架至变形。此次垮塌后暴露开挖轮廓线外溶洞大小约为10m（纵）×3.5m（宽）×5m（高），整个上台阶掌子面均揭示为溶洞。揭露溶洞主要分布在隧道正面及隧道两侧，与隧道的关系主要为相交型和嵌套型。溶洞尺寸较大，且隧道纵向深度较深，有较大的水平跨度，后期爆破震动及施工开挖易引起溶洞顶板塌落，威胁施工安全，为隧道施工的顺利进行，需要对揭露溶洞进行治理。根据以上岩溶灾害情况，制定主要的岩溶治理措施方案有以下几种：（1）揭露溶洞后临时措施。揭露岩溶后，应立即对岩溶灾害进行临时治理，防止隧道进一步坍塌，危害施工安全及影响项目进度。主要的措施有：①对揭露溶洞表面采用C20混凝土进行喷混凝土处理，防止洞壁岩体掉块，增强溶腔体的稳定性；②在处理溶腔表面预埋准50注浆孔，间距1.5m×1.5m，梅花型布置，为后期二衬施工前注浆提供通道；③对于不稳定的溶洞采用喷射混凝土回填密实，防止溶洞进一步坍塌。（2）初支变更处理措施。原设计该段定位为Ⅲ级围岩等级，采用系统喷锚对隧道进行初支，顶部采用2m长的准25中空注浆锚杆，按1.5m（纵）×1.2m（环）梅花型布置。揭露溶洞后，对地质情况进行及时修正，定义为Ⅴ级围岩，采用系统喷锚对隧道进行初支，拱顶采用3m长的准25中空注浆锚杆，按1.5m（纵）×1.2m（环）梅花型布置。拱腔采用3m长准22砂浆锚杆，按1.0m（纵）×1.0m（环）梅花型布置。并在开挖后架设钢架，增加围岩稳定性，如图2所示。（3）二衬施工处理措施。为处理二衬施工期间隧道衬砌与岩溶溶腔的缝隙问题，加强二衬结构的围岩稳定性，在处理溶腔喷射混凝土回填前预埋准50注浆孔，间距1.5m×1.5m，梅花型布置；并且在二衬支模施工后，注1:1水泥浆液填充密实，加强衬砌的围岩稳定。

3.2DK134+566段岩溶灾害及治理方案

鹿公山隧道掌子面开挖至DK134+566完成开挖支护后开始塌方，塌方结束时掌子面拱顶有大小约为5.0m（环向）×4.0m（高）纵向约20m的空洞，塌落体均为角砾土，掌子面揭示其余未塌部分为坚硬岩石，围岩完整。洞顶以上为坡残积成松散～稍密状角砾土，溶洞在第一次坍塌后经注浆处理及管棚作业后发生连续坍塌，第三次坍塌后，时拱顶空洞大小约为5.0m（环向）×8.0m（高），纵向长度不详。揭露溶洞主要分布位于隧道顶部，与隧道的关系主要为相交型，溶洞尺寸较大且高，且隧道纵向深度难以明确探查，存在较大的水平跨度，溶洞顶板的稳定性较差，多次注浆后仍存在塌落现象。根据以上岩溶灾害情况，制定主要的岩溶治理措施方案有：（1）揭露溶洞后临时措施。①采用反压回填土石将掌子面塌方段进行封闭，为顶部溶洞填充提供平台并且充当底膜作用。回填高度高出开挖线外50cm，回填至开挖面前2m；②拱顶预埋准110灌浆管，管口伸入塌腔深度2.5m，然后直接向塌腔内泵送C30混凝土，直到将空腔回填满，防止顶部岩溶溶腔进一步坍塌，避免造成大范围的施工事故和地质灾害。（2）初支变更处理措施。该段原设计定位为Ⅴ级围岩等级，采用系统喷锚对隧道进行初支，拱顶采用3m长的准25中空注浆锚杆，按1.5m（纵）×1.2m（环）梅花型布置。拱腔采用3m长准22砂浆锚杆，按1.0m（纵）×1.0m（环）梅花型布置，并在开挖后架设I16工字钢钢架。①岩溶塌腔内泵送混凝土回填完成后，在回填面上增加施工超前准108长管棚，长12m，保证下一步洞体开挖稳定；②该段顶部溶腔注浆完成后仍存在较大的开挖风险，为了保证岩溶段开挖的稳定性，在DK134+566～+575段增设准50超前小导管。（3）二衬施工处理措施。为处理二衬施工期间隧道衬砌与岩溶溶腔的缝隙问题，加强二衬结构的围岩稳定性，在处理溶腔喷射混凝土回填前预埋准50注浆孔，间距1.5m×1.5m，梅花型布置；并且在二衬支模施工后，注1:1水泥浆液填充密实，加强衬砌的围岩稳定。

顶板灾害防治篇(7)

煤矿安全监控装备中矿压预测的价值分析

通常把由开采过程而引起的岩移运动对支架围岩所产生的作用力，成为矿压。冲击矿压一直是威胁三河尖煤矿安全生产的重大自然灾害之一。伴随着开采深度的不断增加和开采强度的不断加大，矿压显现加剧，为此冲击地压等煤炭动力灾害也日趋严重，对深部煤炭资源的安全高效开采造成了巨大威胁。目前比较成熟的煤矿顶板动态监测系统和矿压管理专家系统，实现了工作面顶板压力动态在线监控，并能及时进行工作面周期来压分析，对工作面顶板管理及时进行预测预报，指导区队有效控制顶板。

煤矿矿压的成因及其分布

冲击矿压是矿山开采中发生的煤动力现象之一，这种动力灾害通常是在煤力学系统达到强度极限时，聚积在矿井巷道和采场周围煤体中的弹性能量以突然、急剧、猛烈的形式释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤体抛向巷道，同时发出强烈声响造成煤体振动和煤体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落等。冲击矿压具有如下明显的显现特征：巨大破坏性；瞬时震动性；突发性。

电磁兼容技术在煤矿安全监控装备中的矿压预测中的案例应用分析

1 某某煤矿概况

某某煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市城南6km，截止2012年10月底，某某煤矿能利用资源储量256.20Mt，煤厚0-10.79m，平均4.8m，一般厚为3-6m。直接顶主要是大占砂岩，厚度0.49-36.29m；岩性为中细粗粒砂岩，岩石坚硬，岩体稳定性较好。其余直接顶为泥岩或砂泥岩互层，岩体稳定性较差。煤层底板多为泥岩、砂质泥岩、炭质泥、细砂岩、泥岩互层，岩体稳定性差。

2 电磁兼容测试原理

电磁兼容传感器的工作电路包括放大电路、检波电路、滤波电路三个部分。当电磁波被天线接收后，首先通过二极管检波，检波后得到的信号再通过滤波、放大电路，从而得到我们所需要的电压信号，电磁发生器是整个系统核心的部分。如图1。

我们针对我国煤矿冲击矿压预测的技术难题，依据电磁学理论和实验室实验，建立了煤岩体变形破坏的带电粒子变速运动的电磁兼容理论和煤岩材料破坏的弹塑脆性模型，得出了煤体变形破坏电磁兼容与煤体的应力状态存在的耦合关系，发现了煤岩冲击破坏的电磁兼容特征和规律，提出了电磁兼容预测冲击矿压的判据及预测技术，建立了电磁兼容监测冲击危险评价和分级预测预报的技术。

本文采用的KJ216-F2型煤矿顶板压力监测系统主要由接收主机、通讯主站、通讯分站、压力监测分机、离层监测传感器等组成。

3 电磁兼容技术在采煤工作面矿压预测中的应用

（1）电磁兼容预测方法

本文采用KBD5矿用本安型电磁兼容仪进行定向预测，接收频率为500kHz，有效预测距离为7-22m，采用移动式电磁兼容预测方法。预测时，风巷下帮、机巷上帮距工作面煤壁每隔10-20m布置一个测点；在工作面煤壁每隔10m布置一个测点。

（2）工作面电磁兼容区域分布

通过调查与分析，通过调查，a＼b＼c面距工作面煤壁8-20m、45-60m左右处电磁兼容值明显较高，d面仅在45-60m左右处电磁兼容值明显较高，在工作面前方第二个电磁兼容异常区即45-60m处。

在预防中，要加强矿压预测预报和防治工作，继续开展好矿压防治技术研究，严格落实瓦斯防治的各项措施，提升煤矿瓦斯治理水平，要做好水害分析预报，坚持有疑必探、先探后掘的探放水原则，努力提高防治水工作的技术水平和抵御水灾的能力。