煤礦頂板事故的原因，竟然是這些... ....

隨著我國煤礦采掘裝備、支護技術的改革以及中小煤礦的逐步退出，我國煤礦頂板管理得到了根本好轉，頂板事故起數和死亡人數大幅下降，但頂板事故起數與死亡人數所占比例依然較大，頂板災害防治形勢依舊嚴峻。

我國是世界煤炭生產大國，近幾年煤炭產量不斷增加，２０１５年煤炭產量達３７．５億ｔ，占世界總產量的４７．７％。伴隨煤炭產量的大幅躍升，我國煤礦事故起數和死亡率均大幅下降，安全生產狀況有了明顯改善，但與國際先進采煤國家相比，我國煤礦的事故率尤其是頂板事故率仍較高。煤礦災害中，無論是生產礦井還是基建礦井頂板事故都是多發性的，對礦井的安全生產、建設危害性極大。

煤礦頂板事故發生的原因較多，其中，多數事故是支護方式落后、初撐力不足、支護質量差、疏于觀測等原因造成的。

當前形勢下，煤炭企業的辦礦主體已發生深刻變化，與２０世紀８０年代以礦務局（礦）模式相比，出現了很多鄉鎮煤炭企業，也有很多非煤企業（電力、房地產、煙草、石油石化等）涉足煤炭生產或運營，導致煤礦支護技術也正發生深刻變革。

３０年來，井工煤礦工作面的木支護、金屬摩擦支柱或單體液壓支柱支護形式已被綜采液壓支架所替代，巷道已由架棚支護轉變為錨桿支護為主、其他支護形式為輔的格局；煤礦頂板監測監控技術迅速發展，頂板離層儀、采動應力監測系統、煤礦頂板災害在線監測系統、支架壓力監測系統等廣泛應用于煤礦的頂板管理。

我國煤礦頂板管理現狀

隨著我國煤礦支護技術、支護裝備的發展以及支護體系的深刻變革，煤礦頂板管理工作已取得了重大進展。

目前，我國回采工藝和回采設備已達到國際領先水平，在液壓支架方面，中煤集團所屬北煤機公司于２０１５年研制成功８．８ｍ超大采高工作面液壓支架，工作面支架最大工作阻力達到２６０００ｋＮ，中心距２．４ｍ，能夠實現８ｍ特厚煤層一次采全高。

在巷道支護方面，錨桿直徑最大達到了２４ｍｍ，最大屈服強度達到１１４０ＭＰａ，抗拉強度達到１２７０ＭＰａ。錨索直徑達到了２２ｍｍ，大幅提高了工作面和巷道的支護質量，很大程度上減少了煤礦的頂板事故。

對于復合頂板、堅硬頂板、“三軟”煤層等復雜地質條件巷道支護問題，許多煤礦根據自身頂板特點，自主研發或合作開發復合支護方式，這種支護技術不僅表現在支護材料是多種材料的復合，而且表現在支護工藝的復合。如：金屬錨桿＋金屬錨網＋Ｗ鋼帶＋錨索＋混凝土噴漿配合化學注漿的支護技術、ＪＷ錨索鋼帶＋錨索＋讓壓錨桿支護技術、錨網噴錨梁＋高強錨索＋注漿錨桿聯合支護技術、錨桿＋錨索＋組合錨索聯合支護技術等，這些支護技術在改善復雜地質條件巷道圍巖變形方面起到了重要作用。

隨著支護技術和設備的發展，許多煤礦企業根據自身情況制定了相應的頂板管理機制，但經過調查走訪發現，大部分頂板管理制度并沒有得到很好的貫徹落實，特別是在現階段各煤礦往往追求產能的擴大提升，而忽略了頂板管理的重要性，作為頂板管理工作最重要的一部分礦壓監測分析也逐漸被忽視。礦壓數據沒有得到充分利用，其分析結果無法有效的指導安全生產。

煤礦頂板事故統計

２０００—２０１５年，全國煤礦共發生安全事故３５０２２起，死亡５９６２６人，其中頂板事故１８０５９起，死亡２１３０８人，分別占同期全國煤礦事故起數與死亡人數的５１．５７％和３５．７５％。頂板事故各年統計結果見表１。２００２年，全國煤礦事故起數達到最高４３４４起，死亡６９９５人，頂板事故達到２３６４起，死亡２７６６人，為２０００—２０１５年之最。爾后逐年遞減，截至２０１５年，由于中小煤礦大量關閉停產和國家對煤礦安全監管力度的提升，煤礦安全事故銳減。頂板事故率在２０１５年達到最低，僅占全國煤礦事故起數的３７．５％，頂板事故死亡人數所占比例也明顯降低。

煤礦頂板事故與機械化水平的關系

２０１５年全國煤礦頂板事故與機械化水平的關系如圖１所示。可知，頂板事故起數和死亡人數隨煤礦機械化水平的升高逐漸降低，尤其在機械化程度不到２０％的西南、華南地區尤為突出，該地區頂板事故起數和死亡人數均接近全國煤礦頂板事故起數與死亡人數的５０％。

煤礦頂板事故與淘汰落后產能的關系

２００９—２０１５年小煤礦關閉數量與頂板事故之間的關系如圖２所示。可以看出，隨著小煤礦的逐步退出，頂板事故起數及死亡人數明顯下降。

煤礦頂板事故原因分析

傳統頂板事故原因分析

傳統頂板事故是指由于巷道支護參數設計、工作面支架選型、采煤方法選擇不合理或支護不及時、支護質量不達標、開采管理不規范、安全意識不足等造成的事故。事故發生的主要原因是前期地勘投入不足、科研經費有限、管理制度不完善，這些事故在中小煤礦中較為常見，發生概率大，死亡人數多。通過分析我國“十二五”期間煤礦較大頂板事故統計結果，松軟破碎頂板、地質構造、堅硬頂板等地質條件是造成傳統頂板事故的主要原因。

統計結果表明，傳統頂板事故主要集中在西南和東北地區，鄉鎮煤礦和中小煤礦是頂板事故的高發礦井。主要原因是大多數中小煤礦采煤工作面采用單體支柱進行支護，放炮落煤，甚至有些礦井采用π 型鋼梁放頂煤等落后采煤工藝，外加管理混亂，疏于防患，造成頂板事故發生。

新型頂板事故原因分析

隨著采礦設備的發展和采煤技術的進步，高強度開采工作面逐漸成為特大型礦井的主要開采方式，表現為超大采高、超長工作面、超長推進距離、超快推進速度等特點。高強度開采工作面巷道斷面大、割煤高度高，煤柱應力集中、回采擾動大，對煤層條件、巷道支護質量、頂板管理水平要求更高。這種情況容易誘發片幫冒頂、煤壁彈射、壓死支架等事故，造成嚴重的人員傷亡和巨大的財產損失。此類事故逐漸增多，成為頂板事故新的增長點。新型頂板事故原因可以歸結為以下４ 點。

１）全國大規模地改擴建和新建大型現代化礦井，高強度回采工作面越來越多。

為了實現高產高效，多采用一次采全高（大采高３．５～７．０ ｍ）超長工作面（２２０～３５０ ｍ）和超長推進長度（２ ５００ ～ ６ ０００ｍ）的高強度回采工作面，并且日推進度非常快（１５～３０ ｍ／ ｄ）。由于采用大采高超長工作面和超大推進長度，高產快速推進技術，從而使工作面的頂板垮落表現出與以往截然不同的性質。以往屬于緩慢釋放、頻繁多次垮落的頂板，在此趨向于出現急速地、超范圍地大面積垮落來壓的動力沖擊現象，而且更加嚴重的是將采空區的空氣瞬間排出，形成巨大的颶風，其破壞力極強。大面積頂板垮落時產生颶風，颶風的力量不但能夠對采場中的人員造成傷害，甚至采場中的機械設備也會遭到破壞，造成了沖擊災害威脅。

２）西部淺埋煤層產量越來越大，對這類煤層礦壓特點還缺乏深入了解。

我國對埋深大于３００ ｍ 以上的煤層礦壓規律進行了大量的研究，對埋深小于２００ ｍ 的煤層，如神東、榆林地區，還沒有深入地了解和研究，但這類煤層開采比例會越來越大，如２０１０ 年鄂爾多斯生產原煤４．３３ 億ｔ，該地區煤層基本都屬于淺埋深煤層。在該地區雖然采取高強度的支護，煤礦頂板事故發生相對較小，但也出現了一些工作面大面積來壓事故，造成工作面停產和人員傷亡，如圖３ 和圖４ 所示。

如在伊泰集團酸刺溝煤礦支架工作阻力達到了１５ ０００ ｋＮ，工作面發生了多次壓架事故；榆家梁煤礦薄煤層工作面支架工作阻力為１０ ６００ ｋＮ，工作面發生了壓架事故；２０１０ 年鄂爾多斯市丁家梁煤礦在４０２ 綜采工作面回采作業時，采空區頂板突然冒落，形成的氣流將正在作業的采煤機司機和支架工沖擊到設備上造成頭部傷害，造成２ 人死亡。

在淺埋煤層堅硬頂板堅硬煤層開采條件下，采空區頂板長期懸露，堅硬的頂板在懸頂初期沒有明顯的位移現象，但隨著頂板變形的不斷增大，頂板承受本身自重和上部基本頂壓力的能力就越來越差，一旦受到外界的干擾或達到極限承載懸露步距時，采空區頂板突然性的大規模垮落，造成頂板對支架載荷沖擊和空氣壓縮沖擊波載荷，大規模的頂板垮落由于突然性強、時間短、影響范圍大，發生征兆不很明顯，目前尚難以預測等原因，通常災害影響較大。在大同、京西的堅硬頂板堅硬煤層開采，神東礦區的淺埋煤層開采工藝條件下，均會發生大規模采空區頂板垮落所形成的颶風災害威脅。

３）重設備、輕監測。

目前，我國回采工藝和回采設備已達到國際領先水平，大幅提高了工作面和巷道的支護質量，很大程度上減少了煤礦的頂板事故。但由于采用了高強度支護設備和材料，現場管理人員認為采用高強度支護設備可以杜絕頂板事故的發生，從而更容易忽視礦壓的監測。實際上，高強度支護設備是保證工作面安全的一個方面，還需要進行礦壓監測、數據分析、加強管理，從而保證工作面的安全。根據項目組多年的礦壓監測研究和多個工作面頂板事故實例發現，采用高強度支護設備并不能完全阻止工作面頂板事故的發生，有的綜采工作面，支架工作阻力達到了１５ ０００ ｋＮ，但因實際初撐力較小、前后柱受力不均等問題，導致工作面發生多次頂板事故。

４）有監測、輕分析。

根據質量標準化要求，綜采工作面和巷道都要求安裝礦壓監測系統，實際上，每個礦也基本上安裝了礦壓監測系統。２０ 世紀９０年代前，每個礦基本都有專業的礦壓監測人員或隊伍，分析礦壓數據，并用來指導工作面的生產。目前，因支護設備的大型化和專業技術人員的缺乏，而忽視礦壓數據的分析，礦壓監測系統形同擺設。礦壓數據并沒有得到充分利用，其監測結果沒有起到指導煤礦安全生產的目的。

煤礦頂板管理建議

１　監管部門管理建議

１）要推進煤礦企業支護方式改革，推廣應用頂板管理的先進適用技術，督促檢查頂板管理措施落實和隱患排查治理情況。駐地煤礦安全監察機構要加大對頂板管理工作的監察力度，發現重大安全隱患的，要責令煤礦停產整頓；對頂板管理工作不到位導致事故發生的，要依法追究相關人員的責任。

２）督促煤礦企業高度重視頂板管理工作，明確分管負責人和分管業務部門，配備足夠的專業技術人員，健全完善有關規章制度，明確崗位責任，嚴格考核獎懲，確保頂板管理各項制度落到實處。

２　煤炭企業自身管理建議

１）加強礦井地質勘探和地質資料的分析研究，以及礦壓觀測工作，掌握煤層賦存情況、地質構造、頂底板巖性、煤巖物理力學參數和礦壓顯現規律，抓好采區地質情況的預測預報工作，為頂板管理提供基礎資料。

２）礦壓觀測作為頂板管理的重要組成部分必須得到煤礦企業的足夠重視，對于地質條件復雜的礦井，尤其是存在堅硬頂板、松軟破碎頂板、復合頂板、“三軟”煤層、地質構造復雜、深部開采、淺埋煤層的煤礦企業，需建立礦壓在線監測系統，實時監測各回采工作面、采掘巷道及特殊地點的礦壓變化及圍巖變形情況。成立礦壓管理組，配備至少３～５ 名礦壓人員，專門負責礦壓觀測、支護質量監測、礦壓數據分析處理等工作。

３）煤礦企業要積極推進支護方式改革，推廣應用頂板支護新技術、新工藝、新材料，推廣采掘機械化，推廣錨桿、錨索、錨網、錨噴等支護技術，組織對沖擊地壓、“三軟”煤層、復合頂板、極破碎頂板等支護技術難題的科技攻關。禁止使用巷道式、高落式非正規采煤方法，倉儲式采煤法以及回采工作面使用木支柱支護和金屬摩擦支柱支護也是不允許的。

４）煤礦企業要深入開展安全質量標準化工作，建立健全采掘工作面支護質量班評估驗收制度，每班由專人對照安全質量標準化標準和采掘作業規程，對工程質量、工作質量進行驗收，不合格的要立即整改。要對采掘工作面和巷道維修工程的支護質量進行檢查驗收考核。 

５）建立頂板安全風險預控機制，要求企業內部加強對礦井頂板危險源進行全方位辨識，并細化到所有采掘工作面及有人作業的地點，對排查出的頂板隱患及時梳理分類，制定具有針對性的礦井頂板事故防治措施。