矿井顶板事故危险源安全评价方法的探讨

    矿井冒顶事故是煤矿中最常见的事故，根据国内外统计资料表明，冒顶事故发生虽然不会造成特别重大伤亡事故，但发生频率较频繁，比例居煤矿各类事故之首。冒顶事故危险源一般分为回采工作面冒顶、掘进工作面冒顶和采空区冒顶三大类，回采工作面冒顶事故发生最严重。

　　事故致因理论中三类危险源思想，明确地将矿井顶板事故危险源的影响因素分为三类，第一类危险源为静态危险源，如自然地质条件，第二类危险源和第三类危险源统称为动态触发型危险源。矿井顶板事故危险源是一个很复杂的矿山压力显现问题，往往与自然地质条件,开采技术水平、人的操作技术因素和管理总体水平有关，其中自然地质条件是影响顶板稳定性的第一类危险源，开采技术水平和人的操作技术因素属于第二类危险源，管理技术总体水平则为第三类危险源。

　　1矿井顶板事故危险源主要影响因素

　　1）自然地质条件（第一类危险源）

　　煤层顶板岩石的性质，层理、裂隙和构造作用是造成回采工作面冒顶的根本原因。一般来说，顶板岩层比较坚硬，分层厚度较大，完整性好，赋存稳定，地质构造简单时，冒顶事故就比较少，反之就多[61]。

　　作者：张超（1978.7~），男，汉族，硕士，华北科技学院安全工程学院教师

　　（1）顶板岩体岩性主要有砂岩、泥岩(包括粉砂岩，粉砂质泥岩、炭质泥岩、粘土岩、页岩等)。砂岩具有刚性特征，一般不易变形和破坏，所以由砂岩组成的岩层是相对稳定的部分，但刚性岩体受到强载荷作用时容易产生脆性断裂和剪切破坏。泥岩具有塑性，受力后容易变形产生塑性流动，易形成不同的几何形态，

　　有些粘土岩类还有遇水膨胀的性质，不仅使自身的稳定性降低，而且会影响上下岩层的稳定性。

　　（2）顶板的分层厚度越大，直接顶越不易弯曲变形，稳定性越好。各个煤层的顶板形式是不一样的，有的有伪顶，有的没有伪顶，还有的没有直接顶，只有老顶，对顶板性质如果不清楚，也易发生顶板事故，造成人员伤害。

　　（3）层理发育与否、发育类型影响着岩体的稳定性。当层理特别发育时，岩体及层间结合力要弱得多。

　　（4）地质现象中的断层、褶曲、裂隙是引起局部冒顶的主要原因之一。形成这些地质现象的过程中，煤岩层受地质作用而形成局部破碎带，采动破坏了破碎带的应力平衡状态，易造成冒顶事故。

　　2）开采技术水平

　　（1）巷道与开采工作的关系。如巷道是受一侧采动影响还是受两侧采动的影响,是初次采动影响还是多次采动的影响。

　　（2）巷旁支护的方法。如留煤柱护巷还是巷旁浇注钢性充填带护巷。

　　（3）巷内支护。巷内采用的支架类型及支护方式。

　　支架的不正常工作状态严重影响支架力学特性发挥，对支架本身结构造成破坏，从而对工作面顶板的控制能力减弱。支架工程质量的好与坏对顶板管理工作的影响较大，比如：支柱初撑力、支柱迎山角、支架密度是否合理、支架是否有扭斜现象、支架梁与顶板接触是否严密等；特别是在顶板不平整或顶板破碎时，更要求支架的工程质量要高，支柱要迎山有力，并且梁顶上一定要用塑料网(金属网)或是用稍枝、背板背严实；否则顶部碎石块在顶板压力作用下极有可能推垮支架造成冒顶事故，危及安全生产。

　　3）人的操作技术水平

　　违章作业是引起顶板事故的直接原因，例如，空顶作业,巷道迎头不及时支护,顶板暴露时间过长；操作施工人员不按规定进行支护,支架架设不稳,空帮空顶等。采掘工人技术素质低是造成违章指挥、违章作业和工程质量低劣的直接原因。在诸多冒顶事故中，采掘工人既是直接责任者，又是直接受害者。实践证明，工人的技术素质越高，就越能的把事故消灭在萌芽状态，防患于未然。否则，不但不能消灭事故，反而会造成或扩大事故。

　　4）管理技术总体水平

　　根据不同的地质资料，认真编制和执行作业规程，是控制顶板事故发生的重要措施。管理人员应根据不同的地质条件，规定不同的开采方法、安全措施、通风方法、支护方式、规格质量等。如果对工作面弯曲不直，不按要求支护、空顶面积大、柱距排距不按规定、随意摘掉不应摘的支柱等现象不予理睬，都容易发生顶板事故。另外，按正规循环作业也是非常重要的因素。按正规循环作业，如果工作面回采进度快，则顶板压力小；反之，工作面进度慢，顶板下沉量大，放顶回柱就困难，处理时非常容易冒顶。

　　2建立顶板事故危险源评价指标体系

　　顶板事故危险源有许多定性因素决定，评价指标的合理选择，直接影响所建体系的准确度，根据三大危险源原理，把影响顶板事故危险源的因素分别设为D1、D2、D3、D4和D5，每一因素又细分为若干小因素，如表1所示：

表1 矿井顶板事故危险源评价指标体系

项目	因素
矿井顶板岩石性质D1 （第一类危险源）	顶板有相变，岩石力学性质差异大，分层厚度小，水的影响大，围岩性质为第Ⅴ类
	顶板有相变，岩石力学性质差异小，水的影响小，围岩性质为第Ⅳ类
	岩层较稳定，基本无水的影响，围岩分类为第Ⅲ类
	岩层稳定，无水，围岩分类为第Ⅰ、Ⅱ类
矿井地质构造D2 （第一类危险源）	矿井地质构造复杂，属于复杂、极复杂型
	矿井地质构造属于中等型
	矿井地质构造属于简单型
	矿井区域内无断层、无褶皱、无陷落柱
开采技术及支护水平D3 （第二类危险源）	炮采工作面，用摩擦金属支柱或木支柱，炮掘工作面
	普采、高档采煤工作面
	综采工作面或机采工作面
	综采或综掘工作面，安全装备齐全
人的操作技术水平D4 （第二类危险源）	工人文化水平低，素质差，为经过培训，有“三违”操作，
	工人文化水平低，工龄一般在1年以下，虽经过培训，但人有部分不懂得专业技术
	工人文化水平一般，经过专业培训，抽查有少部分不合格
	工人素质基本合格
顶板管理水平D5 （第三类危险源）	顶板作业管理无标准，支护形式无依据，工程质量不可靠
	顶板作业管理有标准，但无保障措施，质量不稳定，工程质量合格
	能认真执行管理标准，有较可靠的保障措施，循环作业安排一般
	严格执行质量标准，根据不同地质资料，制定合理的开采方法，质量稳定，循环作业安排合理

　　3确定评价指标体系权重值

　　根据层次分析法原理确定矿井顶板事故危险源评价指标权向量，如表2所示。

表2 矿井顶板事故危险源评价指标权向量

　　求得的 ，判断矩阵D可以接受，权重值合理。