煤矿顶板事故分析与防治对策研究
时间：2022-01-22 来源：中国煤炭杂志官网 分享：★ 煤矿安全 ★
煤矿顶板事故分析与防治对策研究
顶板事故是我国煤矿的多发事故，据统计，2010-2019年我国煤矿顶板事故发生2536起，死亡3208人，分别占煤矿事故总起数和总死亡人数的44.41%和32.28%，无论是事故发生起数还是死亡人数，顶板事故居我国煤矿各类事故危害之首。近年来，我国煤矿开采深度不断增加，冲击地压、深部软岩、强烈动压等危险因素越来越多，给顶板管理和事故防治带来更多困难，也导致顶板灾害重大风险不确定性越来越高，发生顶板重特大事故的可能仍然存在，且有增加趋势。刚刚过去的2018年、2019年相继发生4起和7起较大顶板事故，分别占当年较大事故起数的23.5%和31.8%；2020年上半年，全国又发生5起较大顶板事故(包含2起重大涉嫌事故)，目前造成的事故死亡人数占2020年煤矿事故死亡人数的43.2%，煤矿顶板管理和事故防治的形势依然严峻复杂[1-2]。
针对顶板事故多发的问题，笔者在分析总结近年来我国煤矿顶板事故发生规律及特点的基础上，找出事故原因，并总结经验与教训，提出顶板事故防治对策和相关建议，为进一步提高顶板安全管理水平、防治顶板事故和提高煤矿安全生产保障能力提供参考。
1 我国煤矿顶板事故特点
笔者统计了2000-2019年我国煤矿事故与顶板事故发生起数与死亡人数的数据，总量变化趋势如图1所示。从图1可以看出，自2005年以来，我国煤矿事故总起数、死亡总人数及顶板事故总起数及死亡总人数均出现了大幅下降，其中2019年全国煤矿事故总起数及死亡总人数同比2010年分别下降1233起和减少2119人，分别下降87.8%和87.0%；2019年顶板事故起数及死亡人数同比2010年分别下降651起和减少739人，分别下降82.7%和89.1%。
图1 2000-2019年煤矿事故总量变化趋势
2000-2019年煤矿顶板事故占比变化趋势如图2所示。从图2可以看出，我国煤矿顶板事故不论发生起数还是死亡人数占事故总量的比例均较高，2010-2019年，顶板事故起数及死亡人数占事故总起数及死亡人数比值平均分别为40.6%(最小值为2017年的33.3%，最大值为2010年的50%)和31.4%(最小值为2016年的25.7%，最大值为2018年的37.9%)。从变化趋势看，顶板事故发生起数有逐年下降趋势，但死亡人数基本保持30%的比例[3]。
图2 2000-2019年煤矿顶板事故占比变化趋势
2000-2019年煤矿顶板不同级别事故占比变化趋势如图3所示。从图3可以看出，我国煤矿顶板事故级别以一般事故为主，一般事故发生起数和死亡人数占比平均分别为93.9%和77.7%；较大事故发生起数和死亡人数占比平均分别为5%和15%；重大及以上事故发生起数和死亡人数占比平均分别为0.8%和7.2%。主要特点是一般事故多发，较大事故散发，重大及以上事故偶发，但较大及以上事故一次性危害较大，死亡人数集中。自2018年以来，较大事故发生起数及死亡人数均有双双增加趋势，2020年上半年，顶板事故起数及死亡人数占事故总起数及死亡人数比值分别为42.9%和43.2%，同时达到“双四十”，为2010年以来罕见。因此对较大及以上事故的防范刻不容缓。
图3 2000-2019年煤矿顶板不同级别事故
经上述研究分析，我国煤矿顶板事故发生的特点及其趋势如下所述。
(1)我国煤矿安全生产事故及顶板事故总量及死亡人数均呈同步下降趋势，安全生产态势得到了逐步巩固，安全生产管理水平有了很大提升，但安全生产风险隐患仍然较大，安全生产决不能松懈。
(2)顶板事故起数及死亡人数占事故总量的比重仍然较大，顶板事故防范仍然任重而道远。
(3)我国煤矿顶板事故以一般事故为主，但近两年来较大事故起数增多，顶板事故发生起数及死亡人数有抬头趋势，防范较大及以上恶性事故重要性凸显。
(4)随着煤矿开采深度的增加，近年来冲击地压事故起数明显增加。
(5)巷道施工地质条件调查缺失，造成巷道支护设计不合理，缺乏针对性，临时支护有效性差，加之临时支护不及时，空顶作业造成事故，并且占比较高。
(6)煤矿企业抢进度、赶任务，采掘接续失调问题显现，掘进期间出现巷道失修变形时，采取前掘后修，平行作业，导致发生在掘进工作面及巷道维修地点的顶板事故比例增加。
2 煤矿顶板事故发生原因分析
我国煤矿顶板事故发生位置主要为采掘工作面掘进头、巷修工作面、采煤工作面上下端头及两巷和巷道交叉点等部位。一般事故发生频率散发，主要为冒顶、片帮；较大及以上事故发生地点集中，造成的影响更大，笔者统计2016-2020年上半年近5年来较大事故的发生原因及死亡人数，如图4所示。
图4 近5年较大顶板事故发生原因分类
从对一般事故、较大及以上事故发生直接及间接原因总结分析来看，我国煤矿顶板事故发生的原因和暴露出的问题主要有以下几点。
(1)在思想上不重视顶板管理且顶板管理水平落后。部分煤矿企业认为顶板事故多为零星事故，发生较大及以上事故较少，追责较小，因此产生思想麻痹、管理松懈；也有部分煤矿安全管理制度多年不做更新，陈旧落后。遇到采场活动情况发生变化时，还依旧采用之前的管理模式，对风险辨识缺少完备的管控体系，对“变化管理”缺少相应的制度，尤其是顶板管理相应制度缺失，甚至有些煤矿已不再召开顶板管理会议。
(2)开采设计、支护设计不合理，缺乏针对性支护设计及方案，多是在原有经验基础上决定，缺乏科学性。不少煤矿企业依然“重生产、轻安全、抢进度、赶任务”盲目生产，导致生产布局及采区设计不合理、采掘接替紧张，追求快速掘进，支护质量不达标，掘进期间出现巷道失修变形时，采取前掘后修，平行作业，导致堵人、埋人，如山西忻州市庄旺煤业，作业人员就是在加固维护巷道顶板作业时发生的事故。
(3)矿井对采掘空间缺乏必要的生产地质条件调查，对采掘区域围岩稳定状况不做评估或评估走过场，不执行或不严格执行“敲帮问顶”制度，导致空顶作业或无有效支护作业，主要表现在掘进、回采或巷修期间超循环空顶作业，不进行临时支护或临时支护强度不足，过复杂地段或构造带时不进行围岩稳定性评估，采取的支护强度不足，巷修刷扩未采取或采取的支护强度不足。
如2018年1月10日，吴忠市高闸煤矿6102运输巷道掘进工作面发生1起顶板事故，造成3人死亡，事故原因即为空顶超循环作业，空顶距达到6.4 m。又如2017年1月17日，山西中煤担水沟煤业有限公司运输巷道距工作面51～70 m范围发生1起冒顶片帮事故，造成10人死亡，事故原因之一即为未有效评估巷道全服务周期内围岩及采动应力的变化及受到的影响，导致未采取有效措施，最终引发事故。
(4)特殊区域顶板管理与支护不到位。特殊区域主要有地质构造区，如过褶曲、断层、陷落柱、风氧化带、流沙层、破碎带、淋水区、穿层段等；复杂地段，如巷道交叉口、大断面、巷道刷扩区、高冒区、工作面上下端头、工作面片帮冒顶区、各种原因导致的应力集中区等地段。特殊区域围岩结构、强度、应力环境均较复杂，支护难度较大，极易引发顶板灾害事故。如2019年6月5日，陕西蒲白南桥煤业有限公司发生1起5人死亡的顶板事故(瞒报)，直接原因是103运输巷道掘进施工过程中遇到地质构造，工人在工作面打锚杆时顶板受扰动失稳，发生巷道大面积冒顶。
(5)冲击地压矿井未按规定采取防冲措施或措施不合理不完善。如2019年6月9日，吉煤集团辽源矿业集团龙家堡煤矿发生冲击地压，9人死亡。事故原因为所采煤层及顶板均具有冲击倾向性；事故区域煤层平均埋深大、应力高，并存在较高的水平构造应力；周围采掘活动造成大范围区域应力升高；原始地应力与采动应力叠加，使应力水平进一步上升；放顶煤采动上覆厚层坚硬顶板活动导致F13断层活化释放大量弹性能。上述因素的共同作用导致了本次巷道冲击地压事故的发生。
(6)施工工艺落后或采用淘汰工艺施工。国家明文规定严禁使用淘汰工艺施工，但近年来仍有小部分煤矿采用落后及国家明令禁止使用的施工工艺施工，并最终导致顶板灾害事故发生。
如2016年4月3日，新疆喀什地区莎车县天利煤矿发生1起煤矿冒顶片帮事故，共造成10人死亡。事故原因为6410放顶煤工作面采用国家明令禁止使用的单体液压支柱配合Π型钢梁支护放顶煤工艺，最终因支护强度不足、支护稳定性差，引发直接顶局部断裂、失稳，最终导致工作面部分支架倒塌、顶煤垮落。
(7)企业现场管理滑坡，规程措施落实不力，“三违”作业。多数事故存在施工人员不严格按照编制的规程或措施施工。一是采煤工作面管理跟不上。忽视在回采过程中的超前支护(超前拉架)，忽视对支护设备(液压支架)日常管理维护，出现“压架”“倒架”“咬架”等情况，忽视“搬家倒面”回撤期间的顶板支护管理，支护不及时或强度不够，发生“漏顶”事故。如2019年10月26日，川南煤业石屏一矿就是在工作面端头回撤支架发生的1起冒顶事故，死亡6人。二是各层级对顶板支护的业务管理弱化。如发生4人死亡顶板事故的曲靖市师宗恒泰矿业有限公司大普安煤矿多级人员多次检查，对违规作业视而不见；山西忻州市庄旺煤业公司多次检查未发现工序错误的问题，甚至出现当班安全员脱岗，在顶板支护回柱过程中，作业人员违章作业，在未打设替换木支柱的情况下回撤单体液压支柱，导致支柱被压垮、推垮，顶板冒落，压埋人员。
3 顶板事故预防对策
(1)必须树牢安全发展理念，坚守安全红线。从思想上、制度上、行动上重视顶板管理工作。顶板安全关乎广大矿工生命财产安全，各煤矿企业要深入贯彻习近平总书记关于安全生产重要论述和重要指示批示精神，始终将保障人民生命视为重中之重，真正践行“人民至上、生命至上”的执政思想，本着对人民生命财产安全负责，对生命敬畏的政治责任抓好煤矿安全生产工作，抓好顶板管理工作。对顶板管理制度存在的漏洞进行完善，用制度规范行动，用行动提高管理水平。
(2)加大技术开发与引进力度，提高顶板管理水平和治理能力。重视采掘区域围岩地质力学探测与生产条件调查与评估工作。
顶板管理的重点区域是采掘区域，其围岩地质力学、生产条件探测、调查与评估是煤矿开拓部署、巷道布置、支护设计的基础，也是日常顶板灾害隐患排查的基础。煤矿应在巷道掘进、维修和工作面布置前进行地质力学探测与评估[4]，探测与评估应采用动态评估方法，覆盖巷道、工作面的全生命服务周期。采掘区域围岩地质力学探测与评估应了解清楚采掘区域煤岩层赋存状况、顶底板岩性及影响巷道、工作面施工、开采的地质构造、原岩应力、采动应力、四邻开采情况、上下层对照关系等情况，以及水、火、瓦斯、煤尘、冲击地压等情况。可采取的手段有现场调查、围岩地应力测量[5]、采动应力测量、围岩强度与结构观测[6-7]等，为采掘空间的合理支护和维护提供基础数据。
(3)提高支护与围岩控制技术。对于掘进巷道，锚杆支护被证明是煤矿巷道最经济有效的支护形式。在支护理论方面主要有悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论、松动圈理论[8]、围岩强度强化理论[9]及预应力锚杆支护理论[10]等，可根据实际情况进行相应的支护。对冲击地压矿井要严格按照国家相关规定开展冲击地压预测与防冲措施预防。
(4)提高施工工艺水平。有条件的煤矿鼓励采用先进施工工艺及装备，保证施工质量，提高安全水平，严禁使用国家明令禁止的施工工艺及装备。
(5)加强煤矿企业管理，杜绝“三违”发生。煤矿企业从自身抓起，提高自身管理水平及制度执行力度，严格要求所属煤矿、队组按照国家法律、法规组织生产，遵守规程、措施施工，保障生产安全。
4 结论与建议
顶板安全是煤矿安全生产的关键环节。笔者总结了我国煤矿近20年来顶板事故发生的规律、趋势及特点，分析了顶板事故发生的原因，并在此基础上提出了相应的防治对策。煤矿顶板事故预防，不仅要从矿井事故发生的客观条件找原因，也要加强安全管理监督监察，全面提高从业人员的安全生产意识，严格按照科学方式进行顶板设计、施工和管理，才能有效减少甚至避免顶板事故的发生。结合在工作中的认识，提出如下顶板管理建议。
(1)顶层设计，出台顶板管理相关规定。国家层面要充分调研，针对不同地区、不同作业地点、不同工艺流程做好统计分析，出台相应的规定(国家煤矿安全监察局已出台《防治煤矿冲击地压细则》《煤矿防治水细则》，在顶板管理这方面还属空白)。
(2)政策引导，推广加强顶板支护的智能装备。随着煤矿开采深度不断增加，瓦斯、水害、冲击地压及顶板等灾害不断加重，环节复杂用人多、风险增大管控难等问题更加突出。各级政府、企业要转变思想，大力推广应用顶板支护新装备、新技术、新工艺、新材料，推广采掘支机械化，大力发展煤矿机器人研发应用。
(3)因材施教，大力提升从业人员素质。国务院多部门已联合印发了《关于高危行业领域安全技能提升行动计划的实施意见》应急〔2019〕107号，各地区也已相继出台了安全技能提升行动计划的实施方案。要将顶板支护等操作岗位作为重点培训，煤矿企业要对顶板管理的负责人、施工现场的管理人、监督检查的安全人等系列“关键人”，分层级开展煤矿顶板安全相关理念、技术、管理及修制订的各项规定的培训工作，加大培训力度，提升培训成效。
[1] 黄玉治. 认真贯彻落实习近平总书记重要指示批示精神 切实加强汛期煤矿安全生产工作[R].北京：国家煤矿安全监察局，2020.
[2] 国家煤矿安监局事故调查司.2015、2016、2017、2018、2019年全国煤矿事故分析报告[R].北京：国家煤矿安全监察局.
[3] 新华网.中国煤矿事故及死亡人数大幅下降，2009.
http://www.gov.cn/jrzg/2009-09/03/content_1408241.htm
[4] 中国煤炭工业协会. 煤矿巷道锚杆支护技术规范[S]. 北京:中国煤炭工业协会, 2018.
[5] 康红普. 煤岩体地质力学原位测试及在围岩控制中的应用[M]. 北京: 科学出版社, 2013.
[6] 康红普，司林坡，苏波. 煤岩体钻孔结构观测方法及应用[J]. 煤炭学报,2010, 35(12): 1949-1956.
[7] 康红普，司林坡. 深部矿区煤岩体强度测试与分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2009, 28(7): 1312-1320.
[8] 董方庭. 巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M]. 北京: 煤炭工业出版社, 2001.
[9] 侯朝炯，勾攀峰. 巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究[J]. 岩石力学与工程学报,2000, 19(3): 342-345.
[10] 康红普，王金华，林健. 高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用[J],煤炭学报，2007, 32(12): 1233-1238.
Research on analysis and prevention countermeasures of coal mine roof accidents
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Du Longlong, Song Yimeng, Feng Yufeng . Research on analysis and prevention countermeasures of coal mine roof accidents [J].China Coal, 2020,46(10)∶50-54. doi:10.19880/j.cnki.ccm.2020.10. 008
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