采矿过程中顶板安全管理规范
一、前言
顶板安全是采矿过程中的重要危险源,如何管理好采矿作业面的顶板,预防冒顶事故的发生是每个采矿工作者义不容辞的职责。冒顶事故对矿井安全生产危害极大,因此,加强矿山顶板安全管理,科学预测、预防、预控井下工作面可能存在的顶板安全隐患,及时采取有效的防范措施很有现实意义。
二、顶板事故的表现形式
矿山的顶板岩体冒落事故,依其冒顶片帮的范围和伤亡人数,一般可分为大冒顶、局部冒顶、松石冒落三种。本文主要研究局部冒顶和松石冒落,并统称冒顶事故。
三、冒顶事故产生的原因
这类冒顶事故多发生在以下几种情况:在顶板比较破碎的工作面;在岩层层理、节理、断层比较发育易离层的工作面;在深矿井、超深矿井、爆破后顶板安全隐患排除不当的工作面。
冒顶事故的发生,一般与矿山地质条件、生产技术和组织管理等多方面因素有关。按事故分类统计资料,属于生产组织管理方面的原因占45.6%,属于物质技术方面的原因占44.2%,属于冒险作业等因素引起的事故仅占10.2%。
(一)、 生产组织管理方面
1、 采矿方法选择不合理
采矿方法选择不合理是引发冒顶事故的一个主要原因。据统计,某矿6年*发生9起采场冒顶事故,其中留下不规则矿柱空场法采场的事故占55.6%;房柱法采场的事故占33.3%;浅孔留矿法采场的事故占11.1%。
2、顶板支护方法不合理
采场工作面或大断面掘进,支护方法不合理或支护不及时,是导致冒顶事故的另一个主要原因。当工作面附近的顶板岩石比较破碎,构造比较发育时,支护方法不合理或支护不及时,极易造成顶板突然冒顶或片帮,引发事故。某矿发生的有人员伤亡的9次冒顶事故中,因支护方法不合理或支护不及时造成的有6次,占66.7%。
3、浮石处理不当
巷道内松石冒落多半发生在距工作面10米以内,采场内松石冒落多半发生在采场顶板并不太高的情况下。浮石处理不当,撬毛工技术不熟练,检查不周,疏忽大意甚至没有检查,是造成冒顶伤亡事故的原因之一。浮石处理不当所引起的伤亡事故,大多是由于浮石处理前对工作面顶帮缺乏全面细致的检查,以及浮石处理时站立的位置不当和排除工的技术不熟练等造成的。神农磷矿1991年6月19日顶板冒落事故就是因为当事人在处理顶板安全隐患时站立位置不当,顶板脱落时躲闪不及被砸伤的事故。虽然这几类顶板存在很大的安全隐患,但是也不是不可避免,顶板发生变化之前都有一定的预兆,无论是井下作业人员还是入井检查人员要认真观察顶板,进行危险辨识后,对存在隐患的顶板进行行之有效的处理方法,就可以确保安全的情况下进行巷道的掘进及矿石的回采。
4、防护用品使用不当
在矿井内工作时,由于没有正确使用防护用品而使冒顶事故扩大化的事例常有发生。1999年8月,上坑金矿某民工在上山口出碴时,由于安全帽没系带,低头时安全帽落下,正好被上山顶部顶板落下的一块浮石砸中头部而死亡。
5、人员管理跟不上
一是井下使用的新工人多,对井下作业环境不了解,又缺少安全知识技能的培训,新老交替衔接不上,不能及时有效地“敲帮问顶”而引发事故。宜昌福宜隧道建筑工程公司2007年8月8日的冒顶事故,就是由于新工没有经过安全教育上岗,当事人缺乏必要的安全知识,在进行锚杆支护处理顶板险岩时被冒落顶板砸伤,造成死亡事故。
二是井下管理人员对顶板管理不重视,没有行之有效的顶板管理办法和监督约束机制,以致顶板管理松懈,无人员伤亡的小冒顶事故不断,有人员伤亡的冒顶事故也就不可避免了。
三是冒险作业,受经济利益的驱动,矿山井下的险、累、脏活都由劳务工来做,且不少矿山撤消了井下专职排险工,井下排险作业一般由劳务工兼职。这些劳务工经常会出现冒险作业现象,并由此引发一些冒顶伤亡事故。某矿2000年6月就发生一次因劳务工在井下冒险作业,导致2人受轻伤的冒顶事故。
(二)、顶板自身结构差
1、破碎带顶板:在靠近断层、裂隙的岩性比较破碎,岩层层理、节理比较发育,影响生产的正常进行且容易出现安全事故,而且很容易给回采造成隐患。
2、大面积空顶顶板:由于地质条件的影响,造成工作面空顶区域。
3、伴有滴水顶板:很多切割的顶板伴有滴水,由于滴水的存在,致使顶板层与层之间的摩擦力逐渐变小,存在安全隐患。
4、页岩顶板:页岩顶板的显著特性是层状分布且脆而薄,层与层之间比较光滑,摩擦力较小,容易脱层。
5、采空区顶板:房柱法开采后形成了大量采空区,随时间推移,矿柱的岩体强度下降,采空区面积增大,造成部分矿柱因应力转移而使荷载增加,在外力作用下容易使矿柱发生连锁垮塌,并且大面积顶板容易在较短时间内冒落,对生产设施、人员造成很大的隐患。
四、顶板冒落前的预兆
在正常情况下,顶板冒落前都有预兆:
1、掉碴:顶板严重破裂时,折梁断柱就会增加,随着就出现顶板掉碴现象,掉碴越多,说明顶板压力越大,在这种情况下就会出现冒落。
2、片帮:冒顶前巷道或采区帮壁或矿柱所受压力增加,变得松软,片帮规模增大,次数增多。
3、裂缝:顶板的裂缝,一种是地质构造产生的自然裂隙,一种是由于巷道掘进过程中顶板下沉引起的采动裂隙,尤其是采空区采动裂隙更加明显。观察裂缝的经验是:流水的裂缝有危险,因为它深;缝里有黄泥、水锈的不危险,因为它是老缝;茬口新的有危险,因为它是新生的,如果这种裂缝加深加宽,说明顶板继续恶化易冒落。
4、脱层:顶板快要冒落的时候,问顶时往往有空音发出,出现这种现象顶板易脱落。
5、漏顶:破碎的伪顶或直接顶,在大面积冒项以前,有时因为木支护位置不当容易出现漏顶现象,漏顶如不及时处理,会使顶板岩继续冒落,造成没有声响的大冒顶。
五、防止顶板冒落事故的措施
1、冒顶危险试探
通过冒顶危险试探,对顶板隐患进行检查,发现有冒顶危险的区域,严禁作业人员进入作业。具体方法有:
a、木楔法:在裂缝中打入小木楔,这一段时间,如果出现木楔松动或夹不住了,说明裂缝在扩大,有冒顶危险。
b、敲帮问顶法:用大锤敲击顶板,声音清脆响亮的,表明顶板完好;发出空空或嗡嗡的声响时,表明顶板岩层已离层,如敲不下来,就用木支护在危险地方支起;如大面积空顶,又敲不下来,应把脱离的岩层压下来。
c、震动法:右手持撬棍,左手指尖扶顶板,用工具敲击时,如果感到顶板震动,即使听不到破裂声,也说明此岩石与整体顶板分离。
2、及时调整采矿工艺,保证合理的暴露空间和回采顺序,有效控制地压要加强矿井地质工作和采矿方法的实验研究,对原设计的采矿方法不断进行改进,找出适合本矿山不同地质条件下的高效安全的采矿方法,加大采矿强度,及时处理采空区。要控制好采场顶板的稳定性,必须要有一个合理的开采顺序,因此要合理确定相邻两组矿脉的回采顺序;要根据不同的地质条件和采矿方法,严格控制采场暴露面积和采空区高度等技术指标,使采场在地压稳定期间采完。
3、要加强顶板的检查、观测和处理,提高顶板的稳定性。顶板松石冒落往往是造成人员受伤的重要原因。对顶板松石的检查与处理,是一项经常性而又十分重要的工作,必须固定专人按规定的制度工作,才能确保顶板安全生产,防止松石冒落顶板事故发生。对一些危险性较大的采场,在技术、经济允许的条件下,应尽量采用科学方法观测顶板。目前国内较经济简便的观测手段有光应力计、地音仪及岩移观测等。要观测摸索不同岩石岩移的规律,科学地掌握顶板情况。对已发现的不稳定工作面顶板,要及时进行处理,并尽可能采用科学有效的措施(如喷锚支护等)防止冒顶事故发生。
4、科学合理地布置巷道及采场的位置、规格、形状和结构 要避免在地质构造线附近布置井巷工程,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、层里破碎带、泥化夹层等地质构造软弱面附近布置井巷工程。因为在这些地方布置的工程更易产生冒顶。如井巷工程必须通过这些地带,也应采取相应的支护措施或特殊的施工方案。井巷、采场的形状和结构要尽量符合围岩应力分布要求。因此,井巷和采场的顶板应尽量采用拱形。因为围岩的次生应力不仅与原岩应力和侧压系数有关,而且还与巷道形状有关。采用拱形形状时,施工难度不大且顶板压力不会太集中,顶板稳定性较好。
5、加强顶板管理,提高顶板管理的技术水平一是加强安全教育和安全技术知识的培训工作,提高各级安全管理人员的技术水平,树立“安全第一”的思想,遵章守纪,建立群查、群防、群治的顶板管理制度。在各工作面备有撬棍、大锤、木支护材料,设立专人或兼管人员具体负责各工作面的排险工作,设立警告标志,做好交接班制度等。二是结合矿山实际,总结顶板管理的经验教训,从地质资料的提供、井巷设计、井巷维护技术、施工管理,制订出一套完整的井巷施工顶板管理标准,为科学有效地管理顶板提供技术支持。
6、掌握正确的顶板隐患处理方法。作业人员要遵守正确的敲帮问顶程序,通过看、问、听、撬、支、压、撤等一系列的检查手段,了解和处理顶板安全隐患。例如:“一人照明、一人敲”、“先外后里,先两帮后中间”等等,对作业面顶板进行认真清理,打炮辅助人员在作业过程中认真注意观察顶板变化情况,发现隐患及时进行处理。大面积空顶区域,要认真敲顶,如撬不下来,就采用支护材料将危险区域支撑;如确实存在安全隐患,就要进行压顶处理或者停止作业。针对采空区采场,要对危险区域使用木滑尺,对其进行观察记录;对特危险采空区采场,要采用“三强”进行采矿;已经采完的空区要拉警戒线或者封闭。
