煤礦“頂板事故”可預報嗎
現代化的煤礦井架
透水、瓦斯爆炸、頂板冒落……在不斷發(fā)生的煤礦事故中，“頂板事故”這一字眼頻頻出現，由此造成的傷亡后果讓人觸目驚心。
北京市科委可持續(xù)發(fā)展科技促進中心工程師陳曉波表示:“頂板事故是指在井下采煤過程中，頂板意外冒落造成的人員傷亡、設備損壞、生產中止等事故，是煤礦生產中的主要災害之一。”
為減少煤礦生產中頂板事故造成的危害，實現“科技興安”，北京市科委設立科技項目“煤礦頂板管理系統(tǒng)研究”。近日，該課題順利通過驗收，目前該成果已經在北京昊華能源股份公司所屬的三家煤礦試運行，效果良好。
煤礦重大事故六成皆因巖層“頂板”
頂板并非指煤礦巷道內支護的橫梁，而是指煤層上部的巖層，在實際挖采工作中，隨著掘進工作面的不斷向前推進，頂板暴露面積也隨著加大，致使頂板經常出現彎曲、下沉、裂隙、掉渣、冒落等，極易造成生產停頓甚至人員傷亡的嚴重事故。
據北京昊華能源股份公司技術人員介紹，頂板事故發(fā)生有多方面原因。如地質因素，巷道圍巖松軟或極易風化；巷道通過斷層、褶曲等構造變動劇烈地帶，巖層破碎等。
設計不合理也會引發(fā)頂板事故，如巷道位置選擇不當，處于松軟巖層中；支護形式與結構不合理，不足以承受地壓等。
施工不當也是引發(fā)頂板事故的重要原因，如對巷道穿過松軟巖層缺乏準備；施工措施不當或錯誤；不是一次成巷，圍巖暴露時間過長，造成風化、松動，引起塌冒。
大面積的頂板在極短時間內冒落，不僅對回采工作面支護產生嚴重的破壞，而且把已采空間的空氣瞬時壓迫排出，形成狂風，對附近巷道甚至礦井破壞極大，極易造成人員傷亡。
技術人員指出，在煤礦生產中，頂板事故常常防不勝防，該事故發(fā)生的比例和頻率均居各類煤礦事故前列，煤礦生產中重大事故60%以上皆由頂板事故引起。
集成多種監(jiān)測手段可遠程控制
陳曉波介紹，國內外對頂板的監(jiān)測和管理大都采用單一指標的觀測及分析系統(tǒng)，觀測范圍有一定的局限性，因此建立一套綜合的煤礦頂板安全管理系統(tǒng)迫在眉睫。
為此，2006年北京市科委設立了科技項目“煤礦頂板管理系統(tǒng)研究”。課題組研發(fā)出了高應力沖擊災害電磁輻射監(jiān)測預警系統(tǒng)、區(qū)域性微震監(jiān)測系統(tǒng)、常規(guī)礦壓監(jiān)測系統(tǒng)；并完成了頂板管理各子系統(tǒng)軟件集成，包括頂板安全管理集成平臺、短信預警平臺、實時趨勢顯示平臺。
其中區(qū)域性微震監(jiān)測系統(tǒng)，可以提供監(jiān)測到的礦震信號和其它干擾信號的波形圖。具有自主知識產權的頂板隔層儀、壓力傳感器、數據采集儀及網絡通訊接口等設備，實現了井下現場數據顯示、報警以及監(jiān)測數據自動記錄存儲等功能。
煤礦頂板電磁輻射監(jiān)測預警系統(tǒng)，能采集數據并迅速處理，一旦有頂板異常情況，將及時報警，使正在作業(yè)的人員隨時掌握頂板的安全狀況。
陳曉波說，任何一臺有權限的電腦都可看到上傳的圖片和數據，從而實現信息查詢及瀏覽，并能集中發(fā)送預警信息，實現遠程控制。
已成功應用京西煤礦頂板安全監(jiān)測
“煤礦頂板管理系統(tǒng)”已應用到北京煤礦生產中。陳曉波解釋說，北京京西煤礦的煤層頂板具有分層厚度大、來壓步距大、來壓顯現強烈等特點，一旦頂板冒落及老頂來壓對礦井的安全生產構成極大的威脅。因此，對頂板進行監(jiān)測和安全管理極為重要。
北京昊華能源股份公司所屬的三家煤礦率先試運行，據其負責人介紹，頂板管理系統(tǒng)建立以來共對71個工作面進行了監(jiān)測，其中常規(guī)礦壓監(jiān)測了37個工作面、電磁輻射監(jiān)測了24個工作面、還監(jiān)測了10個綜采工作面，監(jiān)測預報準確率達到100%。
“項目應用后，因頂板事故造成的傷亡人數大幅下降。”陳曉波說，2003年至2005年，北京京西煤礦僅單柱壁式回采面就發(fā)生了4次頂板事故，但自從實施煤礦頂板管理系統(tǒng)在線監(jiān)測以來，所有監(jiān)測的工作面沒有再發(fā)生頂板傷亡事故。
在近日召開的項目驗收會議上，專家組認為，“煤礦頂板管理系統(tǒng)”課題組的研究成果在頂板災害監(jiān)測集成研究方面達到了國際領先水平，在我國眾多煤礦中具有廣闊的應用前景。
