煤矿顶板等级及其在中国煤矿的应用分析

高强

摘要：煤矿在我国的能源结构中是一种非常重要的资源，属于不可再生的资源，也是我国能源占比的重要组成部分，煤矿始终占据着矿产资源的主要地位。但是另外一个方面，我国煤矿产业虽然具有长久的发展历史，但是在安全生产管理方面还存在着许多问题和安全隐患，我国的地质条件具备多样性和多变性的特点，所以在我们煤矿资源安全生产管理方面还存在着巨大的挑战和考验。顶板管理作为煤矿五大自然灾害之一，给煤矿安全生产带来了巨大的挑战。在煤矿实际发生的事故案例中，顶板事故造成了很多作业人员的伤亡。因此加强做好煤矿顶板防护工作尤为重要。

关键词：煤矿顶板，等级；应用；分析

1煤矿顶板等级简介

1.1煤矿顶板等级的形成

为克服各类岩体分类指标无法直接应用于煤矿的缺陷，CMRR由美国矿业局在30年前开始研究并发展起来，最初是为了克服岩体的地质特性与工程设计之间的差距，在南非科工委的RMR的基础上发展起来的，是通过统计分析大量的顶板控制的成功及失败的经验，最终将大量的岩体属性变量如围岩的抗压/抗剪强度、粗糙度、湿度敏感性等众多参数归结为一个简单且可重复使用的0~100范围内的CMRR值，以便一个不熟练的工程师也可以直接应用该参数进行矿井设计及安全管理。

1.2煤矿顶板等级的基础数据

煤矿顶板等级的基础数据最初来源于露天开采的边坡及地下开采的风桥、冒顶等实际揭露围岩的地方，后来采用测定钻孔岩芯的方法来获得无法通过实际揭露获取的相关参数。不管采用哪种方法，煤矿顶板等级测定的主要参数有：原岩的单轴抗压强度、层面及其他不连续面的密度（间距、延展性）、层面及其他不连续面的剪切强度（粘结力及粗糙度）、岩体的湿度敏感性。其他次要因素包括锚固范围内的坚硬岩层分布情况、锚固范围内的岩层数、地下水情况、上覆弱岩的附加荷载等。

1.3煤矿顶板等级基础数据测定

煤矿顶板等级计算所需的基础数据可以由钻孔岩芯通过实验测定获得，也可以采用井下揭露收集的数据。采用井下揭露收集计算煤矿顶板等级值所需的基础参数。目前，无论是采用井下揭露的观测数据还是采用顶板岩芯实测数据，煤矿顶板等级值均可以在CMRR软件中直接输入相关原始数据，并输出相应的计算结果，即CMRR等级值。

1.4煤矿顶板等级分类

煤矿顶板等级（CMRR）分类如下：CMRR＜45，软弱顶板；CMRR=45~65，中等顶板；CMRR＞65，稳定顶板。煤矿顶板等级值范围为0~100。根据美国的大量煤矿的调查统计数据，75%的煤矿的CMRR值为53，属于软弱或中等顶板。根据澳大利亚20世纪90年代末的煤矿工业的调查研究，在澳大利亚的常见范围是15~70，86%的长壁开采矿井的CMRR值为50，属于软弱或中等顶板。

2煤矿顶板等级在国内煤矿的适用性分析

2.1被调查的矿井类型有一定的局限性

一方面，被调查的矿井数及测点数均相对较少。尽管通过两对矿井，共11个测点的调查研究，基本说明了煤矿顶板等级在矿区的适用性，但中国煤矿众多，地质条件及管理条件的差异性很大，且煤矿顶板等级是在大量的统计数据的基础上得出的结论，因此，煤矿顶板等级及其相关结论推广到国内所有煤矿尚需进一步的调查研究工作。另一方面，煤矿顶板等级及其划分主要来源于国外开采缓倾斜煤层的矿井，对急倾斜煤层的研究相对较少，且被调查矿井也均为开采缓倾斜或倾斜煤层的矿井，因此，煤矿顶板等级及其相关结论推广到国内所有煤矿仍需进一步的调查研究工作。

2.2与国内煤矿顶板安全现状的差异

目前，国内，无论是国内其他省份的煤矿，顶板事故起数以及由于顶板事故导致的人员死亡数量均较大，与煤矿顶板等级在矿区的应用存在一定的差异。（1）国内煤矿顶板安全现状。据统计，从全球煤炭生产企业来分析，2012年，中国煤炭产量占全球煤炭产量的51.2%，但是，中国煤矿事故伤亡人数是全球煤矿事故伤亡人数的3倍。从全国的煤炭生产来分析，2000~2015年间，我国各类煤矿死亡事故35022起，死亡59626人，其中顶板事故发生数量最多，共18059起，死亡21308人，分别占同期全国煤矿事故起数与死亡人数的51.56%和35.74%。其中，2015年顶板事故起数占煤矿事故总起数的比例最低，为37.50%，2000年顶板事故死亡人数占煤矿事故总死亡人数的比例最低，为26.23%，顶板事故起数及死亡人数相对较多，且始终在各类煤矿事故起数及死亡人数中占有较高的份额。

（2）国内不同所有制煤矿企业顶板事故频度的差异。不同所有制煤矿企业的安全技术水平及管理水平的差异导致事故率不同。从中国煤炭企业性质来分析，仅2012年，全国共发生顶板事故366起，死亡459人，分别占当年全国煤矿事故起数及死亡人数的46.98%和33.16%，其中，乡镇煤矿发生259起，死亡313人，分别占顶板事故总量的70.8%和68.2%；国有地方煤矿发生54起，死亡75人，分别占14.7%和16.3%；国有重点煤矿发生53起死亡71人，分别占14.5%和15.5%。中国煤矿顶板事故多数发生于乡镇煤矿等中小煤矿企业，而中小煤矿顶板事故发生频次高、死亡人数多的主要原因在于顶板支护技术及管理水平相对较低。这也正是在国内需要针对不同区域，不同所有制类型的煤矿企业开展更多的关于煤矿顶板等级的研究的必要性。

（3）国内不同时期煤矿企业顶板事故频度的差异。在煤矿发展的不同时期，煤矿事故率也有所不同。2000~2015年间，全国煤矿事故起数在2002年达到最高值为4344起，死亡6995人，其中，顶板事故达2364起，死亡2766人，为2000~2015年之最，此后事故起数及伤亡人数均逐年递减。至2015年全国煤矿共发生死亡事故352起，死亡598人，其中顶板事故132起，死亡169人，分别占全国煤矿事故起数和死亡人数的37.50%和28.26%，顶板事故起数及伤亡人数仍在矿井事故总起数及伤亡总人数中占据较高的份额。从全国顶板事故发生起数和死亡人数所占比例来看，在2006年达到最高值，分别占全国煤矿总事故起数和死亡人数的55.45%和40.08%，此后逐年下降，顶板事故率在2015年达到最低，仍占全国煤矿事故起数和死亡人数的37.50%和28.26%。国内煤矿安全事故锐减的主要原因在于中小煤矿大量关闭停产和国家对煤矿安全监管力度的加强。经过十余年的不懈努力，我国煤矿安全形势逐步好转，据统计，在2016年，我国煤矿瓦斯事故死亡170人，冒顶事故89人，水害事故26人，运输事故47人，顶板事故死亡人数占各类事故死亡人数的26.81%，顶板事故造成的人员伤亡数量仍占较大份额。上述分析说明，国内煤矿顶板，尤其中小型煤矿的顶板安全技术及管理水平仍然亟待提升。

3结语

顶板管理是一项需要长期坚持的工作。要保证目前的工作不滑坡，并保持长期性和有效性，就必须建立长效的管理机制并进行考核，将顶板管理分解到每一位管理人员和基层班组人员，融入到日常工作中。同时加强对各级管理人员、职工的培训工作，让员工掌握工作标准，做到“做标准事、干放心活”。通过积极推广“五新”技术应用和支护改革，逐步提高机械化程度，从根本上消除不安全因素，以此来促进顶板管理工作的长期性、有效性和深入性，提高矿井的本质安全水平。

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