試析工作面開切眼冒頂事故及修復

文/蒲會山

試析工作面開切眼冒頂事故及修復

文/蒲會山

在我國頂板事故中，掘進工作面冒頂事故所占比重較大。因此，分析煤礦掘進工作面冒頂事故的原因及防治措施，對煤礦安全生產有著重要的意義。潞安新疆煤化工集團有限公司二礦在分析E4105工作面開切眼冒頂事故原因的基礎上，提出了E4105工作面開切眼冒頂位置的聯合支護技術，保證了開切眼安全使用，避免了重新掘進開切眼所帶來的延長工作面投產時間、工作面采出率低、支護材料費用高等問題。

一、E4105工作面開切眼概況

E4105工作面為二礦上山采區最后一個工作面。設計走向長度743m，開切眼斜長為200.7m。采用機掘二次成巷方式。巷道斷面為近似矩形，第一次掘進寬度為4.3m，第二次擴幫 3.3m，切眼總寬為7.6m。掘進高度為 3.1m，凈高3.0m，巷道掘進斷面為23.56㎡，凈斷面為22.8㎡。采用錨網梁、錨索聯合支護。

頂板采用∮22×2500mm樹脂藥卷錨固的螺紋鋼錨桿支護，頂錨桿間排距為700mm×800mm，兩幫采用∮16×1600mm的樹脂藥卷錨固的圓鋼錨桿支護，幫錨桿的間排距為800mm×800mm，錨索長度為6300mm，采用∮15.24的鋼絞線，排距為1500mm，每排3根，間距為2000mm。錨桿、錨索布置見圖1，開切眼剖面圖見圖2。

圖1 錨桿、錨索布置圖

圖2 開切眼剖面圖

二、冒頂事故分析

E4105工作面在開切眼掘進完畢后，W4106回采工作面并未如期進行回撤，造成E4105工作面雖掘進結束但無設備及時安裝的局面。在開切眼掘進結束停留近半年的時間后，W4106回撤的設備才進行對其安裝，安裝工作進行至距回風順槽75m位置時，開切眼發生突然冒落。通過現場查勘，冒落區域呈倒梯形，最高冒落高度6m，最大冒落寬度7.8m，冒落長度15m，冒落區域較寬，整個切眼壓力較大，頂板明顯下沉，兩幫片幫嚴重，冒頂處的錨桿整體拉斷。具體原因分析如下：

1.冒頂區域處于水文異常區內。根據資料數據顯示，第三系底界面上60m存在A5水文異常區，主要位于工作面開切眼至下順槽137m范圍，下順槽距收作線68～174m及工作面內距下順槽39m范圍。

2.E4105工作面開切眼未及時安裝。E4105工作面開切眼在掘進結束后，因無安裝設備，停留近半年時間未進行安裝。由E4105工作面綜合水文地質平面圖可知，E4105工作面開切眼布置離斷層近，開切眼老塘側與斷層之間的間距僅有3～5m，由于開切眼的掘進使原巖應力受到破壞后，開切眼頂板形成懸臂梁，造成頂板上方應力集中，壓力增大。在切眼掘進的過程中，冒頂區出現過頂板來壓現象，頂板下沉量較大，也出現過錨桿偶爾被拉斷現象，可見巷道頂板壓力很大。在安裝過程中，打破了支撐平衡，原積聚的應力突然釋放，造成頂板冒落。

3.頂板巖性松軟。經過實際鉆探，開切眼頂煤厚3.0～3.5m，煤層頂板以上有一層厚度在0.2～0.5m的軟質泥巖，向上為砂礫巖層，結構較松散，膠結程度差，厚度在2.5～3.0m，再向上砂礫巖層膠結程度較好。根據實際鉆探結果可知，開切眼頂板層理發育，盡管掘進后頂板觀感良好，然而當錨桿支護遇有壓力后，極易產生離層受壓破碎，這給頂板下沉創造了條件。

4.煤質松軟。E4105工作面開切眼設計凈寬7.6m，由于煤質松軟，在開切眼掘進后即有壓力顯現，兩幫相對移近量較大，松軟的兩幫對頂板支撐力較小，掘進結束后長時間未進行安裝，開切眼頂板承受更大的壓力。

5.兩幫支護阻力不足。兩幫采用∮16×1600mm圓鋼錨桿支護，不能有效控制兩幫煤體初期變形，煤質松軟造成圓鋼錨桿的支護阻力小，即兩幫支護不能有效控制兩幫變形，在疊加支撐應力作用下，兩幫破碎區、塑性區范圍更大，兩幫對頂板的支撐作用更小。

三、修復措施

針對開切眼現場冒頂情況及生產地質條件，組織專業技術人員分析，采取相關補救措施，即修復冒頂區域，繼續使用原開切眼。具體修復方案為：

1．施工順序

（1）檢查從開切眼上、下口往外5m至冒頂區上、下邊緣所有單體支柱支護情況，在原有已達到初撐力的單體支柱基礎上加密打設單體支柱，及時更換失效的單體支柱，確保后路安全暢通。

（2）在冒落區靠開切眼下口老塘側有700mm×600mm的安全出口，由技術人員拿著特殊的長柄工具，站在出入口處的位置進行敲幫問頂，確保后路安全，逐步向冒頂區里推進，確保沒有浮動的煤矸，另指派一名有經驗的隊干或班組長負責觀察頂板及四周情況，發現異常，立即撤離冒落區，待無異常后方可再次進入冒頂區里繼續進行作業。進入冒落區后嚴禁大聲喧嘩，可打手勢聯絡。

（3）斜搭大板或用圓木將網頂起作為預警柱和臨時防護，將網下的煤矸石堆扒平，鋪設用扒鋦子緊固的方木，打設3根4.5m穿大鞋的單體支柱（如不夠高，打實體木垛），單體支柱上放鉸接梁，將網頂上去，柱子間距1.5m，梁子順開切眼打設，護住頂板；在網下的煤矸石堆上用方木打“#”字形臨時支護木垛，將網頂起并接實頂板，接頂時用大板接頂，將網向四周挑起，增大防護面積。

（4）繼續向下掛網，從木垛接頂處向四周打設1.6m錨桿、錨索（先打老塘側、開切眼下口側，維護至冒頂區進出口處，確保后路暢通，再打設煤壁側、開切眼上口側）。

（5）在施工人員能作業的地方水平打設2.4m長錨桿，錨桿上掛26B鏈子懸掛接力U鋼，接力U鋼排距1m，U鋼上鋪網、打木垛，在木垛頂上用大板接頂并探出護頂，增加護頂面積，嚴禁有空幫空頂現象。保證人員安全；U鋼架設至臨時支護木垛時再將木垛拆除，從下往上逐步推進。

（6）垂直冒落區內頂板打設錨索（先老塘側、下口側，后煤壁側、上口側），維護頂板。

（7）沿原開切眼頂板層位水平打設2.4m長錨桿，錨桿上掛26B鏈子懸掛接力U鋼，出渣后及時架設接力U鋼，每架設4～5架U鋼后，就在U鋼上打設木垛接頂，從下往上逐步推進。

2.施工參數

（1）接力U鋼排距1.0m，每個連接點固定不得少于三道卡欄，卡欄螺絲扭矩力不得小于190N·m。

（2） 護幫錨桿采用Φ16× 1600mm錨桿，扭矩力不得小于150N·m，施工角度75°；錨索必須垂直冒落后的頂板打設，間排距1.5m。

（3）第一層接力U鋼每根長3m，第二層接力U鋼每根長5m，每根U鋼一端鉆眼用于穿26B鏈子，兩層U鋼排距1m，第二層U鋼打設柱子，間距1.5m。

E4105工作面開切眼修復完畢后，在安裝機電設備期間和初采期間，開切眼壓力穩定，安全通過，節約了資金，贏得了投產時間，保證了礦井的正常接續。

四、結論

通過E4105工作面開切眼冒頂事故的原因分析及修復可知，在巷道位置選擇時，要避開應力集中區、水文異常區、地質構造區等，并在進行支護設計時要充分了解巷道圍巖地質力學條件，動態施工中逐步優化完成錨桿支護方案，確保煤巷錨桿支護參數合理、施工質量良好，避免開切眼冒頂事故的發生。

(作者單位：潞安新疆煤化工集團有限公司二礦)

(責任編輯：周瓊)