一起綜采工作面壓架事故的原因分析

徐義勇

（和生企業(yè)管理咨詢（上海）有限公司，上海 200120）

一起綜采工作面壓架事故的原因分析

徐義勇

（和生企業(yè)管理咨詢（上海）有限公司，上海 200120）

摘要：從礦業(yè)地質(zhì)條件、撤架時(shí)的巷道布置和支架選型方面對(duì)發(fā)生在國(guó)內(nèi)某礦綜采工作面的一起壓架事故進(jìn)行了分析，根據(jù)事故特點(diǎn)提出了預(yù)防壓架事故的建議措施，為防止類似事故發(fā)生提供借鑒。

關(guān)鍵詞：壓架事故；采高法；巖石容重法

1　事故背景

國(guó)內(nèi)某煤礦，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力5.00 Mt/a，采用斜井開(kāi)拓方式，事故綜采工作面長(zhǎng)度為240 m，回采高度為2.2m～5.5 m，平均采高3.6m。采煤機(jī)為MG800/2040-WD型，支架為ZY10500/26/55D型支撐掩護(hù)式液壓支架。地層厚度為104.62 m～238.09m，平均厚度為186.26m，區(qū)內(nèi)煤層分述如下：

Ⅰ號(hào)煤層：該煤層位于延安組上巖段（J1-2Y3）的中部，煤層厚度0.25m～7.80m，平均2.62m。局部含夾矸0-3層，厚度為0.20 m～1.40 m，平均厚度為0.54m。煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但厚度變化較大，為較穩(wěn)定的大部可采煤層。

Ⅱ號(hào)煤層：該煤層位于延安組上巖段（J1-2Y3）的中下部，煤層厚度0.25m～3.90m，平均1.09m，為不穩(wěn)定的局部可采煤層。與Ⅰ號(hào)煤層間距為7.20 m～ 25.82m，平均為16.86m。

Ⅲ號(hào)煤層：該煤層位于延安組中巖段（J1-2Y2）的頂部，煤層厚度0.30 m～8.65 m，平均3.61 m。含1-4層夾矸，厚度為0.14m～1.60m。該煤層屬較穩(wěn)定的大部可采煤層。煤層頂板巖性主要為砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖，局部為粗粒砂巖，底板為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、中砂巖。與Ⅱ號(hào)煤層間距為9.65m～57.66m，平均33.67 m。

2　事故經(jīng)過(guò)

2015年5月，Ⅲ號(hào)煤301綜采工作面進(jìn)入末采，礦方為了該采面順利撤架，在采面推進(jìn)方向先期分別施工了主、副回撤通道，并在主、副回撤通道間施工了三個(gè)聯(lián)絡(luò)巷，見(jiàn)圖1。

圖1　綜采面布置示意圖

2015年5月25日，當(dāng)綜采工作面在臨近與主回撤通道貫通時(shí)，突然出現(xiàn)了頂板強(qiáng)烈來(lái)壓，造成工作面大面積冒頂及回撤通道垛式支架被壓死，回撤通道及各個(gè)聯(lián)絡(luò)巷出現(xiàn)嚴(yán)重的片幫及底鼓現(xiàn)象。其中綜采面支架130號(hào)到100號(hào)、35號(hào)到8號(hào)均為冒頂嚴(yán)重區(qū)，冒頂高度在2.5 m以上。約10日后，綜采面與主回撤通道貫通后，頂板壓力進(jìn)一步加聚，導(dǎo)致60多架液壓支架被埋，在工作面機(jī)尾支架97號(hào)到99號(hào)之間，冒頂高度達(dá)10 m以上，礦方對(duì)冒頂處用抬棚、鋼梁架成棚子，上方用風(fēng)筒布鋪底，用羅克休和馬麗散充填，形成人工假頂，采取以上安全措施后，對(duì)被埋支架進(jìn)行了搶挖，最后剩20余架沒(méi)有被挖出，這起壓架事故造成直接經(jīng)濟(jì)損失約1 000萬(wàn)元。

3　事故原因分析

此次壓架事故原因復(fù)雜，根據(jù)壓架事故現(xiàn)場(chǎng)情況和所收集的相關(guān)資料分析認(rèn)為，主要由礦井復(fù)雜的地質(zhì)條件、撤架時(shí)的巷道布置、支架選型等多方面因素綜合造成。具體分析如下：

1）礦井現(xiàn)主采煤層為Ⅰ、Ⅲ號(hào)煤，其中Ⅲ號(hào)煤頂、底板巖石主要為砂質(zhì)泥巖及泥巖，局部為粗砂巖及細(xì)砂巖。地質(zhì)報(bào)告對(duì)其頂板以上30 m至底板以下20m進(jìn)行巖石采樣工作，并進(jìn)行了巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。按巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度分級(jí)：小于30 MPa為軟弱的，30 MPa～60 MPa為半堅(jiān)硬的，大于60MPa為堅(jiān)硬的。從試驗(yàn)結(jié)果總體看，各類巖石抗壓強(qiáng)度小于30 MPa的占96%，30 MPa～60 MPa的占4%。砂質(zhì)泥巖類軟化系數(shù)在0.03～0.58之間。綜上所述，事故工作面頂?shù)装逯饕攒浫鯉r石為主，砂質(zhì)泥巖遇水易軟化，在工作面推進(jìn)到應(yīng)力集中區(qū)域，造成頂板破碎，先漏冒，繼而大面積冒落，頂板維護(hù)難度大。

2）301綜采工作面為該礦Ⅲ號(hào)煤層首采工作面，在該煤層上面平均距離約40 m為Ⅰ號(hào)煤層，該煤層目前已被全部采空。在301綜采工作面上部為101和103采空區(qū)。這兩個(gè)采空區(qū)的停采線均較301綜采面停采線超前。301綜采面采空區(qū)老頂冒落，致上部Ⅰ號(hào)煤采空區(qū)原冒落頂板下陷，在主、副回撤通道形成應(yīng)力集中帶，表現(xiàn)為301綜采面和回撤通道頂板來(lái)壓強(qiáng)烈，造成大面積壓垮性冒頂，致使綜采面及回撤通道支架被壓。

表1　冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶最大高度的經(jīng)驗(yàn)公式［1］

根據(jù)表1公式可確定該工作面頂板冒落帶和裂隙帶的高度。

根據(jù)該工作面頂板巖石抗壓強(qiáng)度和煤層特征，最大采高M(jìn)為5.5m，則：

通過(guò)上面計(jì)算，該面正常冒落帶為22 m，裂隙帶高度約為83 m，但當(dāng)301綜采工作面與主回撤通道貫通停采后，在停采工作面形成應(yīng)力集中帶，由于該工作面煤層直接頂為軟弱類頂板，在部分支架上方冒頂達(dá)10m之多，在冒頂區(qū)域，當(dāng)老頂來(lái)壓時(shí)，冒落帶高度可達(dá)60 m，也致上部Ⅰ號(hào)煤采空區(qū)原冒落頂板下沉，形成的頂板壓力負(fù)荷已遠(yuǎn)超支架選型時(shí)所考慮的支護(hù)強(qiáng)度。

該工作面支架支護(hù)強(qiáng)度分別按采高法和巖石容重法［2］驗(yàn)算如下：

①按照采高法確定支護(hù)強(qiáng)度qd

qd=K1×H×γ×10-2=8×15.5×2.5×10-2=3.1 MPa.

式中：K1為作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，一般取6～8，大采高取8；H為工作面采高5.5 m，冒頂高度10m，H取15.5m；γ為巖石容重，取2.5 t/m3.

②巖石容重法確定支護(hù)強(qiáng)度

通過(guò)采高法和巖石容重法計(jì)算，存在10m冒頂情況下，頂板來(lái)壓支架需要承受的最大壓力為3.1MPa，而該礦工作面的支架型號(hào)為ZY10500/26/ 55D型，最大支護(hù)強(qiáng)度為1.05 MPa，這就不難理解為什么工作面大量支架在頂板破碎區(qū)，出現(xiàn)冒頂后，頂板再次來(lái)壓，大量支架被壓死。

3）工作面和回撤通道支架選型計(jì)算沒(méi)有充分考慮上部煤層采高，對(duì)上部采空區(qū)的頂板下陷壓力估計(jì)不足。

4）上、下鄰近煤層采面停采線設(shè)置不合理，下部采區(qū)的停采線應(yīng)超前上部采空區(qū)。

5）在頂板壓力較大地區(qū)，此撤架方案中主、副通道設(shè)置不合理。在頂板壓力較大情況下，在主、副撤架通道區(qū)域形成了應(yīng)力集中區(qū)，巷道難以維護(hù)。

4　預(yù)防建議

1）工作面在遇頂板破碎帶時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)頂板維護(hù)，對(duì)漏冒區(qū)及時(shí)充填羅克休和馬麗散材料，鋪設(shè)人工假頂，防止頂板再次垮冒。

2）礦方應(yīng)加強(qiáng)開(kāi)采區(qū)的地質(zhì)勘探，進(jìn)一步摸清Ⅲ號(hào)煤的圍巖特點(diǎn)，準(zhǔn)確預(yù)計(jì)Ⅲ號(hào)煤層頂板的“三帶”高度。

3）合理設(shè)置上、下鄰近煤層采面的停采線。建議Ⅲ號(hào)煤停采線應(yīng)超前上部Ⅰ號(hào)煤設(shè)置，建議內(nèi)錯(cuò)距離增加至15 m以上，避免形成應(yīng)力集中區(qū)。

4）進(jìn)一步優(yōu)化撤架方案。在頂板壓力大的情況下，設(shè)置主、副撤架通道不合理，易形成應(yīng)力集中帶，致使巷道難以維護(hù)。建議改變撤架路線。

5）支架選型計(jì)算應(yīng)充分考慮上部鄰近煤層采空區(qū)對(duì)頂板壓力的影響。

6）在頂板壓力較大區(qū)域，應(yīng)改變工字鋼+錨網(wǎng)巷道支護(hù)形式。應(yīng)選擇抗壓能力更強(qiáng)的支護(hù)形式，如對(duì)高應(yīng)力軟巖巷道采取錨網(wǎng)噴+U型鋼+注漿的支護(hù)方式。

7）綜采面在回采結(jié)束后，應(yīng)盡快完成撤架，在45 d內(nèi)進(jìn)行永久封閉。

參考文獻(xiàn)：

［1］煤炭工業(yè)部.礦井水文地質(zhì)規(guī)程［S］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1984.

［2］ 郭朋星.大采高液壓支架選型及適應(yīng)分析［J］.煤炭技術(shù)，2010（12）：4-5.

（編輯：楊鵬）

中圖分類號(hào)：TD355.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5050（2016）03-014-03

DO I：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.06.004

收稿日期：2015-11-23

作者簡(jiǎn)介：徐義勇（1973-），男，安徽霍山人，碩士，工程師，從事礦山風(fēng)險(xiǎn)管理與咨詢。

Cause Analysis on Support Crushing Accident of Fully-mechanized M ining Face

XU Yiyong
（Hesheng Management Consulting Co.，Ltd.，Shanghai200120，China）

Abstract：In termsofgeological condition，roadway layoutduring supportwithdrawing，and support selection，the paper analyzes a support crushing accident of a fully-mechanized mining face in amine in China.According to the accident features，prevention measures are proposed to afford lessons for the similar accidents.

Keywords：support crushingaccident；mining-heightmethod；rock bulk densitymethod