重大沖擊地壓事故原因分析及防治措施

梁 敏

（霍州煤電集團豐峪煤業(yè)綜采隊，山西 霍州 031400）

霍州煤電集團豐峪煤業(yè)2235采煤工作面上平巷掘進頭處于2015年10月10日發(fā)生沖擊地壓事故，造成3人死亡3人重傷，事故破壞巷道82m。為防止該工作面沖擊地壓事故的再次發(fā)生，技術(shù)部門認(rèn)真分析了本次事故的發(fā)生原因，制定防治沖擊地壓的新措施，保障煤礦采掘安全。

1 概述

1.1 地質(zhì)條件

豐峪煤業(yè)隸屬霍州煤電集團，核定生產(chǎn)能力120萬t/a。2015年10月10該煤礦發(fā)生沖擊地壓事故，2235上平巷從2015年6月20日開始掘進施工，截至沖擊地壓事故日掘進平巷已推進施工480m，僅剩余18.0m貫通。2235工作面斜長130m，安裝有86組液壓支架?；局Ъ茴愋蜑閆F5400/17/28型放頂煤液壓支架，支架初撐力31.5MPa，工作阻力為5400kN（p=38.2MPa），支護強度大于0.8MPa；端頭支架ZFG5600/18/28型過渡放頂煤支架，上、下端頭各3架，支架初撐力31.5MPa，工作阻力為5600kN（P=38.2MPa），支護強度0.89MPa。2235工作面上、下順槽標(biāo)高為-840m、-920m，地面標(biāo)高為+128m。

1.2 沖擊地壓事故

該次沖擊地壓事故造成3人死亡3人重傷，摧毀巷道82m，巷道頂?shù)资湛s1.4～2.5m，兩幫收縮1.0～2.3m，迎頭以外30m處巷道高0.5m。2235上平巷全長498m，事故發(fā)生時完成掘進施工480m，僅剩余18.0m貫通。沖擊地壓發(fā)生前2235上平巷掘進迎頭正在進行最后一根錨桿的安裝作業(yè)，距離2235工作面160m。

2 沖擊地壓事故發(fā)生原因分析

2.1 煤層具有沖擊傾向性

對2235工作面所在煤層進行沖擊傾向性的鑒定，鑒定結(jié)果如表1所示。

從表1數(shù)據(jù)可知，2235工作面所處的四層煤具有強烈沖擊傾向，直接頂具有中等沖擊傾向性，這是該工作面發(fā)生沖擊地壓事故的重要依據(jù)。保護層開采完成后，對于2235工作面來講，2235下平巷位置正處于保護層應(yīng)力強烈釋放帶上，因此沒有發(fā)生沖擊地壓危險的可能；但是2235上平巷卻正好處于保護層應(yīng)力的恢復(fù)帶上，導(dǎo)致了2235上平巷圍巖應(yīng)力變高，為10月10日的沖擊地壓事故提供了基礎(chǔ)條件。

表1 沖擊傾向性鑒定結(jié)果表

2.2 斷層活化因素分析

（1）沖擊地壓力源分析

監(jiān)測結(jié)果表明本次沖擊地壓力源點標(biāo)為（3201，4304，-857），震源中心處在該掘進工作面前方10m四層煤底板下55m，距2235上平巷開采線150m。在該沖擊地壓力源點上有一F2斷層，該斷層長度119m、落差1.6m、傾角60°，貫穿于2235上平巷道，有一條正斷層貫穿掘進巷道，其走向垂直于上順槽，將該斷層命名為F2斷層。

（2）斷層活化發(fā)生沖擊地壓機理

煤體應(yīng)力和支承壓力在斷層活化前保持著臨界平衡，當(dāng)掘進施工至接近斷層時，微弱的采動都會影響到之間的平衡狀態(tài)，造成局部高應(yīng)力區(qū)承載力失效，從而就會導(dǎo)致斷層開始活化。斷層活化的類型主要有兩種：第一種為走向斷層及落差較小斷層，該類型斷層自身的最大承壓能力較小，工作面掘進期間隨采隨動，但是活化積聚的能力較小，無大能量釋放，不會發(fā)生破壞性沖擊地壓。第二種類型為傾向斷層及落差較大斷層，該類型斷層自身的最大承壓能力較大，當(dāng)其活化積聚的能量到達(dá)一定程度就會進行釋放，從而容易發(fā)生沖擊地壓事件。從斷層活化的原理來看，當(dāng)工作面推進至斷層區(qū)域時容易發(fā)生沖擊地壓事件，具體可見圖1所示。

圖1 斷層活化發(fā)生沖擊地壓機理原理圖

F2斷層長度119m、落差1.6m、傾角60°，屬于落差較大斷層，屬于能發(fā)生能量沖擊地壓最危險的地質(zhì)構(gòu)造。當(dāng)2235上平巷道掘進推進至F2附近時，造成了該斷層活化，實現(xiàn)較大能量的積聚，當(dāng)基礎(chǔ)條件達(dá)到時就會誘發(fā)沖擊地壓事故。從以上分析來看，F(xiàn)2斷層活化是誘發(fā)2015年10月10日沖擊地壓事故的主要力源，最后發(fā)生了災(zāi)難性的后果。

2.3 煤柱的存在形成強剪切帶

從2235面上平巷圖中可以看到，2235開采線上方有六層煤柱，為42m，總面積為9900m2。根據(jù)微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果，繪制了2235上平巷強剪切帶平面圖，如圖2所示。以六層煤柱為圓點向外擴散，其六層煤柱40m范圍內(nèi)皆為減壓帶，六層煤柱50～100m范圍內(nèi)皆為強剪切帶，六層煤柱40～120m范圍內(nèi)皆為增壓帶。在50～100m的區(qū)域內(nèi)，2235堅硬的頂板、底板和煤層的斷裂都能成為沖擊地壓發(fā)生的誘因。2235上平巷掘進頭正處于六層煤柱50～100m強剪切帶范圍內(nèi)，成為了沖擊地壓事故發(fā)生的最危險區(qū)域。

圖2 2235上平巷強剪切帶平面圖

2.4 2234工作面沉降不充分

該煤礦四層煤第一個綜放工作面為2234，處于2235工作面的上區(qū)段。地表沉降觀測數(shù)據(jù)顯示沉降量為0.75m，對于2233工作面的沉降量的2.55m，數(shù)據(jù)上小了1.8m。充分說明了2234工作面頂板上部的礫巖存在著沉降不完全的現(xiàn)象，同時還以多層懸臂梁的模式作用在2235上平巷的區(qū)域范圍內(nèi)。這也是本次沖擊地壓事故發(fā)生的原因。

3 沖擊地壓防治措施

該次沖擊地壓對巷道破壞較大，為防止沖擊地壓事故發(fā)生，研究制定了針對性防治措施。第一步：停止2235上平巷的掘進施工，貫通剩余18m煤柱。實施措施：在掘進頭平行布置兩個長10m鉆孔，進行爆破卸壓，現(xiàn)場施工第一個卸壓鉆孔時，鉆進5m煤粉量增大，鉆進困難并引發(fā)一次沖擊地壓，沖出煤粉15t左右。證明該區(qū)域范圍內(nèi)確實存有強剪切帶，這與上述分析一致。根據(jù)強剪切帶范圍，中區(qū)域是50～100m。第二步：在2235上平巷底板掘一條副巷，必須要采用大面積深孔爆破作業(yè)來對卸壓消除強剪切帶，然后再貫通掘進頭剩余的18m煤柱。大面積深孔爆破卸壓措施：四層煤頂板卸壓孔，孔長40m，仰角角度38°，垂直于四層煤；四層煤底板卸壓孔，孔間距2m，每個孔裝藥量20kg，每8個孔為一組起爆。

4 卸壓效果分析

2016年1月5日至2016年1月29日共打卸壓孔150個，裝藥量為3331kg，見表2所示。

表2 深孔爆破統(tǒng)計表

微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，本次大面積深孔爆破卸壓措施共釋放能量15.8×106J，此時對2235上平巷掘進頭應(yīng)力進行檢驗，煤粉量小于2.1kg/m，符合剩余18m煤柱進行貫通的應(yīng)力安全指標(biāo)。

5 結(jié)論

對霍州煤電集團豐峪煤礦2235采煤工作面發(fā)生的重大沖擊地壓事故進行原因分析，四煤層本身具有強烈沖擊傾向性、采深大、應(yīng)力高是發(fā)生沖擊地壓的必要條件。F2斷層的活化是主要的力源，2235上平巷掘進頭處于強剪切帶范圍內(nèi)也是事故發(fā)生的重要因素。針對本次沖擊地壓事故豐峪礦提出的防治沖擊地壓的新措施，卸壓效果表明該措施切實可行。