大采高綜采工作面停采冒頂原因及預(yù)防對策

高玉龍

(大同煤礦集團(tuán) 馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 大同 037100)

綜采工作面的停采是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到采煤和支護(hù)的交叉作業(yè)，作業(yè)現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多，安全管控難度大，特別是大采高工作面停采，由于停采空間跨度較大，對頂板管控、設(shè)備管理、隊(duì)組協(xié)調(diào)配合要求更高，稍不注意就會發(fā)生冒頂事故。以忻州窯8105大采高工作面停采期間發(fā)生的冒頂事故為案例，通過現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)分析冒頂原因，結(jié)合同類型礦井類似經(jīng)驗(yàn)[1-3]，提出有效措施，以預(yù)防大采高工作面停采冒頂事故。

1 工作面概況

忻州窯8105工作面為大采高綜采工作面，開采煤層為12-2#層，平均傾角為5°，平均厚度5.20 m. 工作面為兩巷布置，皮帶巷兼進(jìn)風(fēng)、軌道巷兼回風(fēng)，通風(fēng)方式為“U”型通風(fēng)。工作面走向長度為587.5 m、傾向長度為210 m，共布置ZZ13000/28/60型液壓支架124架，采煤機(jī)型號為MG900/2360-WD，刮板輸送機(jī)型號為SGZ-1000/1400. 工作面南至12-2#層301盤區(qū)回風(fēng)巷，西部為8103已采工作面，東部為材料斜井及主斜井保護(hù)煤柱，北部為實(shí)體煤，工作面上覆51 m為7-4#層8103與8101工作面采空區(qū)間煤柱，對應(yīng)工作面80#—115#架。工作面直接頂為灰色細(xì)砂巖及砂質(zhì)頁巖互層，平均厚度1.7 m；基本頂為中粗砂巖，上部夾小層砂頁巖，平均厚度9.96 m. 工作面開采時(shí)間為2020年1—6月，設(shè)計(jì)停采位置為皮帶巷采位553 m處，軌道巷采位538 m處。

2 工作面停采支護(hù)設(shè)計(jì)

工作面停采設(shè)計(jì)高度4.2～4.5 m，擴(kuò)機(jī)道寬度為4.6 m，鋪網(wǎng)為雙層金屬網(wǎng)，停采支護(hù)設(shè)計(jì)為9排錨索，停采支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖見圖1，2. 其中第5排和第7排錨索規(guī)格為d21.8 mm×2 m，其余錨索規(guī)格為d21.8 mm×8 m. 另在每個(gè)支架前布置一根眼距為1.7 m的三眼走向梁，走向梁長4.4 m，采用d21.8 mm×8 m錨索配合支護(hù)。對7-4#層煤柱壓力影響區(qū)80#—115#架進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)：第5排和第7排錨索長度由2 m加強(qiáng)為8 m，錨索直徑不變；機(jī)道4.4 m走向三眼錨索吊梁錨索加強(qiáng)為12 m，錨索直徑不變。工作面兩端頭處用吊梁并支設(shè)堆柱加強(qiáng)頂板支護(hù)，當(dāng)端頭支架與煤壁間距大于2 m時(shí)需打“#”字木垛加強(qiáng)支護(hù)。具體為在兩巷超前20 m及端頭10 m范圍內(nèi)采用掛網(wǎng)施工錨索吊梁，錨索梁間距1 m，錨索規(guī)格為d21.8 mm×8 m，其中皮帶巷使用4.8 m三眼鋼梁，眼距1.8 m，軌道巷使用4 m三眼鋼梁，眼距1.2 m，確保停采后頭尾端頭各有4根吊梁上端頭支架頂梁。

圖1 8105工作面停采支護(hù)設(shè)計(jì)平面示意圖

圖2 8105工作面停采支護(hù)設(shè)計(jì)剖面示意圖

3 冒頂事故經(jīng)過

8105工作面機(jī)道擴(kuò)刷完畢后，在施工機(jī)道4.4 m走向梁過程中發(fā)現(xiàn)69#—102#架頂板掉渣并逐步下沉至溜槽上，對應(yīng)支架行程逐步降至0.2～0.6 m. 與此同時(shí)，69#—96#架機(jī)道內(nèi)頂板冒漏，從69#架機(jī)道內(nèi)觀察冒漏高度大于5 m，冒漏頂板為頁巖互層，從70#—95#架受金屬頂網(wǎng)及原機(jī)道停采支護(hù)影響，頂板冒漏后形成網(wǎng)兜塞滿機(jī)道，無法觀測上方高度，對應(yīng)溜槽受冒頂影響，電纜槽側(cè)已壓翻變形，無法啟動刮板輸送機(jī)。

4 事故原因分析

1) 對頂板巖性結(jié)構(gòu)掌握不清，導(dǎo)致支護(hù)設(shè)計(jì)不合理，錨索未能錨固在穩(wěn)定巖層中?，F(xiàn)場查看冒頂區(qū)上方頂板為頁巖互層，屬于不穩(wěn)定巖層，冒落區(qū)域錨索多數(shù)失效掉落，通過現(xiàn)場施工窺視孔測得頂板離層高度在距離頂板12 m左右的位置，而現(xiàn)場施工錨索長度以8 m為主，因此錨索未錨固在穩(wěn)定巖層中。

2) 對周期來壓規(guī)律掌握不清。雖然停采線與預(yù)測周期來壓位置有一定的距離，但現(xiàn)場礦壓觀測結(jié)果表明停采位置處于周期來壓影響區(qū)域?，F(xiàn)場查閱近一個(gè)月工作面來壓預(yù)報(bào)，預(yù)測最后一次來壓位置大致在皮帶巷544 m/軌道巷535 m附近，而現(xiàn)場頂板垮落當(dāng)天有頂板掉渣、悶墩聲等周期來壓現(xiàn)象。

3) 對上覆煤柱影響估計(jì)不足。工作面80#—115#架對應(yīng)上覆7-4#層煤柱，層間距51 m，并未提前采取減少應(yīng)力集中的措施，導(dǎo)致工作面69#—123#架頂板較破碎，現(xiàn)場在打第3排支護(hù)時(shí)曾在該區(qū)域注射馬麗散加固頂板。

4) 停采設(shè)計(jì)未考慮到偽頂對支護(hù)效果的影響。工作面有一厚度為0.4～0.7 m炭質(zhì)泥巖偽頂，停采期間隨采隨落，造成工作面在停采期間撤架通道均超高，現(xiàn)場實(shí)測撤架通道高度為4.8～5.5 m，部分地段支架接頂困難。

5) 對設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作不到位，設(shè)備老化嚴(yán)重，特別是支架工況較差，已使用5年未出井大修，立柱和油缸多為修復(fù)品，供液后達(dá)不到工作阻力，現(xiàn)場1/3支架停架后前探梁存在自降現(xiàn)象，導(dǎo)致支架不能及時(shí)有效地對頂板進(jìn)行支護(hù)。

5 預(yù)防停采冒頂對策

按照上述原因分析，從5個(gè)方面提出預(yù)防停采冒頂措施，確保工作面安全停采。

1) 預(yù)先探明頂板巖性,為停采支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。停采前要在計(jì)劃停采區(qū)域?qū)?yīng)順槽位置各施工一組探頂孔，探明停采區(qū)域頂板巖性結(jié)構(gòu)和巖性，為停采支護(hù)設(shè)計(jì)提供有力依據(jù)，探頂孔深度應(yīng)超過最長支護(hù)材料長度3～5 m，避免因頂板巖性情況掌握不明而導(dǎo)致支護(hù)不合理誘發(fā)的頂板災(zāi)害。

2) 科學(xué)分析周期來壓規(guī)律并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際修正。停采線位置的合理確定依賴于周期來壓規(guī)律的科學(xué)分析，一方面要借助計(jì)算機(jī)大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)，分析本工作面和相鄰工作面歷史礦壓觀測數(shù)據(jù)，找出較為精準(zhǔn)的周期來壓規(guī)律并對來壓位置進(jìn)行預(yù)測，繪制出來壓位置概率分布圖，將停采線布置在周期來壓發(fā)生概率較小的區(qū)域；另一方面要依據(jù)現(xiàn)場礦壓顯現(xiàn)情況及時(shí)調(diào)整停采線位置，最終將工作面停采線定在壓力顯現(xiàn)較小且頂板較完整的區(qū)域。

3) 進(jìn)行停采設(shè)計(jì)充分考慮偽頂及上覆煤柱影響。停采設(shè)計(jì)一方面要綜合考慮偽頂?shù)仍瓗r影響因素，依據(jù)鉆孔窺視數(shù)據(jù)，對停采區(qū)域圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評價(jià)，合理確定支護(hù)參數(shù)，確保錨桿錨索能錨固在穩(wěn)定巖層中；另一方面還要充分考慮是否受上覆煤柱應(yīng)力集中影響，如存在上覆煤柱要按照應(yīng)力分布規(guī)律確定煤柱應(yīng)力集中區(qū)，盡量將停采線避開應(yīng)力集中區(qū)，如果無法避開應(yīng)選擇影響范圍較小的區(qū)域并及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

4) 加強(qiáng)設(shè)備檢修保養(yǎng)力度，確保支架初撐力達(dá)標(biāo)。工作面停采前對設(shè)備進(jìn)行一次全面細(xì)致的檢修，確保停采期間不發(fā)生機(jī)電事故。針對部分礦井工作面支架服務(wù)年限較長，老化較為嚴(yán)重的問題，首先在停采前對所有支架工況進(jìn)行一次排查，對初撐力不能達(dá)標(biāo)的支架進(jìn)行重點(diǎn)檢修，確保支架初撐力全部達(dá)標(biāo)，做到“拉得走，支得住”。

5) 協(xié)調(diào)組織，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，確保正規(guī)有序作業(yè)。工作面停采涉及到多個(gè)部門交叉配合，變化作業(yè)與風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較多，安全風(fēng)險(xiǎn)管控難度較大，需要精心協(xié)調(diào)組織。一方面現(xiàn)場要設(shè)有專職管理人員，進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)；另一方面作業(yè)隊(duì)組要嚴(yán)格按措施正規(guī)有序作業(yè)，嚴(yán)把工程質(zhì)量關(guān)；最終通過發(fā)揮協(xié)同管理效能保證工作面安全停采。

6 結(jié) 語

大采高綜采工作面停采工作是一項(xiàng)施工環(huán)境危險(xiǎn)、工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜、作業(yè)人員眾多、安全管控難度較大的工程，但只要準(zhǔn)備工作充分，防范措施周全，就一定能夠?qū)崿F(xiàn)安全停采。介紹了忻州窯8105大采高工作面停采過程中發(fā)生冒頂事故的經(jīng)過，并對冒頂原因進(jìn)行分析，給出相應(yīng)的預(yù)防對策，以確保工作面安全停采。