近距煤層工作面回撤時冒頂事故分析及治理

邵永欣

（山西省晉神能源有限公司，山西忻州，036500）

綜采工作面回撤期間頂板圍巖失去支架支撐，易發(fā)生頂板事故，特別是近距離煤層工作面回撤，頂板圍巖薄且受二次采動影響承載能力差，更是容易發(fā)生頂板事故[1-3]。因此，本文針對近距離煤層綜采工作面回撤期間回采巷道頂板事故機理進行了研究，制定了工作面回撤期間巷道頂板圍巖控制措施，并針對磁窯溝煤礦11102綜采工作面回撤期間運輸巷發(fā)生大面積冒頂事故制定了治理方案，對于保證近距離煤層綜采工作面安全回撤和減少煤礦經(jīng)濟損失具有重要意義。

1 工程概況

磁窯溝煤礦11102回采工作面，東部為11103回采工作面（已形成、未回采），南部為10-2#煤層西輔運大巷，西部為11101回采工作面（已回采），北部為未開采的實體煤。11102 綜采工作面運輸巷、回風(fēng)巷內(nèi)錯于10202 綜采工作面5 m 布置，11102 主輔回撤通道與10202主輔回撤通道接近重疊布置，如圖1所示。

圖1 11102工作面布置示意圖

11102綜采工作面采高4 m，埋深為177 m，頂板為炭質(zhì)泥巖，裂隙發(fā)育，砂泥質(zhì)膠結(jié)，易冒落，平均厚度為5.5 m。

11102主回撤通道設(shè)計長度171 m，主輔回撤通道之間開設(shè)2個聯(lián)巷，聯(lián)巷長度20 m，主回撤通道設(shè)計采用型號為ZZ10000/22/44 垛式支架支護，共78 架。11102工作面與回撤通道末采貫通，連網(wǎng)結(jié)束、浮煤清理干凈后，開始設(shè)備回撤，工作面主要設(shè)備見表1。

表1 11102綜采工作面設(shè)備明細

工作面1#、2#支架已回撤，在回撤3#支架過程中，11102運輸巷124 m至134 m處頂板整體冒落，導(dǎo)致生產(chǎn)服務(wù)中心多功能車被掩埋，如圖2所示。

圖2 11102工作面冒頂區(qū)域示意圖

2 冒頂事故原因分析及預(yù)防措施

2.1 開采條件分析

由于11#煤層距10#煤層層間距平均為5.5 m，屬于極近距離煤層開采，因此，11102工作面頂板圍巖受上層10202 工作面開采影響，頂板圍巖內(nèi)部裂隙進一步發(fā)育，承載能力降低，且頂板巖性為炭質(zhì)泥巖，抗壓強度為7.8 MPa～33.7 MPa，易軟化破碎。

根據(jù)工作面機頭冒頂位置鉆孔測量和地質(zhì)說明書，冒頂區(qū)域巷道頂板圍巖厚度由平均厚度5.5 m減小至4.2 m，因此，頂板圍巖承載能力進一步降低，從而導(dǎo)致巷道發(fā)生冒頂事故。

圖3 冒頂區(qū)域巖層示意圖

2.2 巷道支護分析

11102 運輸巷設(shè)計巷寬5.4 m，巷高3.7 m，頂錨桿規(guī)格為φ 18×2 000 mm 圓鋼錨桿，間排距為1 000×1 000 mm，每排6根；錨索規(guī)格為φ 17.8×5 000 mm，間排距為2 000×2 000 mm，W 鋼帶型號為0.23×3/3.6 m，如圖4所示。

圖4 巷道支護示意圖

11102 綜采工作面端頭選用ZYT8000/24/50D 型端頭支架進行支護，機頭1#、2＃、3#支架為端頭支架，4#、5#支架為ZYG8000/24/50D型過渡液壓支架。11102工作面超前支護用DW45-250/110x 單體支柱支護，膠運巷采用雙排（局部單排）布置，間排距為1.2 m×1.2 m，支護長度為25 m。

由于冒頂區(qū)域頂板圍巖厚度減小為4.2 m，而錨索長5 m，導(dǎo)致錨索無法錨固在穩(wěn)定巖層，冒頂區(qū)域圍巖僅依靠錨桿支護作用，支護效果差。根據(jù)11102 運輸巷冒頂區(qū)域觀測，在11102 綜采工作面與主回撤通道貫通時，工作面機頭區(qū)域采空區(qū)頂板未充分垮落，頂板壓力較大，機頭采空區(qū)切頂單體支柱被壓彎失效，且在回撤支架過程中，未在巷口進行補強支護。因此，隨著支架的回撤，機頭位置頂板懸頂面積增加，機頭采空區(qū)內(nèi)頂板垮落帶動運輸巷內(nèi)頂板發(fā)生區(qū)域整體性冒落。

2.3 巷道冒頂預(yù)防措施

根據(jù)冒頂事故原因分析可知，11102 運輸巷冒頂區(qū)域頂板圍巖厚度減小，受上層10#煤層采動影響加劇，且頂板厚度小于錨索長度，導(dǎo)致冒頂區(qū)域頂板支護強度不足，此外，末采及回撤期間未對采空區(qū)頂板形成有效切頂，綜合上述原因最終導(dǎo)致11102 工作面回撤期間運輸巷發(fā)生冒頂事故。

預(yù)防近距離煤層工作面巷道發(fā)生冒頂事故措施：

（1）應(yīng)做好地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作，加強對頂板圍巖變化的探測，為工作面支護設(shè)計提供依據(jù)。

（2）要對頂板圍巖厚度減小和存在地質(zhì)構(gòu)造的區(qū)域及時采取架棚方式進行補強支護，同時，對于頂板破碎區(qū)域可采取注漿加固方式提升頂板圍巖承載能力。

（3）末采期間要確保采空區(qū)頂板充分垮落，可以對頂板錨桿錨索采取退錨，同時要加強切頂柱和巷道口的支護強度，確保切頂效果。

3 巷道冒頂治理措施

3.1 前期準備工作

（1）補強支護

為防止頂板再次發(fā)生冒落，保證作業(yè)安全，需及時對11102膠運巷冒頂區(qū)域附近巷道進行補強支護。對11102 膠運巷110 m～124 m 此段巷道采用工字鋼單體架棚支護，棚間距0.5 m，鋼梁上方采用道木、木墊板背實。頂梁采用11#礦用工字鋼，支護形式為一梁四柱，要求中間兩根單體間距不小于4 m，保證行車寬度。

（2）安設(shè)風(fēng)機

在11102膠運順槽90 m處安設(shè)2臺氣動風(fēng)機（1用1備），保證11102膠運順槽冒落區(qū)域風(fēng)量不小于70 m3/min，氣體濃度符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，同時做好有害氣體監(jiān)測工作，防止上層采空區(qū)有害氣體傷人。

（3）注馬麗散前期準備工作

注馬麗散的前期準備工作包括風(fēng)管安裝、對接，安裝打眼鉆機，施工注馬麗散孔及馬麗散運輸、倒料等。

11102 膠運順槽110 m～124 m 處及輔回撤通道口三角區(qū)頂板錨索安裝錨索防彈器，避免處理冒頂期間錨索彈出傷人。

3.2 處理冒頂工作流程

（1）11102 膠運順槽架棚完成后，確保棚架可靠、頂板背時，單體支護有效、通道安全的前提下，對11102膠運順槽冒落區(qū)域向采空區(qū)方向沿頂板施工鉆桿，設(shè)計鉆孔深度為6 m，每400 mm施工一組，直到頂板鉆桿施工完成后開始注射馬麗散。注射要求采用多孔少注，注馬麗散時先觀察漏頂區(qū)域兩側(cè)情況，杜絕出現(xiàn)浮煤與多功能車粘連現(xiàn)象，嚴禁空頂作業(yè)。

（2）注馬麗散形成假頂后，采用防爆裝載機開始清理浮煤，每清理0.5 m施工一組單體工字鋼棚，單體棚頂梁為11#礦用工字鋼，一梁四柱，并在頂梁上采用道木或木板背實，避免出現(xiàn)漏矸現(xiàn)象。頂棚中間兩根單體間距不得小于4 m，保證行車寬度，架設(shè)單體棚時單體三用閥一律朝向采空區(qū)方向。

（3）待架棚施工4 m 后，繼續(xù)向11102 膠運順槽漏頂區(qū)域施工鉆桿，與上一組鉆桿交叉布置，并注射馬麗散，施工要求與上一組相同，當現(xiàn)場發(fā)生變化時施工參數(shù)根據(jù)實際情況進行適當調(diào)整。單體棚架設(shè)至11102主回撤通道側(cè)，保證通道暢通，順利將多功能車拽出。

圖5 巷道區(qū)域治理示意圖

（4）當浮煤清理完成后，開始安設(shè)絞車進行拖拽多功能車，拖拽多功能車時，必須由專人指揮，絞車司機要在安全地點操作絞車，嚴禁蠻干，防止斷繩傷人。在保證架棚區(qū)域安全的情況下方可拖拽多功能車。

（5）為保證工作面支架回撤順利，必須用風(fēng)鎬起底，起底深度滿足支架回撤高度即可，嚴禁用爆破起底。

（6）為保證其它通道安全，對11102主輔回撤通道間三個聯(lián)巷架設(shè)單體棚，支護范圍為主回撤通道側(cè)向聯(lián)巷5 m 范圍內(nèi)，頂梁為11#礦用工字鋼，棚間距1 m，一梁四柱。

4 結(jié)語

（1）通過對工作面巷道冒頂機理進行分析認為，11102 運輸巷冒頂區(qū)域頂板圍巖厚度減小和末采、回撤期間未對采空區(qū)頂板形成有效切頂，是導(dǎo)致11102工作面回撤期間運輸巷發(fā)生冒頂事故主要原因。因此，要加強對頂板圍巖變化的探測，對頂板圍巖厚度減小和存在地質(zhì)構(gòu)造的區(qū)域及時采取架棚方式進行補強支護，末采期間可以對頂板錨桿錨索采取退錨，同時要加強切頂柱和巷道口的支護強度，確保切頂效果。

（2）對冒頂區(qū)域可采取注馬麗散的方式進行加固，然后清理浮煤，每清理0.5 m施工一組單體工字鋼棚，單體棚頂梁為11#礦用工字鋼，一梁四柱，并在頂梁上采用道木或木板背實。

（3）通過現(xiàn)場及時采取治理措施，在5天內(nèi)完成了冒頂區(qū)域巷道貫通，將被埋多功能車安全清出，并對冒頂區(qū)域頂板進行了有效支護，確保了11102 綜采工作面的順利回撤，為礦井挽回了巨大的經(jīng)濟損失。