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煤巷冒頂事故的原因分析和防范對策

煤巷冒頂事故的原因分析和防范對策

1 概況

  付村煤業公司井田位于滕南煤田南部,設計生產能力為120萬t/a,主采3上和3下煤層,以綜采為主。三層煤直接頂板和底板為砂質泥巖,F=4~6;老頂為細砂巖,F=8~10。三層煤平均埋藏深度500m左右,煤體硬度F=1.0~2.0。

  自1998年礦井試生產以來,在回采巷道中廣泛采用了煤巷錨網支護技術,巷道一般設計為矩形,軌順和運順一般寬為4.2m,高為3.2m;切眼寬為7.2m,高為2.6m。其主要支護參數為:頂支護為掛菱形金屬網,鋪鋼梯,安裝大螺紋樹脂錨桿,鋼梯排距800~1000mm;錨桿間距760mm,排距800~1000mm,頂錨桿規格Φ20×2200mm。幫支護為掛菱形金屬網,安裝普通鋼筋錨桿,錨桿間距800mm,排距800~1000mm,錨桿規格Φ14×1600mm。

  自采用錨網支護技術以來,曾發生過兩次較大型冒頂事故,一是東二輔助采區皮帶巷道冒頂事故,二是3上205切眼冒頂事故。其中:在3上205切眼冒頂事故中死亡一人,對公司的安全生產工作造成不良影響。因此,我們對煤巷錨網支護技術結合付煤礦井實際進行研究、總結,對各項支護參數加以修正,使頂板隱患消滅在萌芽之中。

2 冒頂原因分析

2.1 冒頂特點

  從礦井發生的冒頂事故來看,煤巷錨網支護巷道的冒頂具有四個顯著特點,一是在進行巷道施工時,由于圍巖裂隙發育,出現局部片幫掉頂,頂幫不平整,造成部分錨桿托盤不能密貼壁面,支護質量明顯下降。二是冒頂前巷道圍巖顯示不穩定狀態的一些特征,如:煤炮頻率、巷道收斂變形速度不減等。三是冒頂的厚度及面積較大,兩起冒頂事故的冒頂面積皆在20m2以上,巷道冒頂長度皆在5m以上,冒頂厚度皆在2m以上,沒有出現錨桿被拉斷的現象。四是冒頂事故皆發生在一些特殊地點,如:斷層及圍巖破碎帶(3上205切眼,東二輔助采區皮帶巷)應力集中區、穿層巷道(東二輔助采區皮帶巷),巷道寬度較大(3上205切眼)。

2.2 原因分析

  巷道開鑿以后,當圍巖應力大于圍巖強度時,圍巖發生破裂,出現了圍巖松動圈,巷道處于不穩定狀態,必須進行人工維護。松動圈的大小與圍巖應力和圍巖強度密切相關,當巖性相同時,圍巖應力越大,松動圈越大;當圍巖應力相同時,圍巖強度越高,則松動圈越小,反之則大(松動圈厚度可用超聲波松動圈測試儀或者多點位移計測試出來)。為了保持巷道圍巖相對穩定性,根據圍巖松動圈厚度的不同,可采用不同的支護方式及支護強度。付村煤業公司煤巷錨網支護初始設計是基于中等松動圈(LP=0.4~1.5m)進行設計的。在一般巷道中,初始設計所提供的支護強度能夠滿足巷道安全要求,巷道處于穩定狀態。但當巷道受斷層、應力集中、巷道寬度增大等因素影響時,或圍巖強度降低,或圍巖應力增大,或二者兼而有之,出現了圍巖松動圈的進一步擴大。當圍巖松動圈厚度達到一定范圍時,特別是超出了錨桿的錨固范圍時,初始設計所提供的支護強度滿足不了巷道安全要求,巷道處于不穩定狀態。

  分析認為,付村煤業公司煤巷錨網支護巷道冒頂的根本原因在于當巷道施工后,由于受斷層、應力集中、巷道寬度增大等因素影響,造成巷道圍巖松動圈厚度大大增加,超出了錨桿錨固范圍,再則受當時技術手段(主要為監測手段)的制約,不能及時發現頂板安全隱患,導致了巷道頂板大面積、高厚度離層,釀成冒頂事故的發生。

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