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煤巷冒顶事故的原因分析和防范对策

煤巷冒顶事故的原因分析和防范对策

1 概况

  付村煤业公司井田位于滕南煤田南部,设计生产能力为120万t/a,主采3上和3下煤层,以综采为主。三层煤直接顶板和底板为砂质泥岩,F=4~6;老顶为细砂岩,F=8~10。三层煤平均埋藏深度500m左右,煤体硬度F=1.0~2.0。

  自1998年矿井试生产以来,在回采巷道中广泛采用了煤巷锚网支护技术,巷道一般设计为矩形,轨顺和运顺一般宽为4.2m,高为3.2m;切眼宽为7.2m,高为2.6m。其主要支护参数为:顶支护为挂菱形金属网,铺钢梯,安装大螺纹树脂锚杆,钢梯排距800~1000mm;锚杆间距760mm,排距800~1000mm,顶锚杆规格Φ20×2200mm。帮支护为挂菱形金属网,安装普通钢筋锚杆,锚杆间距800mm,排距800~1000mm,锚杆规格Φ14×1600mm。

  自采用锚网支护技术以来,曾发生过两次较大型冒顶事故,一是东二辅助采区皮带巷道冒顶事故,二是3上205切眼冒顶事故。其中:在3上205切眼冒顶事故中死亡一人,对公司的安全生产工作造成不良影响。因此,我们对煤巷锚网支护技术结合付煤矿井实际进行研究、总结,对各项支护参数加以修正,使顶板隐患消灭在萌芽之中。

2 冒顶原因分析

2.1 冒顶特点

  从矿井发生的冒顶事故来看,煤巷锚网支护巷道的冒顶具有四个显著特点,一是在进行巷道施工时,由于围岩裂隙发育,出现局部片帮掉顶,顶帮不平整,造成部分锚杆托盘不能密贴壁面,支护质量明显下降。二是冒顶前巷道围岩显示不稳定状态的一些特征,如:煤炮频率、巷道收敛变形速度不减等。三是冒顶的厚度及面积较大,两起冒顶事故的冒顶面积皆在20m2以上,巷道冒顶长度皆在5m以上,冒顶厚度皆在2m以上,没有出现锚杆被拉断的现象。四是冒顶事故皆发生在一些特殊地点,如:断层及围岩破碎带(3上205切眼,东二辅助采区皮带巷)应力集中区、穿层巷道(东二辅助采区皮带巷),巷道宽度较大(3上205切眼)。

2.2 原因分析

  巷道开凿以后,当围岩应力大于围岩强度时,围岩发生破裂,出现了围岩松动圈,巷道处于不稳定状态,必须进行人工维护。松动圈的大小与围岩应力和围岩强度密切相关,当岩性相同时,围岩应力越大,松动圈越大;当围岩应力相同时,围岩强度越高,则松动圈越小,反之则大(松动圈厚度可用超声波松动圈测试仪或者多点位移计测试出来)。为了保持巷道围岩相对稳定性,根据围岩松动圈厚度的不同,可采用不同的支护方式及支护强度。付村煤业公司煤巷锚网支护初始设计是基于中等松动圈(LP=0.4~1.5m)进行设计的。在一般巷道中,初始设计所提供的支护强度能够满足巷道安全要求,巷道处于稳定状态。但当巷道受断层、应力集中、巷道宽度增大等因素影响时,或围岩强度降低,或围岩应力增大,或二者兼而有之,出现了围岩松动圈的进一步扩大。当围岩松动圈厚度达到一定范围时,特别是超出了锚杆的锚固范围时,初始设计所提供的支护强度满足不了巷道安全要求,巷道处于不稳定状态。

  分析认为,付村煤业公司煤巷锚网支护巷道冒顶的根本原因在于当巷道施工后,由于受断层、应力集中、巷道宽度增大等因素影响,造成巷道围岩松动圈厚度大大增加,超出了锚杆锚固范围,再则受当时技术手段(主要为监测手段)的制约,不能及时发现顶板安全隐患,导致了巷道顶板大面积、高厚度离层,酿成冒顶事故的发生。

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