文/蒲会山

试析工作面开切眼冒顶事故及修复

文/蒲会山

在我国顶板事故中，掘进工作面冒顶事故所占比重较大。因此，分析煤矿掘进工作面冒顶事故的原因及防治措施，对煤矿安全生产有着重要的意义。潞安新疆煤化工集团有限公司二矿在分析E4105工作面开切眼冒顶事故原因的基础上，提出了E4105工作面开切眼冒顶位置的联合支护技术，保证了开切眼安全使用，避免了重新掘进开切眼所带来的延长工作面投产时间、工作面采出率低、支护材料费用高等问题。

一、E4105工作面开切眼概况

E4105工作面为二矿上山采区最后一个工作面。设计走向长度743m，开切眼斜长为200.7m。采用机掘二次成巷方式。巷道断面为近似矩形，第一次掘进宽度为4.3m，第二次扩帮 3.3m，切眼总宽为7.6m。掘进高度为 3.1m，净高3.0m，巷道掘进断面为23.56㎡，净断面为22.8㎡。采用锚网梁、锚索联合支护。

顶板采用∮22×2500mm树脂药卷锚固的螺纹钢锚杆支护，顶锚杆间排距为700mm×800mm，两帮采用∮16×1600mm的树脂药卷锚固的圆钢锚杆支护，帮锚杆的间排距为800mm×800mm，锚索长度为6300mm，采用∮15.24的钢绞线，排距为1500mm，每排3根，间距为2000mm。锚杆、锚索布置见图1，开切眼剖面图见图2。

图1 锚杆、锚索布置图

图2 开切眼剖面图

二、冒顶事故分析

E4105工作面在开切眼掘进完毕后，W4106回采工作面并未如期进行回撤，造成E4105工作面虽掘进结束但无设备及时安装的局面。在开切眼掘进结束停留近半年的时间后，W4106回撤的设备才进行对其安装，安装工作进行至距回风顺槽75m位置时，开切眼发生突然冒落。通过现场查勘，冒落区域呈倒梯形，最高冒落高度6m，最大冒落宽度7.8m，冒落长度15m，冒落区域较宽，整个切眼压力较大，顶板明显下沉，两帮片帮严重，冒顶处的锚杆整体拉断。具体原因分析如下：

1.冒顶区域处于水文异常区内。根据资料数据显示，第三系底界面上60m存在A5水文异常区，主要位于工作面开切眼至下顺槽137m范围，下顺槽距收作线68～174m及工作面内距下顺槽39m范围。

2.E4105工作面开切眼未及时安装。E4105工作面开切眼在掘进结束后，因无安装设备，停留近半年时间未进行安装。由E4105工作面综合水文地质平面图可知，E4105工作面开切眼布置离断层近，开切眼老塘侧与断层之间的间距仅有3～5m，由于开切眼的掘进使原岩应力受到破坏后，开切眼顶板形成悬臂梁，造成顶板上方应力集中，压力增大。在切眼掘进的过程中，冒顶区出现过顶板来压现象，顶板下沉量较大，也出现过锚杆偶尔被拉断现象，可见巷道顶板压力很大。在安装过程中，打破了支撑平衡，原积聚的应力突然释放，造成顶板冒落。

3.顶板岩性松软。经过实际钻探，开切眼顶煤厚3.0～3.5m，煤层顶板以上有一层厚度在0.2～0.5m的软质泥岩，向上为砂砾岩层，结构较松散，胶结程度差，厚度在2.5～3.0m，再向上砂砾岩层胶结程度较好。根据实际钻探结果可知，开切眼顶板层理发育，尽管掘进后顶板观感良好，然而当锚杆支护遇有压力后，极易产生离层受压破碎，这给顶板下沉创造了条件。

4.煤质松软。E4105工作面开切眼设计净宽7.6m，由于煤质松软，在开切眼掘进后即有压力显现，两帮相对移近量较大，松软的两帮对顶板支撑力较小，掘进结束后长时间未进行安装，开切眼顶板承受更大的压力。

5.两帮支护阻力不足。两帮采用∮16×1600mm圆钢锚杆支护，不能有效控制两帮煤体初期变形，煤质松软造成圆钢锚杆的支护阻力小，即两帮支护不能有效控制两帮变形，在叠加支撑应力作用下，两帮破碎区、塑性区范围更大，两帮对顶板的支撑作用更小。

三、修复措施

针对开切眼现场冒顶情况及生产地质条件，组织专业技术人员分析，采取相关补救措施，即修复冒顶区域，继续使用原开切眼。具体修复方案为：

1．施工顺序

（1）检查从开切眼上、下口往外5m至冒顶区上、下边缘所有单体支柱支护情况，在原有已达到初撑力的单体支柱基础上加密打设单体支柱，及时更换失效的单体支柱，确保后路安全畅通。

（2）在冒落区靠开切眼下口老塘侧有700mm×600mm的安全出口，由技术人员拿着特殊的长柄工具，站在出入口处的位置进行敲帮问顶，确保后路安全，逐步向冒顶区里推进，确保没有浮动的煤矸，另指派一名有经验的队干或班组长负责观察顶板及四周情况，发现异常，立即撤离冒落区，待无异常后方可再次进入冒顶区里继续进行作业。进入冒落区后严禁大声喧哗，可打手势联络。

（3）斜搭大板或用圆木将网顶起作为预警柱和临时防护，将网下的煤矸石堆扒平，铺设用扒锔子紧固的方木，打设3根4.5m穿大鞋的单体支柱（如不够高，打实体木垛），单体支柱上放铰接梁，将网顶上去，柱子间距1.5m，梁子顺开切眼打设，护住顶板；在网下的煤矸石堆上用方木打“#”字形临时支护木垛，将网顶起并接实顶板，接顶时用大板接顶，将网向四周挑起，增大防护面积。

（4）继续向下挂网，从木垛接顶处向四周打设1.6m锚杆、锚索（先打老塘侧、开切眼下口侧，维护至冒顶区进出口处，确保后路畅通，再打设煤壁侧、开切眼上口侧）。

（5）在施工人员能作业的地方水平打设2.4m长锚杆，锚杆上挂26B链子悬挂接力U钢，接力U钢排距1m，U钢上铺网、打木垛，在木垛顶上用大板接顶并探出护顶，增加护顶面积，严禁有空帮空顶现象。保证人员安全；U钢架设至临时支护木垛时再将木垛拆除，从下往上逐步推进。

（6）垂直冒落区内顶板打设锚索（先老塘侧、下口侧，后煤壁侧、上口侧），维护顶板。

（7）沿原开切眼顶板层位水平打设2.4m长锚杆，锚杆上挂26B链子悬挂接力U钢，出渣后及时架设接力U钢，每架设4～5架U钢后，就在U钢上打设木垛接顶，从下往上逐步推进。

2.施工参数

（1）接力U钢排距1.0m，每个连接点固定不得少于三道卡栏，卡栏螺丝扭矩力不得小于190N·m。

（2） 护帮锚杆采用Φ16× 1600mm锚杆，扭矩力不得小于150N·m，施工角度75°；锚索必须垂直冒落后的顶板打设，间排距1.5m。

（3）第一层接力U钢每根长3m，第二层接力U钢每根长5m，每根U钢一端钻眼用于穿26B链子，两层U钢排距1m，第二层U钢打设柱子，间距1.5m。

E4105工作面开切眼修复完毕后，在安装机电设备期间和初采期间，开切眼压力稳定，安全通过，节约了资金，赢得了投产时间，保证了矿井的正常接续。

四、结论

通过E4105工作面开切眼冒顶事故的原因分析及修复可知，在巷道位置选择时，要避开应力集中区、水文异常区、地质构造区等，并在进行支护设计时要充分了解巷道围岩地质力学条件，动态施工中逐步优化完成锚杆支护方案，确保煤巷锚杆支护参数合理、施工质量良好，避免开切眼冒顶事故的发生。

(作者单位：潞安新疆煤化工集团有限公司二矿)

(责任编辑：周琼)