雷咸锐，李清汝

(山西潞安环保能源开发有限公司 安全监察部，山西 长治 046204)

2020年10月20日，山西某矿井下发生一起较大瓦斯爆炸事故，造成4人死亡、1人受伤，直接经济损失1 073万元。经调查分析，造成此次事故的直接原因是井下密闭区域内顶板垮落，撞击金属物体产生火花，引发瓦斯爆炸、摧毁密闭墙，横飞的料石击中1208回风巷(密闭前)内的作业人员，导致人员伤亡。由于此次事故发生在密闭空间内，具有一定的特殊性和典型性。为深刻吸取事故教训，防范类似事故再次发生，本文基于此次事故调查分析过程并结合事故调查结果，通过对事故原因进行深入探析后，提出在特殊围岩条件下顶板管理及隐蔽工程风险辨识管控的措施和对策，从而为煤矿有关安全生产工作提供指导和借鉴[1]。

1 事故基本情况

本起事故发生在15号煤层1208安装工作面回风巷。该工作面原切眼于2020年7月14日形成，后因顶板压力大废弃，并于8月2日封闭；2020年7月28日向外退出30 m新开掘切眼，9月20日形成，10月1日开始安装。

10月20日凌晨2时许，1208工作面回风巷(安装期间进风)密闭墙体产生冲击波，导致进风侧端头密闭墙被摧毁，造成被毁密闭正前方1名绞车司机及3名跟车人员死亡、班组长受伤，其余11名安装队人员自行安全升井。

2 事故原因探析

2.1 巷道矿压监测及顶板淋水观测

2.1.1 矿压监测点布置

1) 顶板离层监测布置：一次切眼和二次切眼每隔50 m打设1组顶板离层仪，共打设8组顶板离层仪，顶板离层仪深部基点位置8.3 m，浅部基点位置2.3 m.

2) 表面位移观测点布置：在切眼开口掘进69 m和99 m处设置了两个表面位移测站，观测顶板下沉量、顶底板移近量、两帮移近量[2]，见图1.

图1 矿压监测点布置图

2.1.2 顶板淋水情况

巷道在二次切眼拉底之前未有明显矿压显现现象，拉底期间，地测办于7月12日发现1208切眼内80 m位置，顶板面积8 m×2 m，形成顶板水珠状， 二次切眼内该区域的1根锚索淋水量为0.2 m3/h.7月13日地测防治水技术人员现场对1208切眼内顶板淋水处施工探孔，疏放水钻孔水量经观测基本稳定为0.35 m3/h，无水压。随后该区域不断扩大，淋水锚索数量也增加。经分析判定，1208切眼充水来源为顶板K2含水层水，1208切眼受掘进扰动影响产生裂隙形成导水通道。

2.1.3 矿压监测及分析

7月16日日常巡查中发现1208旧切眼70～110 m段巷道顶板破碎且有淋水现象，该区域的3号、7号顶板离层仪深部均进入黄区，有3根单体柱大板棚压裂，8根单体柱底部所垫木墩出现压裂现象，矿压显现严重。随后安排对巷道60～120 m段进行顶板加固。7月20日加固完成后每班安排专人进行矿压观测，发现1208切眼部分巷道下沉速度更快，至7月23日零点班，3号、7号顶板离层仪深部基点均已进入红区，浅部均为黄区，1号表面位移测站测得顶底板移近量达250 mm，2号表面位移测站测得顶底板移近量达180 mm，底板均无鼓起，因此，顶底板移近量也就是顶板下沉量[3]。巷道两帮位移量最大为50 mm.

顶板离层仪观测数据表明：离层仪安设至7月15日，顶板浅部和深部的离层值小、变化速度慢，且基本一致，都趋于正常范围之内。7月15日至16日，3号、7号离层仪深部离层突增分别为30 mm、36 mm，均进入黄区(分别为52 mm、53 mm)，随后变缓。7月20日至21日，3号、7号离层仪浅部离层突增43 mm和40 mm，进入黄区，离层值均为52 mm，然后变缓，且深部离层值超过浅部。尽管3号、7号浅部离层值均进入黄区，但直至7月23日都没有进入红区，而深部离层值比较大，都由黄区变为红区，3号、7号深部离层值分别达到105 mm和110 mm，锚杆、锚索均未出现破断现象。可见，7月20日加固完成后，3号、7号离层仪的浅部离层值均趋于平缓，说明加固起到支护效应，但深部离层还在增加，尚不能控制总体顶板下沉，3号、7号顶板离层仪曲线见图2、图3.

图2 3号顶板离层仪曲线图

图3 7号顶板离层仪曲线图

表面位移测站观测数据表明：1号、2号表面位移测站均呈现顶板连续下沉的趋势，与3号、7号离层指示仪观测数值相呼应，尽管比3号、7号离层指示仪安装时间晚，但2号表面位移测站的顶板下沉量数据(181 mm、184 mm)与附近的3号、7号顶板离层的观测值(173 mm、180 mm)相比还要稍大，说明7月23日时，离层仪的深部基点层位岩层也已有离层现象。也能解释顶板水对锚索锚固段上部岩层的崩解、软化、破坏作用[4]。

7月23日召开1208切眼安全隐患专题会，认为：由于切眼断面跨度大，施工时巷道顶板平整度差，存在破碎、坠包现象，且70～110 m段巷道顶板有淋水，面积较大，支护范围内顶板岩性为泥岩，遇水易软化，初步判断顶板锚网支护有失效迹象。在采取联合支护等措施后，仍无法有效控制顶板变形下沉，在安装、运输设备期间需拆除被动支护，危险程度极大，不能保证安全作业。会议遂做出对切眼进行报废的决定。

2.2 事故原因分析

1) 顶板垮落。根据顶板淋水情况及矿压监测数据，通过统计分析，不难看出顶板淋水是造成顶板垮落的主要诱因。

1208旧切眼在掘进时，中段顶板平整度差，存在破碎、坠包现象，受到二次切眼的掘进扰动，变形加剧。加上15号煤层上覆泥质砂岩、砂质泥岩在切眼掘进的扰动下产生导水通道，致使顶板水渗入，局部出现淋水现象，致使巷道顶板泥质砂岩层在淋水的情况下快速崩解，再加上该地段顶板探水钻孔的施工，加剧了顶板岩层的崩解进程，进而形成更大范围泥岩岩层崩解，致使巷道围岩与锚固顶板岩层丧失完整性和承载能力[5]，后期虽然采取了加固措施，但仍不足以控制顶板下沉，最终导致顶板垮落。

2) 瓦斯积聚。瓦斯抽采时间不足，未对切眼上方煤体区域进行瓦斯治理，切眼区域瓦斯抽采时间不足6个月，密闭后周边瓦斯涌出造成密闭内瓦斯积聚，瓦斯防治措施不到位[6]。

3) 密闭构筑不合格。切眼密闭墙未严格按照密闭设计构筑，闭墙厚度施工与设计不符，现场工程质量把控不严，砌筑时灰浆不饱满，坚固性、可靠性差，不符合永久密闭墙施工质量标准。由于开掘二次切眼，对切眼两端巷道产生较大压力，密闭墙周围产生裂隙导致漏风，形成密闭内瓦斯爆炸所需的气体条件[7]。顶板突然垮落，碰撞巷道内的金属物体产生冲击火花，引起瓦斯爆炸，产生冲击波摧毁密闭墙导致事故发生。

3 事故主要教训

3.1 巷道支护设计有缺陷

1) 对巷道围岩的地质力学调查不全面，未能充分了解顶板泥质砂岩局部含水对锚索锚固力的影响，尤其是对锚索锚固段泥质的物理力学性质、矿物成分、水理分析进行的调查了解不够。

2) 未明确锚杆、锚索的强度级别。

3) 巷帮锚杆的预紧力设计低于《矿区煤巷锚杆支护技术规范》要求。

3.2 矿压监测不到位

1)矿压监测设计不规范、不系统。未明确顶板离层监测、巷道表面位移监测、锚杆(索)受力监测安设位置和数量，各自独立，互不关联，不能互相验证，不能全面分析锚固系统的工作状态。

2)尽管设计中的矿压监测不规范、不系统，但是现场仍未按设计要求安设，致使矿压监测过于片面，只有顶板离层监测，后期加固后才设置表面位移监测，未进行锚杆锚索受力监测，出现顶板离层突增时，不能准确分析判断支护系统失效的原因。

3.3 瓦斯防治工作开展不到位

1) 1208工作面为二采区首采面，设计之初未充分考虑瓦斯赋存及地质条件，导致工作面布置在采区埋深最大、原始瓦斯含量最大的区域[8]，瓦斯治理难度陡然增大。

2) 矿井采掘工作由原来的一采区转移到现在的二采区，工作面位置从浅部到深部、从相对低瓦斯区域进入到一级瓦斯管理区域，瓦斯含量、瓦斯压力等参数发生了很大变化[9]，但矿方思想上、措施上、安全意识及管理方面未能及时跟进，对瓦斯防治工作重视不够，没有充分预测和掌握煤层瓦斯地质变化规律，采取针对性防范措施。

3.4 工程质量及安全监管存在盲区

1208切眼密闭构筑缺乏监管，验收徒有形式，密闭质量不合格，通风、抽采等隐蔽设施和工程的施工缺少质量管控；另外，密闭墙施工完成后没有按照《煤矿安全规程》等有关规定进行管理，密闭后期维护管理不到位，检查频次不够，未能及时发现和处理安全隐患。

3.5 安全风险辨识不到位

在决定废弃1208旧切眼时，未对密闭内情况进行综合风险辨识评估，一闭了之。

1) 未辨识密闭区域可能引发的顶板大面积垮落风险，更未能考虑顶板跨落可能产生碰撞火花引发爆炸等次生灾害情况，从而提前采取科学的防范治理措施。

2) 打设密闭时，未能充分辨识密闭区域瓦斯积聚、密闭漏风等危险因素，仍然采取单一、常规的密闭方式；密闭完成后亦未对闭墙内气体进行分析，加之密闭施工质量差、维护不到位等诸多因素导致事故发生。

3) 未辨识因密闭墙质量不合格，在密闭前拉底作业可能导致的闭墙垮塌风险。

3.6 变化管理执行不到位

该矿未执行集团公司变化汇报有关规定，巷道顶板出现淋水、顶板离层突增时，未按变化管理要求上报上级业务主管部门[11]，自行采取联合支护等措施。在采取联合支护措施仍无法有效控制顶板变形下沉的情况下，矿方决定对原切眼进行报废，亦未将此情况上报集团公司有关部门。

4 对策及措施

4.1 特殊围岩条件下顶板管理

1) 大跨度、大断面巷道(硐室)、大型交叉点的支护管理。第一，要有专项的支护设计。由经验丰富的专业技术人员进行地质力学评估和现场调查，详细了解顶板岩性及矿物成分(特别是泥质岩层和水理分析)，进行必要的地质力学测试；锚杆锚索支护设计采用理论计算设计时，应针对不同的巷道围岩条件选择最合适的理论计算模型，按照“初始设计—矿压监测—信息反馈—设计修改”的动态信息设计流程进行设计。第二，抓好锚杆支护巷道矿压监测和数据整理工作，尤其是大跨度、大断面、复杂围岩条件的巷道和硐室，要规范测站布置、规范监测仪器配置，确保重点区域、关键点、关键部位监测到位；规范监测频度、做好分析总结，为支护设计和顶板管理提供准确、可靠的现场资料，发现异常情况及时上报上级主管部门，采取有效管控措施。第三，进行重点关注重点督查。业务管理部门及安监部门要经常深入施工现场，查设计、查资料、查制度、查现场、查管理，及时开展隐患排查治理、管控安全风险。

2) 强动压巷道顶板的管理。要优化巷道布置设计和采掘抽衔接管理，避免人为的采动应力集中影响安全生产。条件允许时，要积极推广应用切顶卸压技术，一方面能有效减小采动压力影响，也能减小煤柱损失提高回采率、并有效缓解采掘衔接紧张[10]。对于有冲击动力倾向的矿井或区域，要积极采取专业的防冲措施。

3) 加强锚固剂的现场检测工作。如巷道顶板出现淋水时、遇地质构造或巷道围岩发现明显变化时、施工中发现锚固剂有异常时、更换锚固剂厂家或调整锚固剂配方时，必须进行现场的锚固剂粘结强度测试，并做好相关记录。

4.2 隐蔽工程风险辨识管控

1) 提高安全风险辨识管控意识。煤矿企业要把安全风险辨识和管控放在一切工作的前面，做好源头安全管控，采取有效措施防范同类事故发生。要明确煤矿矿长是风险辨识的第一责任人，对风险辨识不全或漏辨风险的煤矿，上级公司要严肃追责矿长的第一责任人责任。要严格落实风险防控措施和管控责任，根据不同风险级别扎实开展煤矿安全风险分级管控责任落实。

2) 抓好非常规作业管理。多数煤矿对非常规作业缺少足够的重视，缺乏成熟的管控技术和管理经验，但风险却往往暗藏其中，如废弃巷道的管理、煤仓清理的安全管理等。废弃的巷道不能简单地一闭了之，需要在密闭之前组织各专业部门深入细致地进行安全风险辨识和隐患排查，全面梳理各类问题和隐患，按照风险大小分级管理，制定针对性的管控措施，确保问题和隐患不漏网，治理措施不缺失。如果该矿能够在1208旧切眼密闭前进行全范围、全过程的安全风险辨识，并采取得力措施，就有可能避免这起事故的发生。

3) 强化隐蔽工程监督管理。一是加强施工过程监管，如锚网支护重点检查锚网支护质量、支护材料是否合格，是否存在偷工减料现象；喷浆巷道重点检查是否按照设计施工，喷浆质量是否符合设计要求；密闭、抽采钻孔工程、探放水工程(包括探老空、探顶板富水区、探导水构造)等设计、施工、验收是否符合规定。对于隐蔽工程施工，要求必须有影像资料留痕。二是要制定“一巷一策一措”管理制度，对各类密闭工程进行严格管控，确保密闭空间隐蔽致灾因素可控在控。三是要加强密闭区域监测监控，包括闭前、闭内瓦斯、温度、一氧化碳等检查，及时发现及时采取措施处置风险隐患；建设巡检监控系统，杜绝假检漏检。四是要扎实开展自查自改工作，重点查找密闭空间等隐蔽工程中的水、火、瓦斯等静态或动态隐蔽致灾安全风险，根据实际情况动态调整风险清单；深入排查矿井通风系统、瓦斯抽采、通风设施、安全设施，抽采钻孔、消突工程等隐蔽环节和重点环节等方面存在隐患，彻底整改治理。

5 结 语

“10.20”瓦斯爆炸事故是一次发生在隐蔽工程内的特殊事故，带给我们血的教训的同时，让我们深刻认识到特殊围岩条件下顶板管理及隐蔽工程风险辨识管控的重要性。煤矿管理层及工程技术人员应充分认识到这种特殊典型情况，结合矿井实际从技术上、管理上采取多方面多层次的管控措施，加强对特殊顶板管理和井下隐蔽工程从设计、审批、施工、验收到监测、巡查、分析、管控的全过程管理，坚决防范类似事故再次发生。