补连塔煤矿12401综采面顶板漏冒事故

一、工程概况
22404综采工作面位于大井2-2煤四盘区，工作面埋深95～120m，煤层平均厚度4.7m，工作面长度219.4m。初采时顶板没有采取强制放顶措施
一、工程概况
（一）开采条件
12401工作面上覆岩层内有一砾石层，为主要含水层，共有5个异常区，其中第一个异常区含水层厚度为81m，第四异常区含水层厚度为107m。工作面从过补连沟（推进1650m）开始出现涌水，周期来压的期间，工作面涌水明显增大，2007年2月18日、3月2日、3月9日、3月25日、4月8日、4月18日、5月1日、5月8日、5月13日、6月22日等相继出现大的涌水，涌水量在200～600m3/h，其中最大一次4月8日瞬时涌水量在2000 m3/h。
（二）工作面直接底为泥岩，老底为细粒砂岩，直接顶为粉砂岩，老顶为细粒砂岩。
（二）主要设备配套
支架：机尾段40架采用北京煤机厂生产5.5m支架，机头段116架采用JOY生产的5.5m支架。
煤机：JOY－7LS
刮板运输机：JOY—3×1000kw
（三）工作面矿压情况
初次来压：步距为47.5～61.9m，平均52.3m。
周期来压：最小步距14m，最大步距80m，平均来压步距49m。
工作阻力：来压时平均阻力达到9369kN，最大达10231kN，超出其额定工作阻力8670kN。
二、事故经过及造成的损失
（一）事故经过
1、冒顶过程及程度
2007年5月11日4时，12401工作面推进2595m，煤层厚度4.6m，采高4.3m，冒落范围99～107#架，端面冒宽1.5～2.0m，冒高1.8～2.5m。
5月13日1时，采用机尾加刀控制住冒落顶板。
5月14日～15日，工作面再次发生冒顶，冒顶范围80～119#架，端面冒宽2.0-3.0m，冒高2.0-3.5m。
5月16日～20日，在处理冒顶过程中，80～90#架接顶，110～120#架顶板再次发生冒落，端面冒宽1.5～4.0m，冒高1.8～4.5m。
5月21日至28日，冒顶范围基本稳定。
5月29日4时，工作面90～132#架冒顶，端面冒宽0.5～4.5m，冒高1.8～4.5m。之后开始注高分子材料。
6月11日6时，在注高分子材料区域105～115#架再次发生冒落，端面冒宽1.0～3.0m，冒高1.0～4.5m。
2、倒架过程
5月14日前，第一次冒顶过程中，由于受向斜、冒顶、窜溜影响，80～101#架发生轻微倒架，向机尾倾斜，倾角约10°。
5月16日，由于受调面及冒顶区域支架不受约束影响，支架倾斜范围扩展到65～110#架，其中85～106#倒架较为严重，倾角达18°，95#、101#架同时纵向倾斜，部分支架大脚已经压到推拉杆上，80～110#架支架和刮板机不能移动。
5月17日～29日，主要以扶架和处理矸石为主，同时工作面在冒顶区继续向前推进。
6月7日，在注射高分子材料后，在机尾割煤扶架过程中，倾斜范围扩展到118#架，95#架到机头已经扶正。
6月7日～10日，在注射高分子材料加固顶板的同时，主要工作以扶架为主，6月10日将所有支架基本扶正，开始割煤。
6月11日，冒顶区在割煤过程中，工作面二次来压，再次发生冒顶，冒顶范围105～115#架，导致102～114#架再次倒架，倒架倾角达17°。
（二）造成的损失
1、该事故直接造成工作面停产大约1个月，直接影响产量70万吨。
2、该事故注高分子材料4000桶，约花费600万元。
三、事故原因分析
（一） 冒顶原因分析
1、工作面涌水量大，顶板水解软化，水解系数为0.2～0.5，顶板强度降低2～5倍。涌水量大导致工作面不能连续正常生产，端面悬顶时间长。
2、工作面矿山压力较大，煤壁片帮严重，端面距大。
3、12煤地质条件相对复杂，底板起伏较大，最大倾角8°，经常出现背向斜构造，存在构造应力，导致顶板破碎。直接顶为复合顶板，层理发育，强度较低，易冒落。
4、支架选型不合理，工作阻力偏小。周期来压时，活柱下沉量大（300～700mm），加剧断面顶板拉、剪、切破坏。
5、工程质量管理不严，80～110#架淤泥积水多，未及时清理，导致推溜困难，循环步距小，相对工作面滞后。
6、支架支撑状态差，支架推拉困难，反复支撑顶板，导致顶板更加破碎，支架压住推拉杆，未达到初撑力。
7、现场组织不力，浮煤清理不到位，损坏推拉油缸，没有对关键问题进行处理。
8、工作面设备运行状态差。支架推拉油缸损坏，在未及时更换的情况下仍然生产；综采设备停产时间长，5月9日更换TTT，处理链轮及通讯故障停机31小时，导致工作面煤体及端面破坏加剧。
（二）倒架原因分析
1、JOY支架本身稳定性较差。
（1）同DBT支架相比重心高，调面时掉向困难；
（2）销轴孔配合间隙大，整体刚度不够，顶梁与底座同步性差。
2、工作面运输机向机头窜动，导致支架向机尾倾斜。
3、浮煤、淤泥清理不及时，拉架时，使用起底油缸，使底座处于浮动状态。
4、底板软化严重。
5、受冒顶的影响。
6、运输机局部弯曲问题。
7、受向斜构造的影响。
8、工程质量和支护质量对倒架造成影响。
9、工作面压力较大。
四、采取的防治措施及取得的效果
（一）冒顶处理过程
1、第一次冒顶处理方案：采用机尾加刀，调斜工作面，放炮处理冒落矸石，保证工作面机道畅通，快速通过冒顶区。5月14日冒顶得到控制。
2、5月15日：在该区域再次冒顶、倒架，工作面不能向前推进，决定先扶架，边向前推进，边处理冒顶。
3、5月29日：又一次冒顶，冒顶范围扩展到90～133＃架。研究拟定采用木支柱、架棚支护顶板通过冒顶区，但考虑到施工安全问题，决定采取强制通过冒顶区域方案。在95～112＃架煤机过不了区域，采用炮采通过，由于水大，在该区域没法实施，最终决定对冒顶区及相关区域采用灌注玛丽散加固，罗克休充填，来通过冒顶区。
4、6月11日：再次冒顶后，采用灌注玛丽散、罗克休支护顶板通过冒顶区。
（二）冒顶处理方案
重点介绍第三冒顶处理方案，该次冒顶处理时将冒顶段分为六个区域进行处理：

图1  冒顶区域灌注处理方案示意图
1、第一区域（133～123＃架）处理方案
首先采用罗克休材料进行充填，充填快到顶板时，再采用马丽散进行加固。
○1灌注材料预支撑
为高冒区，灌注前对冒顶下进行充填，133～130＃架为空心砖、枕木，130-123＃架为泡沫板、纵向木板。
117～123＃架为原冒落矸石，呈斜坡状，利用它来作支撑体对冒落区域进行灌注，在没有破碎冒落架段正常进行灌注。
○2割煤前预支撑清理
先将充填物的正面、侧面木板、单体等一次性拆除，空心砖和其他充填物会沿着坡度进行滑落，然后开始从132＃支架处进行处理，清理完支架下面的充填物后，将支架护帮板打出。
○3割煤前支护
为了防治灌注物的冒落，必须在护帮板与灌注物之间铺设一根12号槽钢，槽钢上面垂直铺设两块厚度为50mm，长度为2m，宽度为250mm的木板，做为灌注物的支撑体，待槽钢、木板铺设好以后再继续处理131＃支架，处理方式和132＃支架相同，以此类推，一直处理到128＃支架。
图2  第一区域（123-133＃支架）灌注方案图

图3  第一区域灌注后割煤支护图
2、第二区域（96～122＃架）处理方案
117～123＃架根据现场实际情况在采空区侧先浇注罗克休，再用马丽散加固，在96～117#架前端或端面施工倾角为45°、90°的注浆孔，先用罗克休进行灌注，然后用马丽散进行加固。
顶部注浆孔为两个，两个注浆孔的间距为1m，其中一个注浆孔按照倾角90°施工，灌注罗克休；另外一个注浆孔按照倾角45°施工，灌注马丽散；帮上施工一个向上倾斜注浆孔（倾角为20°，孔距顶板1m），采用马丽散进行加固。
图4  第二区域（96～122＃支架）处理方案图
3、第三、第四区域（69～95＃架）处理方案
第三区域（81～95＃架）在煤帮上半部，主要为了加固煤帮端面，施工一排4m深的注浆孔（距顶1.2m，孔距为3m），采用马丽散进行加固。
第四区域（69～80＃架）顶全部加固区，顶上采用浇注罗克休进行充填端面，然后用马丽散进行加固；煤帮上半部施工注浆孔（孔距顶1.2m，采用三花布置，孔水平距离为3.0m，垂直距离为0.8m），采用马丽散进行加固。
第三、第四区域在支架粱端有浮矸，呈斜坡状，没有进行清理，顶、帮采用两种材料进行灌注，在割煤时，浮矸会冒落，冒落矸石采用放炮、截割等方式处理，揭露帮后进行补二次注。

图5  第三、第四区域（69～95＃架）处理方案图
4、第五区域（20～68＃架）
为煤帮加固区，煤帮上半部施工注浆孔（孔距顶1.2m，采用三花布置，孔水平距离为3.0m，垂直距离为0.8m），采用马丽散进行加固，重点先加固片帮严重区域。
5、第六区域（134～156＃架）
煤帮上半部施工注浆孔（孔距顶1.2m，采用三花布置，孔水平距离为3.0m，垂直距离为0.8m），采用马丽散进行加固，保证机尾端头安全。
（三）处理倒架方案
1、倒架阶段
5月16日，倾斜范围在65～110＃架，其中有101、106＃两架前倾比较严重，左右最大倾斜角度在10～35°，80～110＃架支架和刮板机不能移动，被迫在19～20日割煤调整工作面舒展溜槽，19日前100＃架滞后机头3～4m，机尾超前机头9m，在调面同时安排扶架。
5月30日，65～120＃支架在发生左、前倾斜，部分支架大脚已经压到推拉杆上，矿里又进行扶架。  
6月7日，在到90～110＃倒架严重段，利用马蒂尔推拉油缸、小油缸和单体支柱配合进行扶架，102～109＃支架大柱机头方向销子断裂，在处理倒架前处理销子，用大链将支架大柱与支架底座相连，采用油缸、单体直接将顶梁顶住，然后通过降架，油缸下缩，开始拆除。
6月11日，在灌注完毕后，105～115＃架又发生倒架，矿里安排扶架，扶架从93＃架开始，由机头向机尾进行扶架，扶架完毕后工作面走入正常。
2、动态扶架
（1）如采煤机从110#支架割煤到90#支架，然后再退回到120#支架，将运输机推出，从90#架开始调架，一直调到110#支架
（2）调架所用工具：采煤机滚筒、长短单体支柱、长短油缸、钢丝绳、开口环、60T链子、牛鼻子、吊链等。
方  法：沿支架倾倒侧支架顶梁设单体支柱、长油缸、钢丝绳，支架底座设短油缸、单体支柱，在支架前移时所设工具根据具体情况进行操作，将支架逐渐扶正。
3、静态扶架
在不具备动态扶架时，采取静态扶架的方式，扶架时除了支架不前移外，其它同动态扶架。
（四）取得效果
1、在注马丽散加固的区域，推进过程中煤柱稳定性良好，未出现显著的片帮。在距离回撤通道8m时，顶板漏矸得到全部控制，支架全部钻入煤体内。
2、采煤工艺调整后，工作面大块得到一定程度的控制，减少了矸石落在煤机机尾侧滚筒的冒落，大大缩短了放炮处理大块的时间。拉架措施的执行，有效地控制了梁端距，提高了顶板的支护效果。
3、通过对回撤通道、回撤辅巷及联巷的补强支护，巷道的稳定性得以增强。在贯通及设备回撤期间未出现显著的巷道变形及片帮。
五、事故经验教训
（一）认识方面
1、对客观地质条件认识不足。对新开发，自认未条件好的采区要作新的、详细地质勘察，作出开发安全评。
2、对设备选型配套认识不足。根据条件来配套设备，既要考虑设备通用性，又要考虑特殊性。
3、冒顶、倾倒两种状态下，处理先后，局部全局、重点次要认识。初期先处理冒顶，不考虑调面，后来两者全部考虑才解决问题。
4、前期处理冒顶，采取手段经验不足认识。前期采用加刀、强过、架棚方式处理冒顶不能成功，导致恶化。
5、扶架质量不高。前期光扶前梁没有处理架尾，导致扶架不彻底，几次进行扶架。
（二）管理方面
1、工作中生产强调的多，质量强调的少，在条件变化后，质量管理没有及时跟上。
2、工程技术人员年轻，缺乏经验，技术方案措施不能指导生产。
3、复杂条件下，工人劳动强度增大，人员补充不足，工作不能到位。
4、提升区队全局把握工作的能力，提升队干部业务能力。
5、队干部之间加强协调和沟通，安排工作时，必须统一思想。
（三）工程质量方面
1、保证工作面“三直两平” ，工作面不能滞后，底板尽量找平，采高保证在4.0～4.2m。
2、使用好几种拉架方法，即超前拉架、及时拉架、擦顶移架和带压移架，支架升架必须达到初撑力，控制好端面距。
3、工作面涌水较大时要停机排水、清淤，保证水煤不上系统，淤泥清理及时，不影响支架推拉。
（四）设备方面
加强工作面设备、皮带检修，能够快速推过危险区，保证支架推拉油缸全部完好，推拉到位，立柱无窜漏液，安全阀及时效验。
（五）技术方面
1、新材料玛丽散、罗克休在矿区支护，处理大面积冒顶的应用。利用材料两种特性，在安全区域进行灌注，在灌注支护条件下进行二次架棚支护，在支护下割煤，处理冒顶不冒险，不强过，安全条件下处理冒顶；
2、在综采冒顶区域工作面进行联合支护的应用。在冒顶区域、冒顶相邻区域采取锚索、网片、单体、灌注材料、油缸等工具控制工作面端面、超前顺槽顶板
3、在冒顶、倾倒复杂条件下，根据测量、现场数据对工作面进行调整，在调整中扶架处理冒顶，在处理冒顶间调面、扶架。
4、处理倒架经验。动、静态下，利用大小油缸、钢丝绳、单体、煤机扶架。
5、统一组织、统一协调处理复杂工作面经验。 根据随时变化条件，班前组织相关人员听取意见，制定方案，统一意见，组织协调井下处理冒顶、调面。