保德煤矿81304综放面压死支架事故

一、工程概况
地质条件
81304综放面长266m，走向长2629m，煤厚平均6.3m，煤层倾角为3°～7°，工作面煤层底板标高724～781m，地面标高911～1131m，上覆基岩厚170～250m，松散层厚0～141m。
通过钻孔柱状分析，切眼至回顺及胶顺的1186～1518m段发育有古河流冲刷带，煤层上部无直接顶，直接为9m以上的含砾粗砂岩老顶；在非冲刷区直接顶为砂质泥岩，厚度在0～4.8m，老顶为粗粒砂岩，厚9～32m。整个工作面地表地形切割较为严重，沟壑发育，工作面盖山厚180～250m（松散层厚0～20m）。81304综放面岩性见下表：
表1  81304综放面顶底板岩性表
煤层顶底板情况 顶、底板 岩石名称 厚度(m) 岩  性  特  征
老  顶 粗砂岩 9～32 灰白色，成份以石英、长石为主，含岩屑及暗色矿物，砾径3～6mm。
直接顶 砂质泥岩
（冲刷段无） 0～4.8 以深灰色砂质泥岩为主，砂泥质结构，块状构造，夹粉砂岩条带。
煤层 气煤 3.7～9.2 二叠纪煤炭
直接底 粉砂岩、粗砂岩 0.7～7.9 灰色，水平纹理，层面可见黑云母片及暗色矿物。
表2  冲刷带与正常区域的顶板结构比较
比较 冲刷带 正常区域 差异
范围 均厚 范围 均厚
直接顶厚 0～3.92 1.69 0～8.13 4.54 -2.58
基本顶厚 4.81～12.14 8.73 4.38～8.17 6.69 2.04

表1  81304综放面附近钻孔SK44（正常段）、SK31（冲刷段）煤层综合柱状图
   
主要设备配套情况
81304综放面中部架选用北京煤机厂生产的ZFY10200/25/42D型支架，共计157台，支护强度为1.08～1.11MPa；排头支架型号为ZFP9800/26/41D，支护强度为0.98～1.02MPa；顺槽端头支架型号为ZYT27600/23/40，支护强度为0.78MPa。采煤机为美国久益公司生产的7LS6C型采煤机，生产能力4000t/h，总装机功率2020kW。前后运输机采用张家口煤机厂生产的SGZ型运输机，能力各为2500t/h，顺槽转载机及破碎机均由张家口煤机厂生产。81304综放面总装机功率8225kw，总吨重6887吨。
表3  81304综放面主要设备配套明细表
序号 设备材料名称 设备型号及规格 单位 数量 备   注
    
1 双滚筒采煤机 7LS6C-LWS638 台 1 3300V
2 可弯曲刮板输送机 SGZ1000/2000 台 2 前后刮板
3 液压支架 ZFY10200/25/42D 架 157
4 转载机 SZZ1200/525 台 1
5 破碎机 PCM400 台 1
6 可伸缩胶带输送机 DSJ140/300/3×500 部 1
7 乳化液泵站 K35055M 组 1 四泵两箱
8 喷雾泵站 K16065M 套 1 三泵一箱
（三）巷道支护情况
巷道顶板采用“钢筋骨架网+锚杆+锚索” 联合支护，巷道规格、支护形式见表4，顶板破碎段采用“钢筋骨架网+锚杆+锚索+11#矿用工字钢梁”联合支护。
表4  81304综放面巷道支护
巷 道 名 称 长（m） 宽×高（m） 支护形式
81304胶运顺槽 2629 5.0×3.6 锚索+锚杆+钢筋骨架网
81304一号回风顺槽 2629 5.0×3.6 锚索+钢带+锚杆+金属网
81304二号回风顺槽 2629 5.0×3.6 锚索+钢带+锚杆+金属网
81305一号回风顺槽 2629 5.0×3.6 锚索+锚杆+钢筋骨架网
81305二号回风顺槽 2629 5.0×3.6 锚索+锚杆+钢筋骨架网
切眼正常段 224 8.8×3.6 锚索+锚杆+钢筋骨架网
切眼机头段 10 10.3×3.6 锚索+锚杆+钢筋骨架网
切眼机窝段 22 10.3×3.6 锚索+锚杆+钢筋骨架网
切眼机尾段 10 10.3×3.6 锚索+锚杆+钢筋骨架网
主回撤通道 267 5.6×3.8 锚索+锚杆+钢筋骨架网+W钢带
辅回撤通道 267 5.0×3.6 锚索+锚杆+钢筋骨架网

二、事故经过及造成的损失
事故经过
1、压架过程
第一次压架：2011年10月9日中班23:30，81304综放面推进至1648m，采煤机从机头割煤至65#架时，工作面由于周期来压显现强烈，顶板较破碎，致使68～80#架架前漏矸，漏顶高度达3m，在处理漏矸过程中，61～65#架顶板压力大，安全阀全部开启，至10月10日夜班4:30立柱被压死,接近无行程（5小时）。
造成的损失
影响81304综放面正常生产达20天，累计更换立柱58根，压力表80个，安全阀90个。更换设备配件费用约500万元，财产损失约2000万元。
三、事故原因分析
直接原因
1、顶板压力大：81304综放面顶板无直接顶，在冲刷冲刷带内回采，顶底板岩性变化较大。81304综放面推进至1648m时，周期来压，安全阀正常开启，81304综放面中下部（50～90#）压力显现均较强烈，生产时大部分时间安全阀处在400bar以上或开启状态，在一个生产班内支架立柱最大下缩行程达500mm。
2、支架工作阻力偏小同时支架状态不佳。由于81304综放面遇冲刷且顶板破碎，根据综采工作面压力计算的经验公式，如按8倍系数支架阻力应达到11500kN～12500kN，81304综放面使用的10200kN的支架阻力偏小。同时81304综放面自生产以来，支架始终处于带病运行状态，主要存在立柱自泄、防尘圈渗液、安全阀损坏等现象，至2011年11月1日，累计更换立柱58根，压力表80个，安全阀90个，挪动支架配液块、控制主阀100个、更换四连杆销子6个等。
间接原因
矿井未对81304综放面第一次支架压死引起足够重视，设备维修与检修质量不到位，在关键时刻系统不能及时启动等原因从而做不到快速推进。
（三）主要原因
81304综放面受古河床冲刷与上覆岩层压力作用，煤系地层内裂隙发育，工作面煤层厚度薄。导致顶煤厚度薄，上覆基岩层厚度厚，顶板岩性坚硬，矿压显现较强烈，是造成此次支架压死事故的主要原因。
四、采取的防治措施及取得的效果
采取防治措施
通过最新的矿压观测得出周期来压数据，结合工作面采场条件及设备实际情况，为保证工作面顺利通过高压区及顶板破碎带，采取了以下具体措施。
1、矿成立81304综放面专业的矿压观测组，每班安排专人观察、记录矿压数据，及时准确掌握81304综放面矿压规律，确保在周期来压前后的快速推进。
（1）根据保德矿81304综放面，发生的压架事故情况，在81304工作面压架频繁发生的区域，选择53#、61#、62#、67#、68#支架等关键位置，安设支架压力监测仪器，同时兼顾机头部30#支架和机尾部120#、121#支架，实施中部、上下部不同区域的矿压显现监测，具体观测仪器的布置情况。
（2）工作面周期来压强度参数规律性分析
依据实际矿压观测的成果，整理出支架下腔压强的结果如表4，由表4可见，81304综放工作面观测期间，支架初撑均值变化在20.1～25.1MPa，总均值为22.81MPa，仅为支架设定初撑出口压强（31.5MPa）的72.4%，初撑压强达不到要求；末阻均值变化在29.6～38.9MPa，总平均值为34.4MPa，比额定初撑阻力高10%左右；周期来压期间，最大工作阻力为45.2～51.3MPa，均值为48.68MPa，为设定额定工作阻力（49.5MPa）的98%。
表5： 81304综放面矿压显现强度实测结果
支架编号 初撑均值 末阻均值 pm/p0 周期来压 来压系数
    最大阻力
30# 24.4 33.6 1.38 45.8 1.36
53# 21.8 33.6 1.54 50.2 1.49
59# 21.3 38.9 1.83 51.3 1.32
63# 25.1 36.2 1.44 48.8 1.35
66# 22.8 33.7 1.48 49.1 1.46
67# 23.2 38.5 1.66 51 1.32
122# 20.1 29.6 1.47 48 1.62
125# 23.8 31.3 1.32 45.2 1.44
均值 22.8125 34.425 1.51 48.675 1.41
同时由末阻力与初阻力比值分析,由81304综放面矿压监测分析结果可知，整个监测期间，末阻力与初阻力的比值变化在1.3～1.8，总平均比值为1.51。宏观观测结果表明，应该提高支架的初撑力，缩小末初阻力比，使其满足1.25的比值，以达到良好的综放采场顶板安全控制的效果。而 81304综放面周期来压系数变化在1.3～1.6之间，平均来压系数为1.41，可见周期来压显现强度显著。
2、加强81304综放面周期压后工作面设备的重点维护与检修。
（1）将工作面中部40～120#支架安全阀开启额定压力由45Mpa调高到49Mpa，并设防蹦护罩，同时对立柱中缸、各种密封等支架薄弱环节重点监护管理。
（2）工作面过周期压后及时更换工作面压损的支架后四连杆销轴、立柱、平衡油缸、各种密封、液压管路和立柱液压锁、压力传感器等配件。
（3）保证乳化液泵正常运转，乳化液泵出口压力达到31.5MPa。
（4）对采面设备，尤其是支架及三机在采面周期来压时做到快速推进，在来压后进行重点维护、检修。加强工作面日常设备点检、维护、保养、严格制定责任人包机制度并落实到位，主要重点是支架各部件、液压系统、采面三机等。
3、加强采面工程质量管理，掌握好割煤层位，顶、底板割平整，严禁留设台阶，在保证采高的情况下及时追机拉架，同时最大限度保证支架的初撑力。每刀调整支架架型，支架接顶平、严、实，保证支架切顶线在一条直线上，使支架能起到切顶作用且受力合理。
4、建议厂家对现有支架存在的问题（如电液控制主阀、管路、配液块等安设位置）进行合理调整、修改，在保证支架处于最佳工作状态的同时对本套支架进行现场评估，在确保安全的前提下，发挥支架的最大支护效能。
5、及时与科研单位对保德煤矿81304综放面参数、工艺及矿压等进行咨询与研究，为本工作面及深部区综放开采提供技术支持。
取得的效果
通过一系列的措施，81304综放面顺利通过高压区及顶板破碎带。从81304综放面支架状况及受力看，正常段支架压力非常大，同时考虑三盘区越往下压力越来越大，通过对相邻深部区工作面顺槽多次探顶研究及81304综放面矿压实测数据的额定阻力预测PT≥1.24MPa，关键层控制理论确定PT≥1.35MPa。最终根据关键层理论确定81305综放面支架的合理支护强度为PT≥1.35MPa。
五、事故经验教训
事故处理经验
1、对进入深部区及遇到特殊地质构造段时，要深入分析设备、工艺及地质条件相互影响关系，从而确定设备选型及工艺选择。
2、工作面过高压区及顶板破碎带，要成立以矿长为首的采面事故快速反应应急小组，从现场指挥、设备及运转系统的维护与检修、技术指导、现场事故处理等责成专人负责进行重点、及时跟踪监督与督办，并对工作情况进行问责。
3、加强矿压观测，加快周期来压时采面的快速推进。成立专业的矿压观测组，对采面矿压进行分析。及时准确掌握采面矿压规律，大型检修计划避开工作面周期来压，过周期来压后加强设备检修力度，确保在周期来压前后的快速推进。
事故教训
1、随着工作面逐个延伸至深部区，要从多方面对顶板管理进行分析，做到“一面一策”，选择符合地质条件的设备及回采工艺，确保安全生产。
2、在出现隐患时，一定要重视，并制定严密、科学的安全措施，领导干部要亲临现场指挥、指导，保证政令通畅，并要进行严密的现场监督；对可能发生的一切情况进行预想预测，同时采取有效的预防措施，防止事态进一步扩大。