煤矿22529综采面机尾超前冒顶事故

一、工程概况
（一）工作面开采条件
哈拉沟矿22529综采工作面为“刀把子”面，分别由22529-1面、22529-2面、22529-3面、22529-4面四个面组成，推进总长度1741.2m。其中22529-3面煤厚2～5.8m，平均煤厚4.75m，设计采高4.7m，煤层可采性指数为1，煤厚变异系数为30.6%，煤层结构简单，煤层倾角1～3°，属较稳定型煤层。
表1  22529-4面煤层顶底板特征表
顶底板 岩石名称 最小-最大
平均（m） 岩  性  特  征
老  顶 粗砂岩 21.3～8.05
10.8 灰白色，成分以石英,长石为主,分选较差,次棱角状,泥质胶结。
直接顶 细粒砂岩 10.65～1.9
6.4 灰色，泥质胶结，交错层理，层面含云母片。
直接底 砂质泥岩 31.63～1.5
12.98 深灰色，泥质胶结，含大量植物茎叶化石。遇水易软化，局部为粉砂岩。
主要配套设备
选用JOY7LS6/LWS604型采煤机一台，装机功率1860kW。配备JOY 3×1000kW变频的刮板运输机及配套的500kW/1140V转载机、400kW/3300V破碎机各一台。选用郑煤6.3m改5.5m[ZY12000/25.5/55]二柱掩护式液压支架，22529-3面配套221台（补充郑煤6.3m改5.5m[ZY12000/25.5/55]支架97台，郑州四维5.5m支架38台， DBT5.5m支架86台），其中端头支架7台（头3尾4），过渡支架2台（头尾各1台），支架采用PM32电液控制系统可实现邻架、成组顺序、手动操作等功能。
回顺超前支架：选用两台太原煤科院生产的ZFDC11600/19.5/40型液压式超前支架支护来管理回风顺槽顶板。
（三）巷道支护情况
22529回顺一巷道直接顶为泥质粉砂岩，厚度1.9～10.7m，老顶为细砂岩，厚度大于20m，均属于较稳定岩层。巷道选取Ф16×1800mm圆钢锚杆，排距1.2m，每排4根+1根1.2m锚杆。21联巷顶板破碎区域原采用锚索＋W钢带补强支护，锚索规格为Ф17.8×8000mm，W钢带规格为4600mm×230mm×4mm，锚索排距3m，3根/排。如图1所示。为确保综采工作面回采安全，10月份，在顶板破碎区域补打锚索支护，即两排钢带间补打2根散锚索，锚索规格为Ф17.8×8000mm。

二、事故经过及造成的损失
（一）事故经过
2015年12月6日四点班，22529-3面回采至剩余120m贯通位置，22：50分，推溜工在操作机尾超前支架时，超前支架顶梁上方顶板出现离层，形成全断面2m宽、冒高约2m的冒顶。
立即将现场情况向矿调度室汇报，2015年12月7日夜班，矿井安排施工队对冒顶区域进行锚索+锚杆+金属网联合支护，7日四点班恢复生产。
8日零点班接班后，正常组织生产，机尾进刀三次于凌晨3点48分在移机尾超前支架时，机尾原冒顶区域附近有少量岩石冒落，跟班副队长及时将现场情况汇报调度室，矿调度室回复快速推进通过，7点左右再一次操作超前架时，顶板冒落严重，极为破碎的岩石漏下，最终形成长度5.8m、厚度约3m、宽约5.6m的冒顶，导致工作面停机。
造成的损失
2015年12月8日9点停机后，处理冒顶及施工补强支护措施，12月9日16时恢复生产，共影响生产31小时，影响产量2.4万吨。
三、事故原因分析
（一）直接原因
1、顶板支护强度不足。通过冒顶过程和冒顶后的顶板状况分析，此次冒顶属于漏垮型冒顶。
22529-3回顺一剩余60～120m段顶板由于受F96 40°∠33° H=2.2m、F97 35°∠45° H=1.1m等断层群和冲刷等地质构造影响，顶板破碎严重，掘进期间巷道顶板曾发生不同程度的冒落，导致该段顶板不平整。
2、综采一队未按照作业规程规定管理工作面端头顶板。为生产时减少拉超前支架次数，22529工作面机尾端头支架与超前支架间电缆、液管长度较大，综采工作面端头支架顶梁与超前支架后梁间距大于3m。12月7日冒顶发生前，巷道顶板比较破碎，综采队未根据现场情况缩短端头支架顶梁与超前支架后梁之间的距离，导致端头空顶面积较大。
间接原因
1、超前支架对顶板的反复挤压作用加剧了顶板的破碎程度。该段顶板本身较为破碎，且伴有离层现象，而超前支架在立柱升降过程中，对已经破碎、离层的顶板进行反复挤压，从而使顶板离层程度更加恶化；顶板不平整，超前支架顶梁对顶板的初撑力不均匀也是使顶板状况变差的一个原因。
2、该段断层较多，顶板裂隙发育，断层面比较光滑，使上下盘之间粘结力差，尤其是该段顶板有一个探放水孔，断层面成为导水裂隙，使得上下盘无粘结力，彼此分离，岩石破碎。
（三）主要原因
1、技术人员对顶板管理的安全意识有待提高，对顶板管理的风险预控能力不足，存在侥幸心理和经验主义思想，导致对顶板破碎段的风险评估不到位。
2、综采一队对22529工作面危险源辨识不到位，顺槽敲帮问顶措施执行不到位，跟班队干对回顺破碎顶板区域巡查不到位。
3、破碎顶板区域补强支护强度不够；片面的认为锚索补强后即可以，忽视了顶板遇水软化锚杆需要补强的问题。
四、采取的措施及取得的效果
（一）采取的措施
1、冒顶区马丽散加固、锚索补强支护
（1）21联巷口巷道顶板面积大，且受工作面超前压力影响，需进行补强支护。由于21联巷口附近发生冒顶，需对联巷口处顶板注射马丽散进行加固，并在21联巷内顶板采用锚索＋W钢带进行补强支护，锚索规格为φ22×8000mm，钢带规格为4200×230×3mm。原巷道锚索支护排距为3m，在原两排锚索之间，补打1排锚索支护，与顶板原有支护交错布置。同时，在21联巷靠近联巷口侧顶板补打丛柱，3根木点柱为一组，共补打5组。同时，在联巷、回顺交叉口补打3.5m单体补强支护。
（2）为确保后期冒顶区域周围注射马丽散加固顶板及施工吊挂锚索安全，需对超前支架两边打锚索补强支护。超前支架与巷道正帮间距离近2m，在支架与正帮中部施工一排锚索＋W钢带补强支护，锚索规格为φ22×8000mm，钢带规格为4200×230×3mm。
冒顶区马丽散加固从12月8日至12月10日，共注入马丽散7.9吨。冒顶区马丽散加固位置如图2所示。

图2 冒顶区马丽散加固示意图
2、冒顶区罗克休充填
为保证22529-3综采工作面推进至冒顶区域时的，支架顶梁有效接顶，对冒顶区域采用罗克休进行充填。
（1）在端头支架和超前支架侧距离巷道正副帮不大于0.6m的位置施工起吊锚索，共施工4根起吊锚索。
（2）将2根工字钢两端头割开眼穿过起吊锚索，并用托盘、锁具固定。工字钢长度根据现场端头支架与超前支架间距离确定，工字钢开眼位置与两端头距离不得小于15cm。
（3）在两根工字钢上方平行工作面走向搭设6根5.6m长的10#槽钢及木板。木板间提前凿开大于42mm的注射高分子材料眼，以便后期注射罗克休、马丽散使用。
（4）注射罗克休充填冒顶区域。从提前留设的注射眼处设置不同长度的注射管注射罗克休，注射期间采用面纱等材料及时堵住材料，防止材料外流。具体冒顶现场情况及充填施工如图3所示。
冒顶区域尺寸为长×宽×高：4×5.6×3m，共注入罗克休材料4吨，有效充填了冒顶区域。

图3  冒顶现场情况及充填施工图
3、顶板破碎区域马丽散加固、锚索补强支护
冒顶区域注射马丽散加固后，对超前支架至22529-3回撤通道之间顶板破碎区域顶板进行注射马丽散加固，同时，对该区域顶板采用锚索＋W钢带补强支护，锚索规格为φ22×8000mm，钢带规格为4200×230×3mm。原巷道锚索支护排距为3m，在原2排锚索之间，补打1排锚索支护。
顶板破碎区域马丽散加固从12月10日至12月13日，共注入马丽散23.4吨。顶板破碎区马丽散加固位置如图4所示。

图4  顶板破碎区马丽散加固示意图
从12月8日至12月14日，冒顶区、顶板破碎区共注入马丽散31.3吨、罗克休4吨，补打锚索160套，W钢带45条。
冒顶区域补打锚索、注射马丽散加固、施工吊挂锚索等工作时，作业人员务必在有效支护下方作业，并严格执行敲帮问顶。支护锚索初涨力不得小于16吨，抗拔力不得小于22.4吨，锚索外露长度不得大于200mm。
取得的效果
1、补强支护措施效果好。对漏顶区域和顶板破碎段注罗克休和马丽散，并对该段顶板吊工字钢，21联巷口架设工字钢棚。对22529-3回顺一距贯通50m处顶板在原有支护基础上进行补强支护，补强支护方式为锚索（φ22×8000mm）+W钢带+金属网（8#金属网，网格45×45mm）全断面支护，锚索排距1～1.5m，3根/排，上W钢带，与顶板原有支护交错布置。
2、通过对破碎顶板注高分子材料，有效将破碎顶板凝结为整体，后期回采过程中，注入高分子材料顶板出现悬顶，充分说明高分子材料对破碎顶板的凝结力很强。
3、冒顶区采取加设工字钢棚，并对空洞顶板注入高分子材料，保证了支架接顶，效果较好。
五、事故经验教训
（一）事故发生后的反思
1、严格按照规定控制好综采工作面端头支架顶梁与超前支架后梁之间的距离，遇巷道顶板条件差时，应将两者距离最小化，以减小端头空顶面积；巷道顶板条件差时，拉超前支架前必须采取措施保护锚索不受损坏。
2、日常检查方面：巷道掘进支护时，规范锚杆机司机操作，确保锚杆支护到位有效；巷道构造区域，采用电子式顶板离层仪以提高观测精度，同时，在构造附近增设顶板离层仪，以便后期观测构造区域顶板变化情况；加强井下巷道巡查，将构造影响巷道作为巡查重点，发现顶板离层、开裂、掉渣等现象，及时补强支护。
3、综采工作面过断层时，若顶板比较破碎，提前探测顶板情况，确定是否需要采取补强支护、注浆加固等措施。
4、综采工作面过构造时，严格按照规定控制好综采工作面端头支架顶梁与超前支架后梁之间的距离，遇巷道顶板条件差时，应将两者距离最小化，以减小端头空顶面积；巷道顶板条件差时，拉超前支架前必须采取措施保护锚索不受损坏。
5、综采队跟班队干须提高责任心，加强两顺槽顶板巡查，尤其两端头是重点观察区域，发现顶板离层、漏矸等问题，队内根据情况采取打单体、木点柱等措施支护，并及时反馈，以便及时处理。
6、综采队发现问题需及时整改，且整改必须到位，确保安全生产。
7、特殊条件重点管理。对综采过地质构造、上覆采空区、过集中煤柱、薄基岩富水区等特殊条件，要在事前认真做好风险评估，尤其是加强地质构造段顶板的支护强度，防止出现顶板离层等现象；事中做好巷道排查，对顶板破碎段加强巡查，发现问题及时有效解决，防止顶板离层、破碎进一步扩大。
8、规范操作，加强超前顶板管理工作。加强综采顺槽顶板破碎段的管理，规范使用超前架，使超前架与端头架的距离符合规程措施中的规定，并对顶板不平整段要做好锚索的保护和支架接顶工作，保证支护效果。
管理层面的问题
1、设计方面：巷道支护设计时，重点区域重点对待，一条巷道根据地质条件分段设计，不同巷道对应的支护方案。当巷道过构造时，适当增加锚杆、锚索支护的间排距，确保掘进时一次性支护强度到位，避免支护后构造区域顶板离层、破碎严重，影响后期综采工作面正常推进。
2、掘进巷道过构造时，根据实际情况改变支护强度、方式等，适当增加锚杆、锚索支护的间排距，确保掘进时一次性支护强度到位，避免支护后构造区域顶板离层、破碎严重，影响后期综采工作面正常推进。钢筋网支护强度低，易开焊，建议巷道过构造时，挂8#铅丝网护顶。
3、巷道放水孔施工时，必须考虑顶板情况，构造区域避免施工放水孔，无法避开时，需加强支护。
4、综采队日常作业中，危险源辨识必须到位，规程措施执行到位，员工按要求操作到位，现场标准化到位。