东山煤矿五采区7#上左零巷冒顶事故案例

东山煤矿五采区7#上左零巷冒顶事故案例

曹庆雷

黑龙江省龙煤集团鸡西分公司东山煤矿黑龙江鸡西

摘要：煤矿采掘施工过程中，由于支护设计、施工支护质量存在问题、巷道受地质构造影响等，当工作面施工结束后会对巷道产生较大的压力，致使工作面出现冒落的现象，影响正常使用。文章以东山煤矿五采区7#上左零工作面为例，通过分析工作面的地质概况，探析了导致发生事故的原因，并提出了相应的改进措施，以防治类似事故的发生。

关键词：东山煤矿；五采区；7#上左零工作面；总结

前言：东山煤矿五采区7#上左零工作面，由于巷道压力大，同时受地质构造影响，导致部分地点冒落，无法正常使用，在顶板管理、支护上存在明显问题，为防止同类事件发生，对工作面进行总结。

一、地质概况：

一.工作面位置、范围及与四邻和地面的关系：

五采区7下左零巷为运输、入风、行人而服务。与降温工程相距5m，预掘巷道北部为五采区降温工程，南部为五采区6A左一入风巷，西部为五采区6A机柜合一巷。

工作面对应地表为山坡、杂林，无水体和建筑物。工作面上部为广鑫煤矿和艳发煤矿，开采10#煤层，10#煤层与7下煤层层间距为210米。地面最低标高为250米，最高标高为290米，平均煤层埋藏深度为490米。

二.区内地层产状和地质构造特征及其对本工作面的影响，断层落差，掘进找煤方向及褶皱的位置和形态：

工作面附近煤岩层赋存状态为单斜，煤岩层走向为52-86°，煤层倾角10-14°。巷道揭露6条断层，断层情况如下：

三.邻近工作面煤层厚度、煤层结构、煤体结构及其变化等：

煤层情况如下：

根据附近巷道实际揭露，纯煤厚度在1.27-1.55米左右变化，全层平均厚度为3.10米，煤层厚度变化较大。

7下/煤层，中间有3层夹矸，夹矸总厚度平均为1.55米。中间夹有两层0.15-0.49米的碳质页岩，灰黑色，夹煤线，较硬；

四.煤层顶底板岩性、厚度、物理力学性质：

煤层顶板：细粒砂岩，灰白色，细粒厚层状，较硬。7#与7下/煤层的层间距为15.50米

煤层底板：细粒砂岩，白色，细中粒，厚层状。7下/与6D上/煤层的层间距为13.50米。

五.施工说明：

1.顶支护

（1）顶板支护锚杆采用RHB500#高强度∮18mm螺纹钢锚杆，锚杆间排距为1000×1100mm，4排支护。

（2）锚索采用∮17.8㎜长度6700mm，锚索间排距为3000mm×2000mm，2排支护。

2.帮支护

由于7#下煤体为松散煤体，在不受采动影响的情况下，掘进开挖时的松动圈为0.8～1.0m，通过现场拉拔试验，锚杆锚固长度不小于0.5m，因此帮锚杆管缝锚杆支护+菱形金属网联合支护帮壁。

二、采用计算法校核支护参数

1.按悬吊理论计算锚杆参数

（1）锚杆长度计算：

L=KH+L1+L2

式中：L—锚杆长度，m；

H—冒落拱高度，m；

K—安全系数，一般取K=2；

L1—锚杆锚入稳定岩层的深度，一般按经验取0.5m；

L2—锚杆在巷道中的外露长度，一般取0.1m；

其中：H=B/2f＝4／（2×4）=0.5m

式中：B—巷道开掘宽度，取4m；

f—岩石坚固性系数，砂岩取4；

则L=2×0.5+0.5+0.1=1.6m

（2）锚杆间距、排距计算，通常间排距相等，取A:

A=Q/KHR

式中：A—锚杆间排距，m；

Q—锚杆设计锚固力50KN/根；

H—冒落拱高度，取0.575m；

R—被悬吊砂岩的重力密度，取25KN/m3；

K—安全系数，一般取K=2；

A=50/（2×0.6×25）＝1.7m

通过以上计算，为确保支护强度的可靠性，使用∮×L=18×2000mm的RHB500#高强度螺纹锚杆，锚杆间排距为1000mm×1100mm。

2.锚索加强支护

（1）确定锚索长度

L=La+Lb+Lc+Ld

式中，L—锚索总长度，m；

La—锚索深入到较稳定岩层的锚固长度，取1.0m；

Lb—需要悬吊的不稳定岩层厚度，取2.0m；

Lc—托盘及锚具的厚度，取0.15m；

Ld—需要外露的张拉长度，取0.25。

锚索锚固长度La按下式确定：

La≥Kd1fa/(4fc)

式中，K—安全系数，取2.0；

d1—锚索直径，取17.8mm；

fa—锚索抗拉强度，N/mm2(1770MPa合1376.11N/mm2)；

fc—锚索与锚固剂的粘合强度，取10N/mm2。

则：La≥2×17.8×1376.11/(4×10)=1.23m

取La＝1.23m

L=1.23+2.0+0.15+0.25=3.63m

设计取锚索长度为6.7m。

（2）锚索数目的确定

N=K×W/P断

式中，N—锚索数目；

K—安全系数，取2；

W—悬吊岩石的自重，KN；

P断—锚索的最低破断率，取504KN。

W=B×∑h×∑r×D

式中，B—巷道掘进宽度，取4m；

∑h—悬吊岩石厚度，取2.0m；

∑r—悬吊岩石平均容重，取25KN/m3；

D—锚索间排距取不大于锚索长度的1/2，即取3.35m。

则W=4×2.0×25×3.35=670KN

N=2×540/670=2根

通过上述计算：考虑到在原锚杆+W型钢带+锚网顶板支护强度基础上加强锚索支护，选择锚索∮17.8㎜长度6700mm，锚索间排距3000mm×2000mm，2排布置，可以满足顶板支护要求。

四、施工说明

左零巷施工前顶底板及帮状态较稳定，没有较明显的压力显现情况，理论巷道支护强度够，但没有考虑到降温川及断层的影响，导致发生冒顶。

2018年3月17日，皮带道131#H架---138#H架处发生冒顶，现场查看冒落长度15米，冒落高度4米。

现场锚杆、锚索按规程设计施工，锚索2米*2米，锚杆1米*1.1米，两帮封网，帮支护使用管缝锚杆。

现场131#H架有降温川，139#H架有降温川，冒落区中有降温川，126#H架处顶板破碎，从131#的降温川内可以看到一个断层滑面，同时在132#H架处巷道的右帮片帮，降温巷内底鼓。

五、原因分析

支护设计存在问题：顶板支护设计不完善，只进行了单纯的掘进巷道的顶板压力计算，没有对施工降温川后，顶板压力变化而重新顶板压力计算。

降温巷与左零巷之间留5米煤柱，煤柱较小，同时在降温川内清楚的看到断层滑面，没有加强支护，导致巷道片帮严重。

顶板安设顶板离层仪，观测顶板变化，但没有观测巷道帮壁内移情况，左零巷与降温巷之间煤柱5米，在煤柱已不足5米的情况下，没有加强支护。

受下部6A#煤层的采动影响，该巷道沿7#煤层施工，巷道与6A层间距为63米，冒落地点正处于6A的安全煤柱，施工降温川时没有充分的考虑到采后动压影响。

巷道支护预紧力不够也是造成冒顶事故的原因之一。

六、吸取教训

加强掘进技术学习，提高技术人员业务能力和责任心理。切实的作到理论与实际相结合，用理论服务施工，理论实际不脱节，在工程设计前综合考虑各种自然状况及采动影响。提高支护施工质量，加大支护质量监察力度，施工方与技术方加强支护质量施工，使支护预紧力达到设计要求。加强现场管理，对巷道地质构造及时加强支护，加强日常的巷道顶板变化、两帮变化的观测，及时采取针对性安全措施。

七、结束语

综上所述，煤矿工作面采掘工作施工工序复杂，并且由于工作面施工环境存在不确定性，如果没有做好支护设计，会影响工作面施工效率和施工安全。因此，通过对冒落的原因进行分析，采取了有效的措施进行处理，为保证工作面的安全施工奠定了坚实的基础。