一起采煤顶板事故的原因分析及防范措施

    2004年元月23日，淮南矿业集团谢李公司一井-660 m WlEB11b底区工作面发生一起顶板事故，工作面上口向下56 m至70 m处发生推垮，现场2名采煤工被埋，其中1人经抢救脱险，另1名采煤工经抢救无效死亡。通过对这起事故的分析，将有助于吸取事故教训，加强现场安全生产和技术管理，防止类似事故的再次发生。

    1 工作面概况

    -660 m WlEB11b底区工作面走向长295 m，倾斜长127 m，煤层倾角18°，底区剩余煤厚0.5～2.5 m，采用DZ-22型单体支柱配合HDJB-1000型铰接梁一梁一柱正悬臂走向棚支护顶板，柱距0.6 m，排距1 m，“三、四”排全部冒落落法管理顶板。

    2 事故经过

    2004年元月22日该面夜班装齐三梁三柱后开始初采，至23日发生顶板事故时，工作面向采空区反采了一排，事故点以上向煤壁采了一排，打上贴帮柱后尚未支设正规支柱，事故点以下打眼装药后准备放炮。事故发生时，2名被埋的采煤工正在煤壁持梁接顶管理漏顶，如图1所示。

图1 工作面示意图

    3 事故原因分析

    3.1 直接原因

    1）该面发生推垮段支柱呈向下推倒状，从采空区至迎头煤壁，老顶均悬空未冒落，直接顶垮落后全部压在倒下单体和铰接梁上。从事故发生前该面当班安检员的测压记录及事故后的现场测压情况看，该面发生事故时，大部分单体支柱初撑力和工作阻力均不足7 MPa，远小于《煤矿安全规程》规定的支柱初撑力大于90 kN（约合11.4 MPa）的要求。因此，支柱支撑力不足是造成垮面的直接原因。

    2）该面顶区直接顶为2～3 m厚砂质页岩，回柱后较易冒落，老顶为8～11 m厚砂岩，较坚硬，顶区放顶后呈大块垮落，甚至大面积悬顶。底区直接顶较为破碎，而底区老顶虽经过一次垮落，岩块间整体咬合结构仍比较完整。工作面初采时，采空区和迎头的煤壁对老顶支撑形成“梁”或“裂隙体梁”结构，此时，直接顶受到竖直向下的自身重力G、垂直层面向上的单体支撑力F和老顶对直接顶的摩擦力?的共同作用（如图2所示），当单体支撑力F＜Gcosθ时，老顶和直接顶离层，?=0，直接顶受其重力平行于层面方向的分力Gcinθ的作用，对单体、顶梁产生向下的推力，导致支架失稳并发生推垮。

图2 直接顶沿工作面方向受力示意图

    3）初采期间由于两侧煤壁对老顶梁结构的支撑，经计算，2～3 m的直接顶作用于每棵单位上的压力量大为43 kN。如果单体支设后初撑力大于43 kN，由于没有增压过程，工作阻力将等于初撑力；若单体初撑力小于43 kN，增压后最大工作阻力只能达到43 kN。因此，如果工作面单体初撑力上不去，就会导致整个工作面单体支撑力达不到要求。

    3.2 间接原因

    1）工作面单体初撑力不足，一方面是由于工人支设单体时图省事，支柱初撑力未加到位时即停止注液；另一方面是由于该面顶区回采时假顶连接不好、局部没有铺设笆片，采空区灌洒黄泥浆也不到位，造成底区工作面人工假顶质量较差，回采时容易发生漏顶，导致工作面局部顶空，支柱初撑力难以加上去。

    2）如图1所示，工作面切眼在迎头煤壁方向布置了5个躲避硐室，发生事故段就布置有2个，而硐室掘进时间较长，切眼装面扩棚及初采时，容易造成迎头顶板破碎发生漏顶。

    3）由于该面切眼呈仰斜状态，直接顶受到其重力沿层面、垂直煤壁向下的分力作用。减少了工作面上覆直接顶岩块与煤壁上方岩块间的摩擦力，而采空区方向为直接顶冒落后产生的自由面，造成直接顶容易向下滑动、失稳，并对支架产生垂直煤壁向下的推力，较之与俯斜状态，工作面更易发生推垮；并且工作面仰斜时，煤壁易片帮，造成顶板暴露面大而发生漏顶，对提高支柱初撑力十分不利。

    4 防范措施

    1）严格工作面工程规格质量管理，特别是初采期间更要加强支柱压力和顶板动态的监测工作，并认真分析处理，及时将结果反馈到生产现场，以便采取针对性措施进行处理。

    2）对于顶板破碎及顶空处，要用笆片等材料将顶接实；煤壁易片帮处，可在原支架棚档内隔棚加套一架一梁两柱2.4 mΠ型钢梁，保证梁头及时距到煤壁，减少顶板暴露面和空顶时间。并且要求职工支设单体时要将初撑力一次加打到位，不能“等劲”，确保工作面支柱有效。

    3）鉴于B11b底区工作面老顶和直接顶的特殊性，工作面初放期间，除切顶保持一排顺山挑棚外应每隔10～15 m接一木垛，增加支架的稳定性和支护强度。

    4）切眼内需布置躲避硐室时，应改在靠采空区侧，以减少对迎头顶板的破坏。

    5）走向长壁工作面切眼宜布置成正倾斜或俯斜。下顺槽走向长度少于上顺槽长度时，切眼应布置成下段仰斜、上段正倾斜的方式，初采时工作面逐步向下伸长，避免由于仰采顶板对支架产生的垂直煤壁向下的推力。