梁 敏
(霍州煤電集團(tuán)豐峪煤業(yè)綜采隊(duì),山西 霍州 031400)
霍州煤電集團(tuán)豐峪煤業(yè)2235采煤工作面上平巷掘進(jìn)頭處于2015年10月10日發(fā)生沖擊地壓事故,造成3人死亡3人重傷,事故破壞巷道82m。為防止該工作面沖擊地壓事故的再次發(fā)生,技術(shù)部門認(rèn)真分析了本次事故的發(fā)生原因,制定防治沖擊地壓的新措施,保障煤礦采掘安全。
豐峪煤業(yè)隸屬霍州煤電集團(tuán),核定生產(chǎn)能力120萬(wàn)t/a。2015年10月10該煤礦發(fā)生沖擊地壓事故,2235上平巷從2015年6月20日開(kāi)始掘進(jìn)施工,截至沖擊地壓事故日掘進(jìn)平巷已推進(jìn)施工480m,僅剩余18.0m貫通。2235工作面斜長(zhǎng)130m,安裝有86組液壓支架?;局Ъ茴愋蜑閆F5400/17/28型放頂煤液壓支架,支架初撐力31.5MPa,工作阻力為5400kN(p=38.2MPa),支護(hù)強(qiáng)度大于0.8MPa;端頭支架ZFG5600/18/28型過(guò)渡放頂煤支架,上、下端頭各3架,支架初撐力31.5MPa,工作阻力為5600kN(P=38.2MPa),支護(hù)強(qiáng)度0.89MPa。2235工作面上、下順槽標(biāo)高為-840m、-920m,地面標(biāo)高為+128m。
該次沖擊地壓事故造成3人死亡3人重傷,摧毀巷道82m,巷道頂?shù)资湛s1.4~2.5m,兩幫收縮1.0~2.3m,迎頭以外30m處巷道高0.5m。2235上平巷全長(zhǎng)498m,事故發(fā)生時(shí)完成掘進(jìn)施工480m,僅剩余18.0m貫通。沖擊地壓發(fā)生前2235上平巷掘進(jìn)迎頭正在進(jìn)行最后一根錨桿的安裝作業(yè),距離2235工作面160m。
對(duì)2235工作面所在煤層進(jìn)行沖擊傾向性的鑒定,鑒定結(jié)果如表1所示。
從表1數(shù)據(jù)可知,2235工作面所處的四層煤具有強(qiáng)烈沖擊傾向,直接頂具有中等沖擊傾向性,這是該工作面發(fā)生沖擊地壓事故的重要依據(jù)。保護(hù)層開(kāi)采完成后,對(duì)于2235工作面來(lái)講,2235下平巷位置正處于保護(hù)層應(yīng)力強(qiáng)烈釋放帶上,因此沒(méi)有發(fā)生沖擊地壓危險(xiǎn)的可能;但是2235上平巷卻正好處于保護(hù)層應(yīng)力的恢復(fù)帶上,導(dǎo)致了2235上平巷圍巖應(yīng)力變高,為10月10日的沖擊地壓事故提供了基礎(chǔ)條件。
表1 沖擊傾向性鑒定結(jié)果表
(1)沖擊地壓力源分析
監(jiān)測(cè)結(jié)果表明本次沖擊地壓力源點(diǎn)標(biāo)為(3201,4304,-857),震源中心處在該掘進(jìn)工作面前方10m四層煤底板下55m,距2235上平巷開(kāi)采線150m。在該沖擊地壓力源點(diǎn)上有一F2斷層,該斷層長(zhǎng)度119m、落差1.6m、傾角60°,貫穿于2235上平巷道,有一條正斷層貫穿掘進(jìn)巷道,其走向垂直于上順槽,將該斷層命名為F2斷層。
(2)斷層活化發(fā)生沖擊地壓機(jī)理
煤體應(yīng)力和支承壓力在斷層活化前保持著臨界平衡,當(dāng)掘進(jìn)施工至接近斷層時(shí),微弱的采動(dòng)都會(huì)影響到之間的平衡狀態(tài),造成局部高應(yīng)力區(qū)承載力失效,從而就會(huì)導(dǎo)致斷層開(kāi)始活化。斷層活化的類型主要有兩種:第一種為走向斷層及落差較小斷層,該類型斷層自身的最大承壓能力較小,工作面掘進(jìn)期間隨采隨動(dòng),但是活化積聚的能力較小,無(wú)大能量釋放,不會(huì)發(fā)生破壞性沖擊地壓。第二種類型為傾向斷層及落差較大斷層,該類型斷層自身的最大承壓能力較大,當(dāng)其活化積聚的能量到達(dá)一定程度就會(huì)進(jìn)行釋放,從而容易發(fā)生沖擊地壓事件。從斷層活化的原理來(lái)看,當(dāng)工作面推進(jìn)至斷層區(qū)域時(shí)容易發(fā)生沖擊地壓事件,具體可見(jiàn)圖1所示。
圖1 斷層活化發(fā)生沖擊地壓機(jī)理原理圖
F2斷層長(zhǎng)度119m、落差1.6m、傾角60°,屬于落差較大斷層,屬于能發(fā)生能量沖擊地壓最危險(xiǎn)的地質(zhì)構(gòu)造。當(dāng)2235上平巷道掘進(jìn)推進(jìn)至F2附近時(shí),造成了該斷層活化,實(shí)現(xiàn)較大能量的積聚,當(dāng)基礎(chǔ)條件達(dá)到時(shí)就會(huì)誘發(fā)沖擊地壓事故。從以上分析來(lái)看,F(xiàn)2斷層活化是誘發(fā)2015年10月10日沖擊地壓事故的主要力源,最后發(fā)生了災(zāi)難性的后果。
從2235面上平巷圖中可以看到,2235開(kāi)采線上方有六層煤柱,為42m,總面積為9900m2。根據(jù)微地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果,繪制了2235上平巷強(qiáng)剪切帶平面圖,如圖2所示。以六層煤柱為圓點(diǎn)向外擴(kuò)散,其六層煤柱40m范圍內(nèi)皆為減壓帶,六層煤柱50~100m范圍內(nèi)皆為強(qiáng)剪切帶,六層煤柱40~120m范圍內(nèi)皆為增壓帶。在50~100m的區(qū)域內(nèi),2235堅(jiān)硬的頂板、底板和煤層的斷裂都能成為沖擊地壓發(fā)生的誘因。2235上平巷掘進(jìn)頭正處于六層煤柱50~100m強(qiáng)剪切帶范圍內(nèi),成為了沖擊地壓事故發(fā)生的最危險(xiǎn)區(qū)域。
圖2 2235上平巷強(qiáng)剪切帶平面圖
該煤礦四層煤第一個(gè)綜放工作面為2234,處于2235工作面的上區(qū)段。地表沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示沉降量為0.75m,對(duì)于2233工作面的沉降量的2.55m,數(shù)據(jù)上小了1.8m。充分說(shuō)明了2234工作面頂板上部的礫巖存在著沉降不完全的現(xiàn)象,同時(shí)還以多層懸臂梁的模式作用在2235上平巷的區(qū)域范圍內(nèi)。這也是本次沖擊地壓事故發(fā)生的原因。
該次沖擊地壓對(duì)巷道破壞較大,為防止沖擊地壓事故發(fā)生,研究制定了針對(duì)性防治措施。第一步:停止2235上平巷的掘進(jìn)施工,貫通剩余18m煤柱。實(shí)施措施:在掘進(jìn)頭平行布置兩個(gè)長(zhǎng)10m鉆孔,進(jìn)行爆破卸壓,現(xiàn)場(chǎng)施工第一個(gè)卸壓鉆孔時(shí),鉆進(jìn)5m煤粉量增大,鉆進(jìn)困難并引發(fā)一次沖擊地壓,沖出煤粉15t左右。證明該區(qū)域范圍內(nèi)確實(shí)存有強(qiáng)剪切帶,這與上述分析一致。根據(jù)強(qiáng)剪切帶范圍,中區(qū)域是50~100m。第二步:在2235上平巷底板掘一條副巷,必須要采用大面積深孔爆破作業(yè)來(lái)對(duì)卸壓消除強(qiáng)剪切帶,然后再貫通掘進(jìn)頭剩余的18m煤柱。大面積深孔爆破卸壓措施:四層煤頂板卸壓孔,孔長(zhǎng)40m,仰角角度38°,垂直于四層煤;四層煤底板卸壓孔,孔間距2m,每個(gè)孔裝藥量20kg,每8個(gè)孔為一組起爆。
2016年1月5日至2016年1月29日共打卸壓孔150個(gè),裝藥量為3331kg,見(jiàn)表2所示。
表2 深孔爆破統(tǒng)計(jì)表
微地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,本次大面積深孔爆破卸壓措施共釋放能量15.8×106J,此時(shí)對(duì)2235上平巷掘進(jìn)頭應(yīng)力進(jìn)行檢驗(yàn),煤粉量小于2.1kg/m,符合剩余18m煤柱進(jìn)行貫通的應(yīng)力安全指標(biāo)。
對(duì)霍州煤電集團(tuán)豐峪煤礦2235采煤工作面發(fā)生的重大沖擊地壓事故進(jìn)行原因分析,四煤層本身具有強(qiáng)烈沖擊傾向性、采深大、應(yīng)力高是發(fā)生沖擊地壓的必要條件。F2斷層的活化是主要的力源,2235上平巷掘進(jìn)頭處于強(qiáng)剪切帶范圍內(nèi)也是事故發(fā)生的重要因素。針對(duì)本次沖擊地壓事故豐峪礦提出的防治沖擊地壓的新措施,卸壓效果表明該措施切實(shí)可行。