重大冲击地压事故原因分析及防治措施

梁 敏

（霍州煤电集团丰峪煤业综采队，山西 霍州 031400）

霍州煤电集团丰峪煤业2235采煤工作面上平巷掘进头处于2015年10月10日发生冲击地压事故，造成3人死亡3人重伤，事故破坏巷道82m。为防止该工作面冲击地压事故的再次发生，技术部门认真分析了本次事故的发生原因，制定防治冲击地压的新措施，保障煤矿采掘安全。

1 概述

1.1 地质条件

丰峪煤业隶属霍州煤电集团，核定生产能力120万t/a。2015年10月10该煤矿发生冲击地压事故，2235上平巷从2015年6月20日开始掘进施工，截至冲击地压事故日掘进平巷已推进施工480m，仅剩余18.0m贯通。2235工作面斜长130m，安装有86组液压支架。基本支架类型为ZF5400/17/28型放顶煤液压支架，支架初撑力31.5MPa，工作阻力为5400kN（p=38.2MPa），支护强度大于0.8MPa；端头支架ZFG5600/18/28型过渡放顶煤支架，上、下端头各3架，支架初撑力31.5MPa，工作阻力为5600kN（P=38.2MPa），支护强度0.89MPa。2235工作面上、下顺槽标高为-840m、-920m，地面标高为+128m。

1.2 冲击地压事故

该次冲击地压事故造成3人死亡3人重伤，摧毁巷道82m，巷道顶底收缩1.4～2.5m，两帮收缩1.0～2.3m，迎头以外30m处巷道高0.5m。2235上平巷全长498m，事故发生时完成掘进施工480m，仅剩余18.0m贯通。冲击地压发生前2235上平巷掘进迎头正在进行最后一根锚杆的安装作业，距离2235工作面160m。

2 冲击地压事故发生原因分析

2.1 煤层具有冲击倾向性

对2235工作面所在煤层进行冲击倾向性的鉴定，鉴定结果如表1所示。

从表1数据可知，2235工作面所处的四层煤具有强烈冲击倾向，直接顶具有中等冲击倾向性，这是该工作面发生冲击地压事故的重要依据。保护层开采完成后，对于2235工作面来讲，2235下平巷位置正处于保护层应力强烈释放带上，因此没有发生冲击地压危险的可能；但是2235上平巷却正好处于保护层应力的恢复带上，导致了2235上平巷围岩应力变高，为10月10日的冲击地压事故提供了基础条件。

表1 冲击倾向性鉴定结果表

2.2 断层活化因素分析

（1）冲击地压力源分析

监测结果表明本次冲击地压力源点标为（3201，4304，-857），震源中心处在该掘进工作面前方10m四层煤底板下55m，距2235上平巷开采线150m。在该冲击地压力源点上有一F2断层，该断层长度119m、落差1.6m、倾角60°，贯穿于2235上平巷道，有一条正断层贯穿掘进巷道，其走向垂直于上顺槽，将该断层命名为F2断层。

（2）断层活化发生冲击地压机理

煤体应力和支承压力在断层活化前保持着临界平衡，当掘进施工至接近断层时，微弱的采动都会影响到之间的平衡状态，造成局部高应力区承载力失效，从而就会导致断层开始活化。断层活化的类型主要有两种：第一种为走向断层及落差较小断层，该类型断层自身的最大承压能力较小，工作面掘进期间随采随动，但是活化积聚的能力较小，无大能量释放，不会发生破坏性冲击地压。第二种类型为倾向断层及落差较大断层，该类型断层自身的最大承压能力较大，当其活化积聚的能量到达一定程度就会进行释放，从而容易发生冲击地压事件。从断层活化的原理来看，当工作面推进至断层区域时容易发生冲击地压事件，具体可见图1所示。

图1 断层活化发生冲击地压机理原理图

F2断层长度119m、落差1.6m、倾角60°，属于落差较大断层，属于能发生能量冲击地压最危险的地质构造。当2235上平巷道掘进推进至F2附近时，造成了该断层活化，实现较大能量的积聚，当基础条件达到时就会诱发冲击地压事故。从以上分析来看，F2断层活化是诱发2015年10月10日冲击地压事故的主要力源，最后发生了灾难性的后果。

2.3 煤柱的存在形成强剪切带

从2235面上平巷图中可以看到，2235开采线上方有六层煤柱，为42m，总面积为9900m2。根据微地震监测数据结果，绘制了2235上平巷强剪切带平面图，如图2所示。以六层煤柱为圆点向外扩散，其六层煤柱40m范围内皆为减压带，六层煤柱50～100m范围内皆为强剪切带，六层煤柱40～120m范围内皆为增压带。在50～100m的区域内，2235坚硬的顶板、底板和煤层的断裂都能成为冲击地压发生的诱因。2235上平巷掘进头正处于六层煤柱50～100m强剪切带范围内，成为了冲击地压事故发生的最危险区域。

图2 2235上平巷强剪切带平面图

2.4 2234工作面沉降不充分

该煤矿四层煤第一个综放工作面为2234，处于2235工作面的上区段。地表沉降观测数据显示沉降量为0.75m，对于2233工作面的沉降量的2.55m，数据上小了1.8m。充分说明了2234工作面顶板上部的砾岩存在着沉降不完全的现象，同时还以多层悬臂梁的模式作用在2235上平巷的区域范围内。这也是本次冲击地压事故发生的原因。

3 冲击地压防治措施

该次冲击地压对巷道破坏较大，为防止冲击地压事故发生，研究制定了针对性防治措施。第一步：停止2235上平巷的掘进施工，贯通剩余18m煤柱。实施措施：在掘进头平行布置两个长10m钻孔，进行爆破卸压，现场施工第一个卸压钻孔时，钻进5m煤粉量增大，钻进困难并引发一次冲击地压，冲出煤粉15t左右。证明该区域范围内确实存有强剪切带，这与上述分析一致。根据强剪切带范围，中区域是50～100m。第二步：在2235上平巷底板掘一条副巷，必须要采用大面积深孔爆破作业来对卸压消除强剪切带，然后再贯通掘进头剩余的18m煤柱。大面积深孔爆破卸压措施：四层煤顶板卸压孔，孔长40m，仰角角度38°，垂直于四层煤；四层煤底板卸压孔，孔间距2m，每个孔装药量20kg，每8个孔为一组起爆。

4 卸压效果分析

2016年1月5日至2016年1月29日共打卸压孔150个，装药量为3331kg，见表2所示。

表2 深孔爆破统计表

微地震监测数据表明，本次大面积深孔爆破卸压措施共释放能量15.8×106J，此时对2235上平巷掘进头应力进行检验，煤粉量小于2.1kg/m，符合剩余18m煤柱进行贯通的应力安全指标。

5 结论

对霍州煤电集团丰峪煤矿2235采煤工作面发生的重大冲击地压事故进行原因分析，四煤层本身具有强烈冲击倾向性、采深大、应力高是发生冲击地压的必要条件。F2断层的活化是主要的力源，2235上平巷掘进头处于强剪切带范围内也是事故发生的重要因素。针对本次冲击地压事故丰峪矿提出的防治冲击地压的新措施，卸压效果表明该措施切实可行。