1 工作面概況 　　峰峰集團(tuán)公司大淑村礦172104工作面開采二疊系山西組2號(hào)煤（俗名大煤），煤厚4.6～5.8m，傾角5°～15°，走向長(zhǎng)880m，傾斜寬140m。頂夾石距頂板0.4～0.6m，厚0.5～1.0m，底夾石距底板1.6m，厚0.1m。直接頂為粉砂巖，厚4.0m，老頂為細(xì)砂巖，厚4.0～20m，直接底為粉砂巖，厚10.0m。采用輕型支架放頂煤采煤法，一次采全高。 　　172104掘進(jìn)工作面溜子道、運(yùn)料巷、均摸2號(hào)煤底板掘進(jìn)。支護(hù)采用U25型鋼。兩巷掘進(jìn)斷面12m2。 　　172104工作面下部的174104野青保護(hù)層工作面已回采。由于174104野青保護(hù)層工作面地質(zhì)條件復(fù)雜、斷層多，回采期間丟下2塊煤柱。 　　2 問題的提出 　　172104工作面是在其下部174104野青保護(hù)層工作面回采后才進(jìn)行巷道掘進(jìn)的。2004年6月22日，172104工作面溜子道報(bào)刊到保護(hù)層斷線（“切斷線”：隨回采工作面推進(jìn)，直接頂、老頂懸露的跨度不斷增長(zhǎng)，其撓度增加，煤壁內(nèi)的支承壓力也隨著增長(zhǎng)，直到直接頂、老頂達(dá)到極限跨度時(shí)，沿煤壁或煤壁內(nèi)發(fā)生破斷，所形成的不規(guī)則破斷面在鉛直平面上的投影線）處，掘進(jìn)工作面發(fā)生冒頂事故。冒落范圍（平均）高3.5m、長(zhǎng)5.5m、寬5m，冒落體積約為96.25m3。同時(shí)，冒頂期間瓦斯涌出量明顯增加。該掘進(jìn)工作面供風(fēng)量784m3/min，冒頂前，風(fēng)流中正常瓦斯?jié)舛葹?.3％，瓦斯涌出量為2.35 m3/min ，冒頂時(shí)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛葹?.8％，瓦斯涌出量達(dá)6.27 m3/min ，是正常涌出量的2.67倍。 　　2004年6月24日，172104運(yùn)料巷掘至保護(hù)層切斷線以時(shí)4m處，掘進(jìn)工作面發(fā)生冒頂事故，冒落范圍（平均）高1.7m，寬2.5m，長(zhǎng)2m，冒落體積為8.5 m3，同時(shí)，冒頂期間，瓦斯涌出量劇增。該掘進(jìn)工作面供風(fēng)量592 m3/min，冒頂前風(fēng)流中正常瓦斯?jié)舛葹?.6％，瓦斯涌出量為3.6 m3/min，冒頂期間風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)3.5％，瓦斯涌出量為20.72 m3/min，是正常涌出量的5076倍。 　　在上述2個(gè)掘進(jìn)工作面過保護(hù)層切斷線施工過程中，我們十分謹(jǐn)慎，都是在掘進(jìn)工作面距切斷線20m前就采取了打排放鉆孔的防卸壓措施。發(fā)生冒頂前，掘進(jìn)工作面都施工了10個(gè)深9m、孔徑Φ89mm的排放卸壓鉆孔，經(jīng)效果檢驗(yàn)。測(cè)得的突出危險(xiǎn)性指標(biāo)都在《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》規(guī)定的臨界值以下，采用同樣的措施，在此之前的兩巷掘進(jìn)過程中沒有出現(xiàn)過冒頂及瓦斯涌出異?，F(xiàn)象。 　　為什么172104溜子道及運(yùn)料巷2個(gè)掘進(jìn)工作面過保護(hù)層切斷線時(shí)，在施工了排放卸壓孔、并經(jīng)過效果檢驗(yàn)突出危險(xiǎn)性指標(biāo)不超標(biāo)的情況下，還發(fā)生了冒頂事故呢？而且還伴隨著有瓦斯涌出異?，F(xiàn)象呢？ 　　3 冒頂及瓦斯涌出異常原因分析 　　3.1 2次冒頂事故的共同特點(diǎn) 　?。?）2個(gè)掘進(jìn)工作面都是從受到保護(hù)的區(qū)域向未保護(hù)區(qū)域推進(jìn)；（2）事故都發(fā)生在保護(hù)層工作面切斷線附近；（3）冒頂前，掘進(jìn)工作面附近煤體出現(xiàn)連續(xù)的煤炮聲響；（4）冒頂時(shí)，瓦斯涌出量明顯增大；（5）2個(gè)掘進(jìn)工作面均采用綜掘機(jī)掘進(jìn)，掘進(jìn)前都施工了10個(gè)深9m、孔徑Φ89mm的排放卸壓鉆孔。打排放卸壓鉆孔時(shí)，瓦斯涌出量比以往增大。打完排放鉆孔后，經(jīng)效果檢驗(yàn)，突出危險(xiǎn)性指標(biāo)在《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》規(guī)定的臨界值以下。冒頂時(shí)，2個(gè)掘進(jìn)工作面都保持有5m以上的排放瓦斯卸壓鉆孔前超前距和2m以上的效果檢驗(yàn)孔超前距。 　　3.2 冒頂原因及瓦斯涌出異常分析 　?。?）由于172104工作面下部的解放層工作面174104工作面在開采過程中留下2塊未采煤住，形成2個(gè)孤島和半孤島形煤柱。孤島形煤柱受幾個(gè)方向集中應(yīng)力的疊加作用，形成應(yīng)力集中區(qū)。孤島煤柱上的集中應(yīng)力區(qū)不僅對(duì)本煤層采掘有影響，而且對(duì)其上部的170104工作面，也造成局部集中應(yīng)力區(qū)。由于開掘巷道，破壞了原巖應(yīng)力，在開掘工作面區(qū)。由于開掘巷道，破壞了原巖應(yīng)力，在開掘工作面的前方地應(yīng)力變化較大，形成了一定的高應(yīng)力區(qū)。這樣2個(gè)集中應(yīng)力區(qū)相互疊加，形成了更高的應(yīng)力集中區(qū)。 　?。?）煤體的透氣性與周圍的應(yīng)力關(guān)系較大。作用在煤體上的壓應(yīng)力越大，煤體的透氣性就越小，因?yàn)樵趬毫Φ淖饔蒙?，煤體受壓變形，煤體內(nèi)的孔隙逐漸閉合，瓦斯運(yùn)移的通道也相應(yīng)減少。由于本礦大煤煤體強(qiáng)度低，在壓力的作用下，煤體內(nèi)的孔隙通道更容易閉合，煤體的透氣性會(huì)急劇降低，瓦斯?jié)B流非常困難，這樣為瓦斯聚集創(chuàng)造了條件。在這一范圍形成了瓦斯壓力增高區(qū)。 　?。?）煤體在集中應(yīng)力的作用下，發(fā)生搓揉和破碎，煤體的強(qiáng)度大大降低，煤體極易發(fā)生流冒。這2個(gè)掘進(jìn)工作面均采用ESMB－75A型綜掘機(jī)掘進(jìn)。雖然減少了爆破震動(dòng)影響，但在實(shí)際掘進(jìn)過程中揭露到這一瓦斯高壓帶，發(fā)現(xiàn)煤層搓揉明顯，煤體松軟。盡管迎頭得到及時(shí)支護(hù)，但煤體在揭露幾個(gè)小時(shí)后，煤體內(nèi)的應(yīng)力作用開始顯現(xiàn)，并且受到風(fēng)化影響，煤體以粉狀和小塊狀從架間、架前流出。在高應(yīng)力作用下，支架逐漸變形，盡管對(duì)空頂部分進(jìn)行了背頂和支架的加固工作，但在強(qiáng)大的瓦斯釋放能的作用下，出現(xiàn)了支架被推倒和冒頂事故。由于冒頂，煤體內(nèi)的應(yīng)力下降，透氣性系數(shù)大大增加，大量的瓦斯得以釋放。 　　綜上分析，筆者認(rèn)為上述2個(gè)掘進(jìn)工作面發(fā)生冒頂事故的原因是：瓦斯與掘進(jìn)工作面前方集中應(yīng)力共同作用的結(jié)果。瓦斯來源于本煤層，而集中應(yīng)力則是保護(hù)層切斷線附近的“殘余應(yīng)力”（保護(hù)層切斷線附近的“殘余應(yīng)力”實(shí)質(zhì)上就是保護(hù)層采空區(qū)前方的集中應(yīng)力）與本煤層掘進(jìn)工作面前方集中應(yīng)力的疊加。 　　通過對(duì)上述2次事故的反復(fù)思考和分析，認(rèn)為導(dǎo)致事故發(fā)生的主要因素就是保護(hù)層工作面切斷線附近的“殘余應(yīng)力”。當(dāng)掘進(jìn)工作面前方無切斷線（或地質(zhì)構(gòu)造）時(shí)，煤層瓦斯的釋放通道處于最佳狀態(tài)，隨著掘進(jìn)工作面的推進(jìn)，在其前方會(huì)形成一個(gè)相應(yīng)較寬的卸壓帶，經(jīng)打排放瓦斯卸壓鉆孔，煤層瓦斯能夠充分釋放，因此，冒頂很難發(fā)生，瓦斯涌出量相對(duì)較小。當(dāng)掘進(jìn)工作面前方的瓦斯卸壓帶推進(jìn)到野青保護(hù)層切斷線附近后，由于切斷線附近存在“殘余應(yīng)力”，煤層受擠壓變形，掘進(jìn)工作面前方煤層中的瓦斯已不可能再隨工作面的推進(jìn)正常釋放，在工作面前方逐漸聚起了1個(gè)較高的瓦斯壓力梯度。雖然在掘進(jìn)過程中打了10個(gè)排放瓦斯卸壓鉆孔，但由于煤層受“殘余應(yīng)力”作用，透氣性相對(duì)降低，鉆孔瓦斯排放半徑相對(duì)減小，在鉆孔之間和鉆孔以外的部位，煤體瓦斯仍不能得以有效釋放，當(dāng)瓦斯壓力和地應(yīng)力的作用超出了煤體的承受能力時(shí)，就發(fā)生垮塌冒落，進(jìn)而發(fā)展為冒頂事故，煤體中瓦斯釋放造成掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量突然增大。 　　4 如何防止類似事故發(fā)生 　　掘進(jìn)工作面過切斷線出現(xiàn)冒頂事故的概率較正常地段高是大家所公認(rèn)的，掘進(jìn)工作面由受保護(hù)區(qū)向未保護(hù)區(qū)推進(jìn)，瓦斯涌出量增大，也在情理之中。那么172104溜子道和運(yùn)料巷2個(gè)掘進(jìn)工作面掘進(jìn)至保護(hù)層切斷線附近發(fā)生冒頂和瓦斯異常涌出就不可避免嗎？回答是肯定的。 　　通過以上分析得知，172104溜子道和運(yùn)料巷掘進(jìn)工作面推進(jìn)到保護(hù)層切斷線附近發(fā)生冒頂，并伴隨瓦斯涌出異常，是因?yàn)榍袛嗑€附近存在“殘余應(yīng)力”，這種“殘余應(yīng)力”阻礙和影響了掘進(jìn)工作面前方煤體瓦斯的釋放。今后遇到類似情況，如果不采取有效的預(yù)防措施，不但冒頂事故難以避免，而且，當(dāng)瓦斯積聚的范圍和壓力達(dá)到一定程度時(shí)，還有可能造成煤與瓦斯突出事故的發(fā)生。 　　采取有效措施，使掘進(jìn)工作面前方“殘余應(yīng)力”和煤體瓦斯得到充分釋放，就可以防止類似事故發(fā)生。 　　經(jīng)過反復(fù)研究論證，我們?cè)诖竺壕蜻M(jìn)工作面過保護(hù)層切斷線掘進(jìn)過程中，當(dāng)掘進(jìn)工作面距切斷線20m時(shí)，就實(shí)施打排放瓦斯卸壓鉆孔措施，排放卸壓鉆孔數(shù)量由正常掘進(jìn)時(shí)的10個(gè)增加到30個(gè)，每個(gè)鉆孔深9m，孔徑Φ89mm；再掘進(jìn)工作面前方向兩幫煤體內(nèi)打10個(gè)深30m、Φ42mm的排放卸壓鉆孔，兩幫鉆孔要伸入到巷道輪廓線以外5m。由于鉆孔數(shù)量增多，深度加大，控制范圍加寬，掘進(jìn)工作面前方煤體瓦斯有了較好的釋放通道，特別是掘進(jìn)工作面較遠(yuǎn)處煤體內(nèi)的瓦斯能夠提前和較長(zhǎng)時(shí)間地排放。這樣一來，切斷線附近媒體瓦斯充分釋放后，失去支撐力，“殘余應(yīng)力”也隨之得以釋放。掘進(jìn)工作面向前推進(jìn)時(shí)，就可以避免冒頂及煤與瓦斯突出事故的發(fā)生。 　　172104運(yùn)料巷掘進(jìn)工作面過里段保護(hù)層切斷線掘進(jìn)期間，我們嚴(yán)格按照以上措施施工，掘進(jìn)工作面順利通過切斷線；在172104回采工作面過保護(hù)層切斷線時(shí)，除正常施工排放瓦斯卸壓鉆孔外，在工作面推進(jìn)到距切斷線附近10m處，沿工作面每5m打1個(gè)深30m、孔徑Φ42mm的排放瓦斯卸壓鉆孔，工作面也順利地推過了保護(hù)層切斷線，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。