特殊條件下錨網支護巷道冒頂機理分析

文/李德軍尚文斌

特殊條件下錨網支護巷道冒頂機理分析

文/李德軍尚文斌

近幾十年來，錨網支護以其支護效率高、安全可靠、成本低的優越性，在煤礦巷道支護中得到了廣泛的應用，為確保企業安全生產和經濟效益的大幅提升充分發揮了技術保障作用。靖遠煤業集團公司是國有大型煤炭企業，所屬各礦井煤巷錨網支護率近達100%。但在礦井錨網支護的現場實踐中，由于受各種條件和因素的制約，發生過幾起冒頂事故，給安全生產工作帶來了一定的影響。

一、典型冒頂案例

1.大斷面切眼冒頂

靖煤集團公司所屬1607綜放工作面切眼，含煤地層為侏羅中統（J2），煤層走向 104°～185°，傾向 SWNW，傾角 3°～11°，f=2.5～3.8，切眼位置煤層厚度小于3.0m，破頂板掘進，偽頂是0.6～0.8m厚的軟巖，直接頂為厚5.7m的中粒砂巖，老頂為12.7m的砂質泥巖。切眼掘進斷面21.6m2（7.2×3.0）采用分次成巷施工，采用錨網（索）支護加戴帽點柱的聯合支護形式，全斷面布置φ18×2600mm的螺紋鋼錨桿19根，其中頂部11根，幫部各4根，每隔三排在頂部打注6m長錨索3根，鋪設小孔菱形金屬網。

切眼在擴掘至剩余6m時，發現頂板有掉碴、裂縫現象（無爆聲），點柱被壓裂、鉆頂底板，隨即發生頂板緩慢下沉并垮落，從而發生冒頂事故 （長26m，寬7.0m，高8.0m），所幸未造成人員傷亡。

2.大傾角巷道冒頂

冒頂巷道煤層偽頂為2.0m炭質泥巖，直接頂為6.5m的鋁質泥巖，老頂為19.7m的細砂巖。煤層傾角48°，厚度 7.0 米，容重 1.35T/m3，f=1.3-1.5，留頂底煤掘進，厚度均為2.0m左右。巷道施工寬4.2m，高3.0m，全斷面布置13根φ16×2600的鋼錨桿，每2.4m打注6m錨索3根。巷道施工后頂幫變形嚴重，在進行擴幫挑頂維修時，維修接茬處發生冒頂，長度4m，寬3.7m，高3.5m，造成1人死亡的安全生產事故。

二、原因分析

針對以上冒頂事故，對其發生的原因作以下分析。

1.地質條件

①冒頂巷道所處煤層均存在層理發育，泥質膠結、粘結性差的偽頂，形成復合頂板，整體性差、頂板容易離層，錨桿懸掉作用受到限制。

②受斷層破碎帶和煤層可采邊界頂板沉積不穩定的影響，破頂板掘進時，應力平衡狀態被破壞，致使煤層頂板松散破碎，圍巖相互摩擦力減小，組合梁作用難以正常發揮。

③巷道處于大傾角煤（巖）層中，加之存在復合頂板，圍巖在自重作用下形成滑移，使錨桿所承受的圍巖自重大大增加，擠壓體強度大大降低，未能形成較為穩定的壓縮拱。

④掘進過程中，留設2.0m左右的頂煤，人為增加巷道頂板的復合性，進一步降低了圍巖的穩定性。

2.支護參數

①在特殊的地質條件下，支護設計中錨桿、錨索參數不合理，錨固端未處于穩定的巖層中，降低了錨桿的支護作用。

②巷道斷面大，上覆圍巖自重大，圍巖應力強，由于錨桿（索）長度不夠，無法將松動圍巖固定在穩固巖層上。

③巷道施工過程中，在遇到斷層破碎帶、大傾角復合頂板等施工條件變化時，沒有及時針對性地調整支護參數，對錨桿（索）、網、點柱等支護間的先后時序和耦合作用考慮不周，導致支護強度低于巷道應力。

④在不穩定圍巖條件下施工巷道，應力重新分布過程中巷道變形會較為劇烈，所以在錨網支護設計中應該考慮錨桿的讓壓作用。

⑤在巷道擴掘維修過程中，采取的臨時支護措施不到位，未能保證在完成永久支護前的施工安全。

3.施工管理

①沒有對錨網支護巷道進行及時的收斂變形監測，尤其是在偽頂和直接頂極不穩定的復合頂板條件下對頂板的離層監測不到位，沒能及時發現巷道圍巖的離層變化情況，錯過了最適宜的加固支護時機。

②對錨桿錨固力抗拉拔試驗不及時，錨桿沒有錨固在穩固巖層上，抗拉強度低，如果及時試驗就會及早發現隱患。

③施工過程的安全管理存在缺陷，部分錨桿（索）安裝質量不符合質量標準要求，存在安裝角度不夠、錨固力不足、初錨緊固不到位施工質量問題。

④工作場所人、機、環境不協調，在特殊施工條件和存在安全隱患的情況下，施工人員沒有嚴格執行安全措施，存在違章作業行為。

三、總結和思考

1.錨桿支護在巷道處于構造帶或頂部巖層較軟弱，不穩定巖層厚度超過支護錨桿長度的情況下，其懸吊作用消失，并且將被錨固體與原巖體進行了分離。

2.作為主動支護的錨桿支護作用與圍巖的自穩作用是分開的，隨著圍巖條件的變化，在頂板較破碎、連續性受到破壞時，組合梁也就不存在了。

3.錨網支護設計中，錨桿桿體要采用高強度螺紋鋼筋，木托板面積選擇過大反而會影響支護強度，建議控制在200mm見方以內，螺母與托板之間要加裝緩沖彈墊，起到讓壓支護的作用。

4.錨索與單體錨桿的功能是一樣的，它與錨桿的主要區別在于可以錨固在圍巖深部的穩定巖層中，將錨桿的加固作用和錨桿群的成拱作用所形成的加固拱懸吊起來，在圍巖條件較差的情況下，要考慮每根錨索所承擔的懸吊強度，使荷載均勻分布。

5.在特殊的地質條件和施工環境下，單一的錨網支護不能滿足巷道安全支護的需要，要采用與其他的被動支護進行聯合支護。

6.錨網支護在發揮主動支護作用的同時，宏觀的支護效果存在隱蔽性，必須采用收斂變形和頂板離層監測，及時對錨網支護效果的安全性進行分析評估。

7.在已發生頂板掉包、下沉等變形現象的巷道中，打戴帽木點柱可以起到加強支護和信號柱的作用。

（作者單位：靖遠煤業集團公司）

（責任編輯：林海源）