特殊條件下錨網(wǎng)支護巷道冒頂機理分析

文/李德軍尚文斌

特殊條件下錨網(wǎng)支護巷道冒頂機理分析

文/李德軍尚文斌

近幾十年來，錨網(wǎng)支護以其支護效率高、安全可靠、成本低的優(yōu)越性，在煤礦巷道支護中得到了廣泛的應用，為確保企業(yè)安全生產和經(jīng)濟效益的大幅提升充分發(fā)揮了技術保障作用。靖遠煤業(yè)集團公司是國有大型煤炭企業(yè)，所屬各礦井煤巷錨網(wǎng)支護率近達100%。但在礦井錨網(wǎng)支護的現(xiàn)場實踐中，由于受各種條件和因素的制約，發(fā)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(tǒng)（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(wǎng)（索）支護加戴帽點柱的聯(lián)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(wǎng)。

切眼在擴掘至剩余6m時，發(fā)現(xiàn)頂板有掉碴、裂縫現(xiàn)象（無爆聲），點柱被壓裂、鉆頂?shù)装澹S即發(fā)生頂板緩慢下沉并垮落，從而發(fā)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?shù)酌壕蜻M，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(fā)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(fā)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(fā)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(wěn)定的影響，破頂板掘進時，應力平衡狀態(tài)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(fā)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(wěn)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(wěn)定性。

2.支護參數(shù)

①在特殊的地質條件下，支護設計中錨桿、錨索參數(shù)不合理，錨固端未處于穩(wěn)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(wěn)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(shù)，對錨桿（索）、網(wǎng)、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(wěn)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(wǎng)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(wǎng)支護巷道進行及時的收斂變形監(jiān)測，尤其是在偽頂和直接頂極不穩(wěn)定的復合頂板條件下對頂板的離層監(jiān)測不到位，沒能及時發(fā)現(xiàn)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(wěn)固巖層上，抗拉強度低，如果及時試驗就會及早發(fā)現(xiàn)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(huán)境不協(xié)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(zhí)行安全措施，存在違章作業(yè)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(wěn)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(wěn)作用是分開的，隨著圍巖條件的變化，在頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞時，組合梁也就不存在了。

3.錨網(wǎng)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(qū)別在于可以錨固在圍巖深部的穩(wěn)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(huán)境下，單一的錨網(wǎng)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(lián)合支護。

6.錨網(wǎng)支護在發(fā)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(jiān)測，及時對錨網(wǎng)支護效果的安全性進行分析評估。

7.在已發(fā)生頂板掉包、下沉等變形現(xiàn)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(yè)集團公司）

（責任編輯：林海源）