巷道支護方式選擇與頂板事故預防的研究

摘要：文章根據陳壢煤礦的巖性特點，對改擴建工程掘進施工中的巷道支護方式進行研究，選擇了安全、經濟、合理并適用于該類巖層掘進的支護方式，預防了頂板事故的發生，從而促進礦井安全生產管理和提高企業經濟效益。

關鍵詞：支護方式選擇；頂板事故；預防措施

中圖分類號：TD327.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）08-0174-01

1 問題的提出

陳壢煤礦原來為地方小煤礦，1997年投產，設計生產能力3萬t/a。由于受產業政策影響，2010年被省屬國有企業整合并購，并于2011年進行改擴建，建設規模和設計生產能力為6 萬t/a。改擴建工程設計掘進及擴刷工程量4000多米，在施工過程中發現礦井圍巖穩定性不僅變化大，而且圍巖較為破碎；斷層較多，層理發育，圍巖易風化脫層；斷面較大時易冒頂，導致安全的不穩定因素增多，不僅給安全造成較大壓力，也給改擴建工程進度和經濟性之間形成矛盾。因此，加強掘進巷道支護方式選擇和頂板事故預防研究，確保施工安全和提高經濟效益是必須解決的重要課題。

2 礦井原有巷道支護方式

①礦井開采煤層及圍巖情況。礦區開采煤層主采煤層為B5煤層，傾角平緩，平均厚度1.1 m，煤層較不穩定。煤層頂板巖性為粉砂巖、砂質泥巖，底板巖性為細砂巖。礦井大小斷層較多，圍巖穩定性級別跨度大，受構造破壞地段巖性較破碎，頂板較易垮落。礦井開拓過程中，遇這些地段易產生冒頂、片幫等工程地質問題。

②礦井改擴建前巷道支護情況。礦井改擴建前支護方式主要有木支架、水泥支架、舊鋼管支架。主要是原來巷道斷面小，巷道寬度在1.8 m左右，基本能滿足。但存在木支架易腐爛；水泥支架笨重，難架高，占巷道面積；舊鋼管支架不受壓。

3 礦井圍巖及采取支護情況

由于礦井改擴建工程建設，隨著國家安全生產標準提高，礦井生產規模擴大及區段延深，提升、運輸、供電、通風等系統都進行了較大變化，加大了巷道斷面。造成頂板暴露風化面積加大，頂板更易冒落。原有的水泥支架、鋼管支架不能在現有施工巷道中使用，礦井巷道掘進初期以噴漿為主。由于礦井擴建初期，圍巖資料收集不全，沒有相應的措施來保證支護的安全。進行支護設計時，只能進行簡單的工程類比，沒有可靠依據。同時，由于巷道斷面較大，掘進時采用中深孔爆破作業，對圍巖破壞較大。而且復雜的地質條件，造成支護形式跟不上圍巖變化。為了確保安全，就用木支架進行臨時支護，造成后期進行重新支護，嚴重制約工程進度和提高工程造價。因此，在認真分析現場巖性變化、巷道用途及服務年限不同，分別選取以下幾種支護方式。

①噴漿支護。在巖性比較好、破碎程度不高地點，采用噴漿支護，防止風化效果較好。主要優點是速度快、成本低。缺點是在巖性較破碎或層理發育地點不能使用。

②錨桿（錨噴）支護。在頂板層理發育，受壓后斷裂脫層的巷道使用。錨桿主要加大頂板層理之間拉力，增加噴漿則防止層理氧化，防止脫層。主要優點是成本低、架設快、不占用巷道斷面空間。缺點是受到條件限制，破碎地點不能使用，施工打眼較為困難。

③金屬支架。根據國家推廣“以鋼代木”，礦井也積極推廣使用。主要在運巷壓力較大、巖性較破碎使用。主要優點是安全適用，可以復用，架設方便。缺點是成本高，初期投入大。

④砌碹支護。采用碎石和混凝土砌碹。在巖性破碎、斷層破碎帶、壓力較大及機房峒室等地點使用。主要優點是抗壓能力強，幫頂不冒落。缺點是造價高，進度慢。

4 頂板事故的預防及巷道支護方式的選擇

4.1 頂板事故的基本特點及原因

①發生頂板事故的特點。冒頂段普遍較小，且發生在地質條件變化的地段。如小斷層、巖石破碎、頂板裂隙發育、墻拱交接區邊緣有極易發生離層的弱面存在等。冒頂地點都發生在成巷部分，交叉點段。

②頂板事故的原因。對地質條件變化掌握不到位，不能及時了解和掌握施工現場的頂板情況，無法采取及時有效的措施來應對條件的變化。在類似條件巷道支護設計的對照應用中，降低支護等級，強調支護成本，忽視技術問題；調進尺考核，忽視施工質量控制監測；特殊地段設計的支護方案落實不到位。雖然礦井在巷道支護技術攻關和推廣應用的總體安全形勢較好，但也存在的一些問題。特別是在維護期長的靜態臨界巷道冒頂現象表現為突發性、超常規性和大規模性三個特點。因此必須系統地研究，根據圍巖性質總結出一整套科學、合理、可行的巷道支護方式，實現巷道支護技術的本質安全。

4.2 巷道頂板事故預防

①支護巷道的特點。巷道支護的目標是在盡量低的支護成本條件下使巷道圍巖穩定，防止圍巖產生危害性塌落，并保持有足夠的使用斷面。其支護巷道的特點有：圍巖松軟、破碎，節理、層理發育，支護的對象是破裂煤巖體，圍巖穩固性能差；受地質構造影響，圍巖結構及物理力學性質變化大，構造應力也有很大差別；在構造強烈作用下圍巖變形劇烈，絕對變形量大；巷道工程量大，服務時間短，支護結構必須簡單實用，造價低廉。以上這些特點決定了安全可靠性研究必須充分考慮技術經濟的優越性和可行性。

②預防頂板事故措施。為了保證支護安全性和預防頂板事故的發生，必須做好支護方式選擇和采取一些相應的措施，從支護手段的源頭上保證安全可靠。第一，井巷位置的合理布置。在設計中，選擇堅硬均質巖體內進行布置井巷位置，并從施工和維護角度加以充分考慮，避免在應力集中區內布置巷道。第二，選擇合理爆破作業方式。前期由于采用中深孔爆破，裝藥量大，對圍巖破壞也大。因此，要求盡量采用光爆技術，合理布置炮眼，減少用藥量，采用毫秒起爆等措施，減少爆破對巷道穩定性的影響，提高巷道成型，保持圍巖完整性，提高巷道圍巖的自身的“承載”能力。第三，采取合理設計保障。根據施工過程的跟蹤、觀察、分析，建立一套較為科學合理、適應礦井支護條件變化頻繁的支護方案和設計參數調整方法，既要避免冒頂事故發生，又不能使設計參數過于保守，造成材料的浪費和掘進速度降低。第四，采取技術管理保障。分析評價已有的施工管理措施、經驗、教訓，總結快速施工技術，形成一套貫穿施工過程的行之有效的技術管理規范，在井下施工過程管理中提供詳細的技術管理指導，確保實施過程中的安全可靠。

③合理選擇支護方式。根據圍巖情況合理選擇支護方式，有效控制頂板和降低成本。在圍巖較穩定，以采用噴漿為主；在頂板層理發育則增加錨桿支護；在石門或運巷圍巖較為破碎，錨噴不能滿足的前提下，則采用金屬支架，并配以處理過的舊油桶加工成的鐵皮進行背幫頂；在機房硐室和巖性破碎且壓力較大則采用砌碹支護。

5 應用效果小結

通過總結經驗教訓，以及對陳壢煤礦圍巖與支護方式的研究、分析，比較各種支護方式的優缺點和適用條件，能根據圍巖變化合理選擇支護方式，有效控制頂板事故的發生。基本解決各種支護技術的安全可靠性問題，形成支護手段保障和安全保障技術體系，為技術和管理手段提供了良好的安全保障。基本實現支護技術和巷道頂板管理技術的本質安全，使企業也取得良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1] 孫景權.巷道頂板事故預防及斷面優化探討[J].中國新技術新產品，2012，（8）.