巷道頂板事故預(yù)防及斷面優(yōu)化

摘 要：本文分析了掘進(jìn)巷道斷面形式的影響因素，闡述了地質(zhì)預(yù)報(bào)和井下實(shí)際的地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦巷道掘進(jìn)中斷面優(yōu)化的作用；提出適合某煤礦特殊地質(zhì)條件下，掘進(jìn)巷道合理斷面形式、斷面設(shè)計(jì)參數(shù)及正確的井巷支護(hù)；從而可以有效的控制巷道圍巖變形，預(yù)防煤礦巷道掘進(jìn)中的冒頂事故。

關(guān)鍵詞：巷道斷面；冒頂；斷面優(yōu)化；巷道支護(hù)

一、引言

頂板事故是煤礦生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一，是指在地下采煤過程中，頂板意外冒落造成作業(yè)人員傷亡、設(shè)備損壞、生產(chǎn)終止的事故。煤礦頂板事故主要受頂板巖性、巷道斷面形狀和參數(shù)確定、支護(hù)形式等因素控制。在實(shí)際煤礦巷道斷面設(shè)計(jì)、施工過程中，支護(hù)方式的選擇及支護(hù)參數(shù)的確定是重點(diǎn)考慮的問題，而對(duì)巷道斷面形狀的選擇考慮不足；然而，巷道斷面形狀對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性有較大的影響，同一地質(zhì)條件下，不同巷道斷面形狀對(duì)礦山壓力顯現(xiàn)影響較大，從而又決定了巷道支護(hù)方式[2-3]。本文從巷道斷面形狀、斷面參數(shù)優(yōu)化的角度研究適合不同地質(zhì)條件下斷面形式、斷面設(shè)計(jì)參數(shù)與支護(hù)方式，從而達(dá)到預(yù)防煤礦掘進(jìn)巷道頂板事故的目的。

二、掘進(jìn)巷道頂板事故

該煤礦掘進(jìn)13108隊(duì)施工的二采區(qū)右四巷，在施工至10#前20m時(shí)，頂板大面積來壓，造成頂板20多米的冒頂事故，冒頂區(qū)域無作業(yè)人員作業(yè)，未造成人員傷害，否則后果不堪設(shè)想。

1.事故原因分析。巷道斷面錨桿規(guī)格只有L=1.8m，L=1.6m的限制，間排拒1.0m×0.8m，依據(jù)礦上統(tǒng)一支護(hù)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)照理論性柱狀圖的設(shè)計(jì)支護(hù)形式，巷道斷面布置，見圖1，圖2。

當(dāng)施工至C#點(diǎn)時(shí)，巷道剛過斷層，并且?guī)r石泥化淋水加大，雖然當(dāng)時(shí)已對(duì)其所重視，但只對(duì)錨桿間距的加密，間距縮小一半，而當(dāng)時(shí)巖石的產(chǎn)狀，厚度已經(jīng)有所變化，穩(wěn)定的巖層已變成不穩(wěn)定巖層，錨桿固定的巖層已經(jīng)不穩(wěn)定，錨桿所具有主動(dòng)加固巖層之間的力，由于力的相互作用反而加大了不穩(wěn)定巖層的離層力，加上頂板大面積來壓，而造成大面積冒頂。

2.事故教訓(xùn)。在巷道掘進(jìn)過程中，理論性的柱狀圖僅供參考，在井下實(shí)際施工中，每隔50m或者100m或者過破碎帶、斷層時(shí)應(yīng)針對(duì)這一段單獨(dú)分析，分析其圍巖穩(wěn)定性，利用打錨索來判斷巖層的產(chǎn)狀、實(shí)際厚度來指定相應(yīng)的巷道斷面支護(hù)規(guī)格，優(yōu)化巷道斷面布置參數(shù)，預(yù)防巷道掘進(jìn)中的頂板下沉量和頂板的冒頂。

三、巷道斷面優(yōu)化

在巷道斷面設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)考慮井巷的斷面形式與支護(hù)形式，應(yīng)根據(jù)井巷工程的地質(zhì)條件、水文條件、圍巖性質(zhì)及井巷的用途， 確定合乎條件的、經(jīng)濟(jì)的巷道斷面；在特殊的地質(zhì)條件下應(yīng)根據(jù)其礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律、圍巖穩(wěn)定性采取適合的巷道斷面形式和支護(hù)方式。

以三采區(qū)皮帶道施工為例分析其巷道斷面布置參數(shù)。在拱形支護(hù)中，常見的支護(hù)形式是錨桿和錨索的聯(lián)合支護(hù)，形成組合拱。其主要作用是：①為加固拱作用：提高巖體的抗剪強(qiáng)度，阻止上部圍巖的松動(dòng)和變形拱的加固。②懸吊作用：將要冒落的危巖和軟弱巖層用組合拱的作用力來承擔(dān)巖石的重量。

防止冒頂主要結(jié)構(gòu)：1.巖石的傾向與巷道走向的夾角較小，L=1.8m.的錨桿可以打到穩(wěn)定巖層中。方案一、方案二如圖3、圖4所示。

如果頂板不破碎時(shí)，可以設(shè)計(jì)成方案一，將錨桿的錨入方向與巷道拱形邊緣垂直。然而頂板破碎時(shí)方案一錨桿錨入方案就顯得不合理，應(yīng)采用方案二布置參數(shù)，由于巖層傾角小，在相同作用力下，方案一錨桿對(duì)巖體起到的懸吊作用就小于方案二錨入方式，所以，錨桿的錨入方向應(yīng)該根據(jù)巖層的傾向變化而改變。

2.巖層傾向與巷道走向夾角非常大時(shí)，以至于一側(cè)的錨桿錨入不了穩(wěn)定巖層的。

當(dāng)圖5所示的結(jié)構(gòu)時(shí)，組合拱已經(jīng)失去了原有的平衡，不能起到加固拱和懸吊的作用，由于一邊起加固不穩(wěn)定巖層的作用，而另一邊起到加速巖層分離的作用，從而失去了錨桿的意義，所以在設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)形式的同時(shí)，不應(yīng)該只注意柱狀圖中巖層的厚度，還應(yīng)該考慮到巖層的傾角。假如遇到圖中所顯示情況，應(yīng)該在同一條巷道中的兩側(cè)，選擇長度不同的錨桿或者用短錨索代替，以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用中的效果。

四、結(jié)語

預(yù)防巷道冒頂?shù)闹匾椒ㄊ堑刭|(zhì)預(yù)報(bào)和實(shí)際巖層情況的緊密的合理應(yīng)用加上合理的巷道支護(hù)才能達(dá)到較好的效果。特別煤巖比較松軟，在施工中遇到地質(zhì)破碎、斷層，就更有可能造成大面積垮落，通過對(duì)地質(zhì)預(yù)報(bào)分析其圍巖穩(wěn)定性判斷，利用打錨索來判斷巖層的產(chǎn)狀、實(shí)際厚度來確定相應(yīng)的巷道斷面形式及合適的頂板支護(hù)，優(yōu)化巷道斷面布置參數(shù)，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)，預(yù)防巷道掘進(jìn)中頂板的冒頂事故具有重要應(yīng)用價(jià)值。

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[3] 朱微申、何滿潮，復(fù)雜條件下圍巖穩(wěn)定性與巖體動(dòng)態(tài)施工力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1996：24-26.

作者簡(jiǎn)介：鄭先保（1983-），男，現(xiàn)在黑龍江龍煤礦山建設(shè)有限公司工作。