煤礦掘進巷道頂板事故預防措施研究

王國濱

摘 要：為了改良圍巖的穩固性，讓巷道更加穩定，我們應該從優化巷道斷面和改進巷道支護策略上下手。調查巷道斷面的影響原因，分析斷面的設計，以圖更為科學的優化。再從巷道支護原則和形式選擇上具體研究，將掘進巷道頂板事故的發生率降到最低。

關鍵詞：頂板事故；掘進巷道；煤礦；預防舉措

近些年來，隨著我國經濟的蓬勃發展，各工業增強產業規模，對煤礦的需求也不斷加強。導致煤礦開采度直線上升，各礦井的掘進施工隊伍面臨的地質環境也比以往更為復雜。直接讓煤礦事故發生率居高不下，在這些事故當中，約近一半為頂板事故，再頂板事故當中，掘進工作面冒頂事故又尤為典型。為了在頂板事故預防中要做到未雨綢繆，各掘進隊伍技術人員應該認真調研頂板巖性，改善巷道斷面支護形式，將巷道斷面的參數控制在科學的參數范圍中。

一、優化巷道斷面

（一）掘進巷道斷面的影響因素

巷道斷面根據輪廓線的差異可細化為折線形和曲線形。而影響這些巷道斷面的因素大致在三個方面：（1）地壓方向與大小；（2）巷道根據不同用途，采用支護形式及支架材料也不同，服務年限也會不同；（3）施工設備與掘進工作方式差異。

（二）優化設計巷道斷面

頂板及側向壓力相對較弱的巷道，選用梯形或矩形的斷面比較科學。反之遇到頂板壓力和側向壓力較小的情況，直墻拱形的斷面設計比較適合施工規范。而對于頂板，地板及側向的壓力都比較大的巷道來說，以上辦法就不好采用了，而將斷面設計成封閉的圓形或封閉的橢圓形時，受力才能更好分散以期很好控制住圍巖的變形。

不同情況的巷道斷面，支架材料和形式也不相同。比方說，梯形的巷道斷面，支護時采用工字鋼。圓形或橢圓形的巷道斷面，支護時采用U形鋼比較符合設計邏輯規范。

圍巖壓力較小，工作環境穩定，服務年限較短的巷道，采用梯形的斷面設計形狀，用錨桿等作為支架支護。反之較大壓力的巷道，采用圓形的巷道斷面設計，采用U型鋼來支護。拱形斷面與半圓形斷面的應用隨著開采技術的提升和錨噴支護、U型鋼支護的普及下得到了很好的推廣和應用。

二、改善巷道支護形式

中國地下需開采的煤礦占總煤礦資源的八成，煤礦開采作業在地下，所以穩固安全的巷道就比較重要。而影響巷道穩固的最主要因素就是巷道支護。

（一）巷道的支護原則及其施工形式

沒有規矩，不成方圓。在支護原則下進行巷道施工作業，才能更為安全和高效。在進行實際的支護作業時，采取帶壓和讓壓的支護模式，配合使用錨桿和錨索。為防止巷道的局部受力不均影響整體施工質量，我們應該將支護的加強作為重重之重，嚴格控制圍巖的受壓，避免出現諸如巖層脫落破碎現象[1]。加固好錨桿和錨索，最大限度防止出現因錨桿承受不住而失效的現象。

（二）根據煤礦本身的穩定性和承載力，科學地選用巷道的支護施工形式。

（1）預留煤柱支護方式。預留煤柱支護比較傳統，這種方式根據巷道上下兩個區段不同屬性，來分別承擔不同的作用。上區段當做運輸平巷。為了避開支撐壓力的峰值，把下區段來作為回風平巷來使用。上下區段之間預留一定寬度的煤柱。采用這種支護形式，這樣一來不僅有利于通風和排水，還比較省時高效。預留煤柱的支護方式是一把雙刃劍，在給我們帶來好處的同時，也存在著支護成本高，和維護巷道不方便的缺點。預留大量煤柱，造成這部分煤礦不得開采，煤柱壓力過大時，影響底部巷道穩定性，增大附近煤層開采的安全隱患，由于大量煤柱的存在，地理位置狹小，維護困難，稍有不慎引起沖擊低壓，后果不堪設想。

（2）U型鋼可縮性支架支護。在這種支護方式下，U型鋼可縮性拱形支架支護比較典型。支架承載能力主要體現在實際承載能力和極限承載能力兩個方面。收縮階段支架可以承受的壓力，連接件和支架工況直接影響這種能力，這種能力就是實際承載能力。而在剛性階段可縮性支架接受的最大承載力就是極限承載力，當然這種承載能力是不可塑形變形的。一般情況下，極限承載能力要比實際承載能力大，就像電燈泡使用過程中的額定功率與實際功率一般性質。當時實際承載能力與極限承載能力十分接近時，這種可塑性支架發揮出最理想的工作效果。這個U型鋼可縮性拱形支架結構簡單合理，承載力和可縮性與其他可縮性支架相比都比較強。

（3）礦用支護型鋼支護。礦用支護型鋼根據使用方向的差異分為U形鋼和礦用工字鋼。根據使用工況和服務年限的不同，對支護型鋼的采用也不同。U型鋼可塑性強，而礦用工字鋼的韌性較高，抗壓和抗剪性也比較強，所以礦用工字鋼一般用于剛性需求較強的地方，比如在支護封閉式的橢圓形或圓形巷道時采用。

（4）錨桿支護。錨桿呈桿狀，通過錨頭內固圍巖來增強其穩定性。錨桿根據具體的錨固方式、錨固段實際工況和長度、作用特點分為很多種。主動式錨桿和被動式錨桿的區別就在于是否先通過施加預應力來增大不同巖層的摩擦，讓錨固范圍下的巖層形成拱形的結構。主動式是需要施加的，被動則無需。我們應該根據不用情況靈活選用對應的錨桿支護。

三、結語

為了更好地保障施工安全，提升礦井采煤和運送的工作效率。我們應該重視巷道的施工質量，根據實際的地質條件，從圍巖特性調查入手，認真分析選用巷道的支護形式，科學地優化斷面設計，合理加固圍巖。將巷道的冒頂率和事故發生率降到最低，煤礦企業才能得到穩步高效的發展。

參考文獻：

[1]李國平.淺談煤礦掘進巷道頂板事故預防措施探討[J].工程技術：引文版，2016（5）：00034-00034.endprint