煤巷錨桿支護(hù)巷道迎頭區(qū)冒頂原因及預(yù)防措施

王清亮

（汾西礦業(yè)集團(tuán)公司新峪煤礦，山西 孝義 032302）

煤巷錨桿支護(hù)巷道迎頭區(qū)冒頂原因及預(yù)防措施

王清亮

（汾西礦業(yè)集團(tuán)公司新峪煤礦，山西 孝義 032302）

文章針對(duì)煤巷錨桿支護(hù)巷道迎頭區(qū)冒頂事故，分析了冒頂事故的特點(diǎn)、原因，指出了預(yù)防錨桿支護(hù)巷道迎頭區(qū)冒頂?shù)年P(guān)鍵，提出了預(yù)防迎頭區(qū)冒頂?shù)拇胧?/p>

煤巷；錨桿支護(hù)；迎頭區(qū)；冒頂；預(yù)防

煤巷錨桿支護(hù)具有施工簡(jiǎn)單，易于提高機(jī)械化程度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，成本較低，改善作業(yè)環(huán)境，掘進(jìn)單進(jìn)水平高等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為煤巷的主要支護(hù)形式。由于錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法的不斷完善，高強(qiáng)度錨桿、錨索、樹脂錨固劑的普遍應(yīng)用，以及對(duì)頂板離層監(jiān)測(cè)的重視等，大范圍頂板冒落事故已經(jīng)得到了有效的控制。但在應(yīng)用過程中，也發(fā)生了一些嚴(yán)重的冒頂事故，而巷道迎頭區(qū)則成為冒頂事故的多發(fā)區(qū)。

1 冒頂?shù)奶攸c(diǎn)

煤巷錨桿支護(hù)巷道迎頭區(qū)冒頂具有如下特點(diǎn)：①隨機(jī)性大，呈突發(fā)性，冒頂前無明顯預(yù)兆。②地質(zhì)條件發(fā)生變化的地點(diǎn)，如有小斷層、巖石破碎、頂板裂隙發(fā)育或近距離煤層的層間距變小、頂錨桿錨固點(diǎn)附近有煤線或有明顯的極易離層的巖層弱面存在。③頂板巖體的完整性已受到破壞，已散離為松散的巖塊，或者頂板存在“人字形”、“鍋底形”、“楔形”、“倒梯形”等鑲嵌式構(gòu)造。冒頂?shù)母叨瘸^了錨桿長(zhǎng)度，冒頂時(shí)連帶錨桿整體垮落。④冒頂?shù)奈：π源?，易造成重大傷亡事故?/p>

2 冒頂原因

分析煤巷錨桿支護(hù)巷道迎頭區(qū)冒頂?shù)脑?，主要有以?3個(gè)方面：

2.1 地質(zhì)原因

由于地質(zhì)構(gòu)造區(qū)附近，巖體的完整性已受到破壞，甚至巖體已散離為大小不等的巖塊。在堅(jiān)硬的節(jié)理發(fā)育的巖體中，巖體已被各種各樣的結(jié)構(gòu)面切割成各類型的空間鑲嵌塊體。開掘巷道后，巖塊之間裂隙會(huì)迅速擴(kuò)大，很容易出現(xiàn)局部冒頂事故。

2.2 誘發(fā)因素

根據(jù)我礦煤巷錨桿支護(hù)巷道的礦壓觀測(cè)表明，掘進(jìn)影響劇烈的時(shí)間為1～3 d，掘進(jìn)影響距離為35 m左右，其中第一天的變形速度最為顯著，距迎頭約10 m?？梢娪捎诰蜻M(jìn)影響，引發(fā)圍巖應(yīng)力重新分布，是迎頭區(qū)巷道冒頂?shù)恼T發(fā)因素。

2.3 支護(hù)因素

煤巷錨桿支護(hù)巷道的迎頭區(qū)往往是支護(hù)的薄弱地區(qū)。因?yàn)橐咽┕さ腻^桿由于預(yù)緊力等因素尚未充分發(fā)揮支護(hù)作用，并且大多數(shù)情況下頂幫錨桿同步施工不及時(shí)；再者迎頭區(qū)支護(hù)能力的要求；還有使用錨索加強(qiáng)支護(hù)時(shí)，錨索沒有緊跟迎頭施工。因此，迎頭區(qū)支護(hù)薄弱，是迎頭區(qū)冒頂事故多發(fā)的重要因素。

3 預(yù)防措施

3.1 加強(qiáng)對(duì)頂板巖性的觀察及預(yù)測(cè)，尤其加強(qiáng)對(duì)頂板中“危石”的預(yù)測(cè)，有針對(duì)性地進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

巷道開掘后，原始的平衡狀態(tài)被破壞，圍巖內(nèi)的應(yīng)力重新分布，暴露在空頂面上的某些塊體失去平衡，沿著結(jié)構(gòu)面滑移失穩(wěn)，即發(fā)生冒頂。首先失穩(wěn)的塊體即為“危石”。而“危石”的存在尺度及分布規(guī)律又與巖體中的結(jié)構(gòu)面和開挖面得產(chǎn)狀密切相關(guān)。抓住這一特點(diǎn)，對(duì)頂板圍巖中的“危石”進(jìn)行比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，進(jìn)而有針對(duì)性地改變錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，預(yù)防冒頂事故的發(fā)生。嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，由專人負(fù)責(zé)敲幫問頂，是發(fā)現(xiàn)頂板中“危石”比較簡(jiǎn)單而有效的方法。施工人員要詳細(xì)觀察、記錄掘進(jìn)工作面頂板及圍巖巖性、構(gòu)造、水文、裂隙、破碎帶等地質(zhì)情況。設(shè)計(jì)人員要根據(jù)變化了的地質(zhì)情況，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。尤其在遇到地質(zhì)破碎帶時(shí)，必須及時(shí)調(diào)整支護(hù)方式，必要時(shí)在原有支護(hù)形式的基礎(chǔ)上采取套棚加強(qiáng)支護(hù)。在不同地質(zhì)條件下，錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)絕不能照搬照用。

3.2 及時(shí)支護(hù)，提高錨桿的預(yù)緊力，盡快發(fā)揮已施工錨桿的主動(dòng)加固作用

錨桿預(yù)緊力的的大小，反映了錨桿對(duì)圍巖的主動(dòng)加固能力。預(yù)緊力錨桿支護(hù)的關(guān)鍵是通過錨桿及附屬構(gòu)建對(duì)圍巖施加外力，使錨固方位內(nèi)的頂板受水平應(yīng)力作用處于橫向壓縮狀態(tài)，形成自撐結(jié)構(gòu)。在維護(hù)自身穩(wěn)定的同時(shí)，能承受上部載荷，維護(hù)巖體的連續(xù)、穩(wěn)定。錨桿預(yù)緊力的大小，對(duì)頂板的穩(wěn)定性具有重要作用，預(yù)緊力大到一定程度時(shí)，錨固范圍內(nèi)及錨固長(zhǎng)度之外的圍巖不存在離層破壞。在錨桿施工過程中，錨桿錨固后，由于錨桿的初始預(yù)緊力不足，短期內(nèi)難以阻止圍巖的變形，當(dāng)圍巖變形到一定程度后，錨桿才起到阻止圍巖變形的作用。

目前煤巷錨桿支護(hù)普遍使用樹脂錨固劑，要使錨桿有較大的預(yù)緊力，錨桿的施工質(zhì)量要得到保證。推廣使用高性能錨桿，減小安裝摩擦力，應(yīng)用大扭矩的錨桿施工機(jī)具及風(fēng)動(dòng)氣扳機(jī)，提高工人操作水平，確保錨桿安裝質(zhì)量，保證錨桿預(yù)緊力的實(shí)現(xiàn)，盡快發(fā)揮錨桿對(duì)圍巖的主動(dòng)加固作用。

3.3 對(duì)巷道迎頭區(qū)采取加強(qiáng)支護(hù)措施

煤巷錨桿支護(hù)巷道迎頭區(qū)15 m距離內(nèi)，必須加強(qiáng)支護(hù)，防止頂板中鑲嵌式構(gòu)造發(fā)生危害。靠近掘進(jìn)工作面 10 m內(nèi)的支護(hù)，炮掘工作面在爆破前必須采取二次緊固螺母等加固措施。采用錨索跟迎頭、單體支護(hù)等形式，及時(shí)加強(qiáng)迎頭區(qū)頂板的支護(hù)。安裝錨索要緊跟迎頭，避免錨固區(qū)外的巖層離層以保持錨索與錨桿預(yù)緊力的大小關(guān)系，充分發(fā)揮錨桿與錨索的聯(lián)合支護(hù)作用。迎頭區(qū)臨時(shí)空頂采用內(nèi)注式單體支柱配合鋼梁的臨時(shí)前探支護(hù)，對(duì)頂板施加初撐力，有助于防止頂板的早期離層破壞。

3.4 重視頂板兩端“邊角錨桿”的作用

圍巖的破壞縫首先是從應(yīng)力集中程度大的頂板角部出現(xiàn)，呈內(nèi)傾形，如支護(hù)不當(dāng)，條件合適，很容易造成頂板的整體垮落事故。這一現(xiàn)象已被多次冒頂事故所證實(shí)。因此，煤巷錨桿支護(hù)巷道頂板伸向兩幫上方錨固可靠的“邊角錨桿”非常重要，它被用來提供抗剪阻力，防止頂板巖角處破裂滑移掉落?！斑吔清^桿”的長(zhǎng)度和角度以伸入兩幫上方為準(zhǔn)。頂板采用“錨——網(wǎng)——梁”的聯(lián)合支護(hù)形式，頂板“邊角錨桿”對(duì)預(yù)防預(yù)報(bào)中鑲嵌式構(gòu)造塊體的冒落，也能起到非常重要的作用?？梢?，頂板兩端“邊角錨桿”非常關(guān)鍵，應(yīng)給予重視。

3.5 重視幫錨桿的及時(shí)支護(hù)

在實(shí)際生產(chǎn)中，人們往往重視頂板支護(hù)，忽視了兩幫及時(shí)支護(hù)的重要性，兩幫錨桿往往滯后于頂錨桿一定距離支護(hù)。兩幫支護(hù)不及時(shí)或支護(hù)不好，煤幫受垂直應(yīng)力及水平應(yīng)力作用向巷中移動(dòng)，煤幫被壓酥，承載能力變?nèi)?，兩幫松?dòng)圈變大，頂板組合梁的跨距也在增大，兩幫上角會(huì)出現(xiàn)下沉斷裂。因此，必須及時(shí)加強(qiáng)兩幫支護(hù)。

3.6 加強(qiáng)對(duì)煤巷錨桿支護(hù)迎頭區(qū)巷道穩(wěn)定性的檢查

巖體內(nèi)部的變形是錨固工程失穩(wěn)破壞的基本特征和直接原因。目前，煤巷錨桿支護(hù)巷道穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)已受到了極大的重視，如用頂板離層儀監(jiān)測(cè)頂板離層狀況等，對(duì)預(yù)防大面積錨桿支護(hù)巷道的冒頂起到了非常關(guān)鍵的作用。而煤巷錨桿支護(hù)迎頭區(qū)巷道穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)需加強(qiáng)?？蛇x用頂?shù)装逑鄬?duì)移近量、頂?shù)装逡平俣?、兩幫相?duì)移近量、兩幫移近速度、錨桿受力等指標(biāo)作為反映煤巷錨桿支護(hù)迎頭區(qū)巷道穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)與反饋信息指標(biāo)。

4 結(jié)束語

煤巷錨桿支護(hù)巷道迎頭區(qū)冒頂事故的預(yù)防既是重點(diǎn)，又是難點(diǎn)。對(duì)迎頭區(qū)頂板“危石”的觀察預(yù)測(cè)及對(duì)迎頭區(qū)巷道穩(wěn)定性實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)，是預(yù)防煤巷錨桿支護(hù)巷道迎頭區(qū)冒頂?shù)年P(guān)鍵。錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)，也需要針對(duì)煤巷圍巖中的“危石”情況不斷完善。

Coal Lane Anchor Rod Supports and Protections Tunnel Directly Area Roof Failure Reason and Preventive Measure

Wang Qingliang

The article in view of the coal lane anchor rod supports and protections tunnel area roof failure accident, has analyzed the roof failure accident’s characteristic, the reason directly, had pointed out the prevention anchor rod supports and protections tunnel area roof failure’s key, proposed the prevention directly area roof failure measure directly.

coal lane; anchor rod supports and protections; directly area; roof failure; prevents

TD327

A

1000－8136（2010）36－0030－02