煤礦掘進(jìn)巷道頂板事故預(yù)防措施研究

王國(guó)濱

摘 要：為了改良圍巖的穩(wěn)固性，讓巷道更加穩(wěn)定，我們應(yīng)該從優(yōu)化巷道斷面和改進(jìn)巷道支護(hù)策略上下手。調(diào)查巷道斷面的影響原因，分析斷面的設(shè)計(jì)，以圖更為科學(xué)的優(yōu)化。再?gòu)南锏乐ёo(hù)原則和形式選擇上具體研究，將掘進(jìn)巷道頂板事故的發(fā)生率降到最低。

關(guān)鍵詞：頂板事故；掘進(jìn)巷道；煤礦；預(yù)防舉措

近些年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，各工業(yè)增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模，對(duì)煤礦的需求也不斷加強(qiáng)。導(dǎo)致煤礦開(kāi)采度直線上升，各礦井的掘進(jìn)施工隊(duì)伍面臨的地質(zhì)環(huán)境也比以往更為復(fù)雜。直接讓煤礦事故發(fā)生率居高不下，在這些事故當(dāng)中，約近一半為頂板事故，再頂板事故當(dāng)中，掘進(jìn)工作面冒頂事故又尤為典型。為了在頂板事故預(yù)防中要做到未雨綢繆，各掘進(jìn)隊(duì)伍技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)真調(diào)研頂板巖性，改善巷道斷面支護(hù)形式，將巷道斷面的參數(shù)控制在科學(xué)的參數(shù)范圍中。

一、優(yōu)化巷道斷面

（一）掘進(jìn)巷道斷面的影響因素

巷道斷面根據(jù)輪廓線的差異可細(xì)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(gè)方面：（1）地壓方向與大??；（2）巷道根據(jù)不同用途，采用支護(hù)形式及支架材料也不同，服務(wù)年限也會(huì)不同；（3）施工設(shè)備與掘進(jìn)工作方式差異。

（二）優(yōu)化設(shè)計(jì)巷道斷面

頂板及側(cè)向壓力相對(duì)較弱的巷道，選用梯形或矩形的斷面比較科學(xué)。反之遇到頂板壓力和側(cè)向壓力較小的情況，直墻拱形的斷面設(shè)計(jì)比較適合施工規(guī)范。而對(duì)于頂板，地板及側(cè)向的壓力都比較大的巷道來(lái)說(shuō)，以上辦法就不好采用了，而將斷面設(shè)計(jì)成封閉的圓形或封閉的橢圓形時(shí)，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(shuō)，梯形的巷道斷面，支護(hù)時(shí)采用工字鋼。圓形或橢圓形的巷道斷面，支護(hù)時(shí)采用U形鋼比較符合設(shè)計(jì)邏輯規(guī)范。

圍巖壓力較小，工作環(huán)境穩(wěn)定，服務(wù)年限較短的巷道，采用梯形的斷面設(shè)計(jì)形狀，用錨桿等作為支架支護(hù)。反之較大壓力的巷道，采用圓形的巷道斷面設(shè)計(jì)，采用U型鋼來(lái)支護(hù)。拱形斷面與半圓形斷面的應(yīng)用隨著開(kāi)采技術(shù)的提升和錨噴支護(hù)、U型鋼支護(hù)的普及下得到了很好的推廣和應(yīng)用。

二、改善巷道支護(hù)形式

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

（一）巷道的支護(hù)原則及其施工形式

沒(méi)有規(guī)矩，不成方圓。在支護(hù)原則下進(jìn)行巷道施工作業(yè)，才能更為安全和高效。在進(jìn)行實(shí)際的支護(hù)作業(yè)時(shí)，采取帶壓和讓壓的支護(hù)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(zhì)量，我們應(yīng)該將支護(hù)的加強(qiáng)作為重重之重，嚴(yán)格控制圍巖的受壓，避免出現(xiàn)諸如巖層脫落破碎現(xiàn)象[1]。加固好錨桿和錨索，最大限度防止出現(xiàn)因錨桿承受不住而失效的現(xiàn)象。

（二）根據(jù)煤礦本身的穩(wěn)定性和承載力，科學(xué)地選用巷道的支護(hù)施工形式。

（1）預(yù)留煤柱支護(hù)方式。預(yù)留煤柱支護(hù)比較傳統(tǒng)，這種方式根據(jù)巷道上下兩個(gè)區(qū)段不同屬性，來(lái)分別承擔(dān)不同的作用。上區(qū)段當(dāng)做運(yùn)輸平巷。為了避開(kāi)支撐壓力的峰值，把下區(qū)段來(lái)作為回風(fēng)平巷來(lái)使用。上下區(qū)段之間預(yù)留一定寬度的煤柱。采用這種支護(hù)形式，這樣一來(lái)不僅有利于通風(fēng)和排水，還比較省時(shí)高效。預(yù)留煤柱的支護(hù)方式是一把雙刃劍，在給我們帶來(lái)好處的同時(shí)，也存在著支護(hù)成本高，和維護(hù)巷道不方便的缺點(diǎn)。預(yù)留大量煤柱，造成這部分煤礦不得開(kāi)采，煤柱壓力過(guò)大時(shí)，影響底部巷道穩(wěn)定性，增大附近煤層開(kāi)采的安全隱患，由于大量煤柱的存在，地理位置狹小，維護(hù)困難，稍有不慎引起沖擊低壓，后果不堪設(shè)想。

（2）U型鋼可縮性支架支護(hù)。在這種支護(hù)方式下，U型鋼可縮性拱形支架支護(hù)比較典型。支架承載能力主要體現(xiàn)在實(shí)際承載能力和極限承載能力兩個(gè)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(shí)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(dāng)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(shí)際承載能力大，就像電燈泡使用過(guò)程中的額定功率與實(shí)際功率一般性質(zhì)。當(dāng)時(shí)實(shí)際承載能力與極限承載能力十分接近時(shí)，這種可塑性支架發(fā)揮出最理想的工作效果。這個(gè)U型鋼可縮性拱形支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，承載力和可縮性與其他可縮性支架相比都比較強(qiáng)。

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

（4）錨桿支護(hù)。錨桿呈桿狀，通過(guò)錨頭內(nèi)固圍巖來(lái)增強(qiáng)其穩(wěn)定性。錨桿根據(jù)具體的錨固方式、錨固段實(shí)際工況和長(zhǎng)度、作用特點(diǎn)分為很多種。主動(dòng)式錨桿和被動(dòng)式錨桿的區(qū)別就在于是否先通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力來(lái)增大不同巖層的摩擦，讓錨固范圍下的巖層形成拱形的結(jié)構(gòu)。主動(dòng)式是需要施加的，被動(dòng)則無(wú)需。我們應(yīng)該根據(jù)不用情況靈活選用對(duì)應(yīng)的錨桿支護(hù)。

三、結(jié)語(yǔ)

為了更好地保障施工安全，提升礦井采煤和運(yùn)送的工作效率。我們應(yīng)該重視巷道的施工質(zhì)量，根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)條件，從圍巖特性調(diào)查入手，認(rèn)真分析選用巷道的支護(hù)形式，科學(xué)地優(yōu)化斷面設(shè)計(jì)，合理加固圍巖。將巷道的冒頂率和事故發(fā)生率降到最低，煤礦企業(yè)才能得到穩(wěn)步高效的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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