特殊條件下錨網(wǎng)支護(hù)巷道冒頂機(jī)理分析

文/李德軍尚文斌

特殊條件下錨網(wǎng)支護(hù)巷道冒頂機(jī)理分析

文/李德軍尚文斌

近幾十年來，錨網(wǎng)支護(hù)以其支護(hù)效率高、安全可靠、成本低的優(yōu)越性，在煤礦巷道支護(hù)中得到了廣泛的應(yīng)用，為確保企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的大幅提升充分發(fā)揮了技術(shù)保障作用。靖遠(yuǎn)煤業(yè)集團(tuán)公司是國有大型煤炭企業(yè)，所屬各礦井煤巷錨網(wǎng)支護(hù)率近達(dá)100%。但在礦井錨網(wǎng)支護(hù)的現(xiàn)場實(shí)踐中，由于受各種條件和因素的制約，發(fā)生過幾起冒頂事故，給安全生產(chǎn)工作帶來了一定的影響。

一、典型冒頂案例

1.大斷面切眼冒頂

靖煤集團(tuán)公司所屬1607綜放工作面切眼，含煤地層為侏羅中統(tǒng)（J2），煤層走向 104°～185°，傾向 SWNW，傾角 3°～11°，f=2.5～3.8，切眼位置煤層厚度小于3.0m，破頂板掘進(jìn)，偽頂是0.6～0.8m厚的軟巖，直接頂為厚5.7m的中粒砂巖，老頂為12.7m的砂質(zhì)泥巖。切眼掘進(jìn)斷面21.6m2（7.2×3.0）采用分次成巷施工，采用錨網(wǎng)（索）支護(hù)加戴帽點(diǎn)柱的聯(lián)合支護(hù)形式，全斷面布置φ18×2600mm的螺紋鋼錨桿19根，其中頂部11根，幫部各4根，每隔三排在頂部打注6m長錨索3根，鋪設(shè)小孔菱形金屬網(wǎng)。

切眼在擴(kuò)掘至剩余6m時，發(fā)現(xiàn)頂板有掉碴、裂縫現(xiàn)象（無爆聲），點(diǎn)柱被壓裂、鉆頂?shù)装澹S即發(fā)生頂板緩慢下沉并垮落，從而發(fā)生冒頂事故 （長26m，寬7.0m，高8.0m），所幸未造成人員傷亡。

2.大傾角巷道冒頂

冒頂巷道煤層偽頂為2.0m炭質(zhì)泥巖，直接頂為6.5m的鋁質(zhì)泥巖，老頂為19.7m的細(xì)砂巖。煤層傾角48°，厚度 7.0 米，容重 1.35T/m3，f=1.3-1.5，留頂?shù)酌壕蜻M(jìn)，厚度均為2.0m左右。巷道施工寬4.2m，高3.0m，全斷面布置13根φ16×2600的鋼錨桿，每2.4m打注6m錨索3根。巷道施工后頂幫變形嚴(yán)重，在進(jìn)行擴(kuò)幫挑頂維修時，維修接茬處發(fā)生冒頂，長度4m，寬3.7m，高3.5m，造成1人死亡的安全生產(chǎn)事故。

二、原因分析

針對以上冒頂事故，對其發(fā)生的原因作以下分析。

1.地質(zhì)條件

①冒頂巷道所處煤層均存在層理發(fā)育，泥質(zhì)膠結(jié)、粘結(jié)性差的偽頂，形成復(fù)合頂板，整體性差、頂板容易離層，錨桿懸掉作用受到限制。

②受斷層破碎帶和煤層可采邊界頂板沉積不穩(wěn)定的影響，破頂板掘進(jìn)時，應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，致使煤層頂板松散破碎，圍巖相互摩擦力減小，組合梁作用難以正常發(fā)揮。

③巷道處于大傾角煤（巖）層中，加之存在復(fù)合頂板，圍巖在自重作用下形成滑移，使錨桿所承受的圍巖自重大大增加，擠壓體強(qiáng)度大大降低，未能形成較為穩(wěn)定的壓縮拱。

④掘進(jìn)過程中，留設(shè)2.0m左右的頂煤，人為增加巷道頂板的復(fù)合性，進(jìn)一步降低了圍巖的穩(wěn)定性。

2.支護(hù)參數(shù)

①在特殊的地質(zhì)條件下，支護(hù)設(shè)計中錨桿、錨索參數(shù)不合理，錨固端未處于穩(wěn)定的巖層中，降低了錨桿的支護(hù)作用。

②巷道斷面大，上覆圍巖自重大，圍巖應(yīng)力強(qiáng)，由于錨桿（索）長度不夠，無法將松動圍巖固定在穩(wěn)固巖層上。

③巷道施工過程中，在遇到斷層破碎帶、大傾角復(fù)合頂板等施工條件變化時，沒有及時針對性地調(diào)整支護(hù)參數(shù)，對錨桿（索）、網(wǎng)、點(diǎn)柱等支護(hù)間的先后時序和耦合作用考慮不周，導(dǎo)致支護(hù)強(qiáng)度低于巷道應(yīng)力。

④在不穩(wěn)定圍巖條件下施工巷道，應(yīng)力重新分布過程中巷道變形會較為劇烈，所以在錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計中應(yīng)該考慮錨桿的讓壓作用。

⑤在巷道擴(kuò)掘維修過程中，采取的臨時支護(hù)措施不到位，未能保證在完成永久支護(hù)前的施工安全。

3.施工管理

①沒有對錨網(wǎng)支護(hù)巷道進(jìn)行及時的收斂變形監(jiān)測，尤其是在偽頂和直接頂極不穩(wěn)定的復(fù)合頂板條件下對頂板的離層監(jiān)測不到位，沒能及時發(fā)現(xiàn)巷道圍巖的離層變化情況，錯過了最適宜的加固支護(hù)時機(jī)。

②對錨桿錨固力抗拉拔試驗(yàn)不及時，錨桿沒有錨固在穩(wěn)固巖層上，抗拉強(qiáng)度低，如果及時試驗(yàn)就會及早發(fā)現(xiàn)隱患。

③施工過程的安全管理存在缺陷，部分錨桿（索）安裝質(zhì)量不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，存在安裝角度不夠、錨固力不足、初錨緊固不到位施工質(zhì)量問題。

④工作場所人、機(jī)、環(huán)境不協(xié)調(diào)，在特殊施工條件和存在安全隱患的情況下，施工人員沒有嚴(yán)格執(zhí)行安全措施，存在違章作業(yè)行為。

三、總結(jié)和思考

1.錨桿支護(hù)在巷道處于構(gòu)造帶或頂部巖層較軟弱，不穩(wěn)定巖層厚度超過支護(hù)錨桿長度的情況下，其懸吊作用消失，并且將被錨固體與原巖體進(jìn)行了分離。

2.作為主動支護(hù)的錨桿支護(hù)作用與圍巖的自穩(wěn)作用是分開的，隨著圍巖條件的變化，在頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞時，組合梁也就不存在了。

3.錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計中，錨桿桿體要采用高強(qiáng)度螺紋鋼筋，木托板面積選擇過大反而會影響支護(hù)強(qiáng)度，建議控制在200mm見方以內(nèi)，螺母與托板之間要加裝緩沖彈墊，起到讓壓支護(hù)的作用。

4.錨索與單體錨桿的功能是一樣的，它與錨桿的主要區(qū)別在于可以錨固在圍巖深部的穩(wěn)定巖層中，將錨桿的加固作用和錨桿群的成拱作用所形成的加固拱懸吊起來，在圍巖條件較差的情況下，要考慮每根錨索所承擔(dān)的懸吊強(qiáng)度，使荷載均勻分布。

5.在特殊的地質(zhì)條件和施工環(huán)境下，單一的錨網(wǎng)支護(hù)不能滿足巷道安全支護(hù)的需要，要采用與其他的被動支護(hù)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。

6.錨網(wǎng)支護(hù)在發(fā)揮主動支護(hù)作用的同時，宏觀的支護(hù)效果存在隱蔽性，必須采用收斂變形和頂板離層監(jiān)測，及時對錨網(wǎng)支護(hù)效果的安全性進(jìn)行分析評估。

7.在已發(fā)生頂板掉包、下沉等變形現(xiàn)象的巷道中，打戴帽木點(diǎn)柱可以起到加強(qiáng)支護(hù)和信號柱的作用。

（作者單位：靖遠(yuǎn)煤業(yè)集團(tuán)公司）

（責(zé)任編輯：林海源）