煤礦掘進巷道不同支護情況下發(fā)生冒頂事故與控制措施

摘要：在煤礦的巷道掘進施工中，在保障了生產(chǎn)安全的前提下就必須考慮到一個重要問題——冒頂事故的發(fā)生。文章在技術上探討煤礦掘進巷道不同支護情況下發(fā)生冒頂事故與控制措施的研究，就支護方法的考慮也是掘進巷道設計中最為主要的因素。

關鍵詞：煤礦掘進；巷道支護；新奧法施工；冒頂事故

中圖分類號：TD327 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）17-0101-02

現(xiàn)階段，我國煤礦掘進巷道支護一般用于巷道開挖結束，其目的是在巷道開挖工程中使用技術手段對整個掘進巷道支護以保證巷道的施工安全，不會出現(xiàn)冒頂?shù)默F(xiàn)象。在巷道開挖過程中，機械的震動會對周圍的巖層有一定的擾動，這時巷道中巖石的壓力就很難得到控制，極易發(fā)生安全事故。掘進巷道的支護是緩解和減少巖石產(chǎn)生的附加壓力，降低安全隱患的概率，以便在掘進巷道工作中安全、平穩(wěn)地運行。

掘進破巖后，頂部存在著將與巖體失去聯(lián)系的巖塊。如果支護不及時，該巖塊可能因與巖體失去聯(lián)系而冒落，或雖然已支護，但支護失效或支撐力不足，就會冒落造成事故。在斷層、褶曲等地質(zhì)構造破壞帶，掘進巷道時頂板浮石的冒落，在層理裂隙發(fā)育的巖層中掘進巷道時，頂板的冒落等，都屬于前者。因放炮不慎崩倒附近支架而導致的冒頂，因接頂不嚴實而導致巖塊砸壞支架的冒頂?shù)?，則屬于后者。此外，前者也可能同時引起后者的發(fā)生，例如，掘進工作面無支護部分片幫冒頂推倒附近棚子導致更大范圍的冒頂?shù)取?/p>

1 煤礦掘進巷道支護設計的具體方案

在煤礦掘進巷道支護設計中，新奧法使用的概率十分高，它摒棄了傳統(tǒng)方法的復雜，不僅解決了費時、費力、費錢的弊端，還在時間和效率上得到了提升。當遇到巖石擾動較為嚴重的地段，最為優(yōu)先考慮的就是新奧法。新奧法是一種支護手段，在開挖階段，使用高強混凝土噴射結合錨桿支護相結合，在此之中，錨桿發(fā)揮其性能上的優(yōu)勢，柔性的特性可以很好地與圍巖緊密的粘合在一起，起到了保護作用，它的柔性也在一定程度上發(fā)揮出很大的優(yōu)勢，不同于剛性構件，它在一定程度上允許圍巖有一定量的變形，使其不會產(chǎn)生附加應力，桿件上的力也傳遞出去，從而達到更好的穩(wěn)定圍巖的作用。在順序上，新奧法與傳統(tǒng)隧道的施工方法也存在很大的差異，嚴格按“超前探測、超前支護、短進尺、弱爆破、少擾動、早封閉、強支護、勤量測”的工藝要求進行施工，具體的順序是提前進行開挖，這時候用高強混凝土和錨桿作第一次的支護，等到混凝土到達強度后再作第二次支護，很短的時間內(nèi)，支護就能達到要求的強度，這樣做的目的是有效地保證了圍巖的穩(wěn)定，不會受到二次破壞，這樣的施工方法對圍巖的擾動也是最小的，有效地降低了事故發(fā)生的概率，順利地通過巖層壓力無法確定的地段，保證了人身和財產(chǎn)安全。因此，這項技術才會受到很廣泛的使用。

此外我們要注意的是，煤礦掘進巷道支護設計中還要考慮支護中出現(xiàn)大量地下水的情況，我們對支護有著不一樣的要求，首先要對地下水發(fā)育充足的地域進行人工降水，在基礎四周設置四個露天降水井，在噴射混凝土前，要鋪設一定的防水材料，尤其在接縫處（伸縮縫、沉降縫、變形縫、施工縫）填塞防水材料，這樣方可繼續(xù)噴射混凝土。在噴射混凝土后，混凝土中埋設管道，其中包括縱橫向排水管和橫向排水管道，使得在水分多余的情況下，結構內(nèi)部的水能夠排除，還要定期疏通管道，以便內(nèi)部的水及時排出，減小水對結構承載的影響。

2 煤礦掘進巷道支護設計相關技術指標

安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局對于煤礦掘進巷道支護和生產(chǎn)方面的技術有嚴格的要求，上面提到了新奧法施工技術，不僅在技術方面，安全生產(chǎn)監(jiān)督局對于巷道施工中的造價有一定的論證和對比方法。要考慮安全問題，還要考慮經(jīng)濟方面的選擇。在煤礦掘進巷道支護設計中對于技術和材料的選擇就起到了至關重要的作用。合理的設計和使用掘進巷道支護中使用到的設備和材料，直接影響到巷道的經(jīng)濟效益和安全生產(chǎn)。下面我們就設計中遇到的指標進行簡單的討論：

（1）巷道錨桿鋼材的選擇。掘進巷道支護中，要大量地使用錨桿，對于錨桿的型號也會作相應的要求。在承載能力上，要嚴格地與設計指標相匹配，在運營上面，對于錨桿的加工要做到簡單、實用。另外還有考慮到錨桿的支撐能力的選擇。

（2）掘進巷道支護的位置。掘進巷道的設計不是所有圍巖上都必須使用，這取決于不同巷道中的情況而定，就如遇到了通風口，巷道的支護就要盡量避開巷道通風孔或是支護時在通風口上預留出相應的孔洞。此外，支護還要充分考慮到人員的正常工作，也要保證運輸?shù)耐〞场?/p>

（3）掘進巷道錨桿的間距。在設計中，按照規(guī)范要求，在每平米內(nèi)最少設置四根高強錨桿，合理地計算出每根錨桿之間的距離是十分必要的，不僅要考慮錨桿的強度，還要設計錨桿相隔太近會出現(xiàn)應力消減的情況發(fā)生。

（4）巷道圍巖的移近率。掘進巷道圍巖的移近率是反映巷道穩(wěn)定性的綜合指標。巷道圍巖移近率的大小，不僅決定著巷道在整個服務期間內(nèi)維護的難易程度，而且涉及巷道支護形式多方面的選擇，錨桿設計位置的確定和其他技術參數(shù)的選擇。在掘進巷道支護設計時，根據(jù)待設計的掘進巷道的具體地質(zhì)條件和生產(chǎn)條件，通過軟件計算出巷道圍巖移近率的預計值，有著十分重要的實際意義。巷道圍巖的移近率為頂?shù)装鍘r層相對移近量與巷道初始高度和兩幫相對移近量與巷道初始寬度的比值。

安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局作為煤礦安全監(jiān)管部門，對于掘進巷道的施工設計，要求煤礦必須按照相關的技術要求嚴格制定，采取有效手段對煤礦施工單位進行技術考核，對于每項關鍵工作，總工要做現(xiàn)場指導。如遇到掘進巷道設計上的缺陷，要及時組織論證，把設計的方案與現(xiàn)場的具體情況相互結合，及時地做好巷道支護的工作。

防掘進工作面冒頂事故的措施：

（1）合理布置巷道。礦井主要巷道服務年限長，斷面大，應布置在圍巖強度高的煤層或底板巖層中。工作面上下順槽盡量采用沿空掘巷和沿空留巷，避開支承壓力的影響，并要注意少掘交叉巷道和上下重疊的巷道。

（2）選擇合理的巷道斷面尺寸和斷面形狀。

（3）掘進工作面要及時進行臨時支護，嚴禁空頂作業(yè)?？拷蜻M工作面10m內(nèi)的支護，在爆破前必須加固。爆破崩倒、崩壞的支架必須先行修復，之后方可進入工作面進行作業(yè)。修復支架時必須先檢查頂、幫，并由外向里逐架進行。

（4）掘進巷道時，禁止任意加大棚子或錨桿間距，嚴禁任意修改支護參數(shù)及材料規(guī)格。在堅硬和穩(wěn)定的煤、巖層中，需要加大棚距和不設支護時，必須制訂安全措施。

3 冒頂事故的控制

（1）巷道應布置在穩(wěn)定的巖體中，并避免采動的不利影響。

（2）巷道支架應有足夠的支護強度以抗衡圍巖壓力。

（3）巷道支架所能承受的變形量，應與巷道使用期間圍巖可能的變形量相適應。

（4）盡可能做到支架與圍巖共同承載。支架選型時，盡可能采用有初撐力的支架；支架施工時要嚴格按工序質(zhì)量要求進行，并特別注意頂與幫的背嚴背實問題，杜絕支架與圍巖間的空頂與空幫現(xiàn)象。

（5）凡因支護失效而空頂?shù)牡攸c，重新支護時應先護頂，再施工。

（6）更換巷道支護時，在拆除原有支護前，應先加固臨近支護，拆除原有支護后，必須及時除掉頂板活矸和架設永久支護，必要時還應采取臨時支護措施。

（7）支架間應設牢固的撐木或拉矸?？煽s性金屬支架應用金屬支拉桿，并用機械或力矩扳手擰緊卡纜。在傾斜巷道中必須有防止矸石、物料滾落和支架歪倒的安全措施。

此外，在掘進工作面10m內(nèi)、地質(zhì)破碎帶附近10m內(nèi)、巷道交岔點附近10m內(nèi)、冒頂處附近10m內(nèi)，都是容易發(fā)生頂板事故的地點，巷道支護必須適當加強。

4 預防冒頂事故的擴展

如果遇到礦井不良施工地段，極易出現(xiàn)冒頂?shù)默F(xiàn)象，具體表現(xiàn)在礦道頂部強度要求不足，施工中可以考慮換填的方法。在巷道開挖后，底層往往呈現(xiàn)松軟現(xiàn)象，這也極易發(fā)生塌陷，對于巷道后期的開挖施工十分不利。迅速向調(diào)度室如實匯報現(xiàn)場冒頂情況，礦井立即啟動工作面頂板冒頂事故現(xiàn)場處置方案，并按處置措施執(zhí)行。按照作業(yè)規(guī)程和現(xiàn)場處置方案規(guī)定，待頂板冒落穩(wěn)定后，根據(jù)冒頂類型和現(xiàn)場實際情況，采取合理措施，進行處理。處理過程中，人員要沉著冷靜、行動迅速，防止造成新的事故和事故擴大。

我國地域廣闊，在北方施工還因考慮凍土的存在，在低溫凍土的區(qū)域一般采用的是螺旋鉆機開挖的方式，這樣的方法是對周邊土層傷害最小的方法。在開挖以后及時澆筑混凝土，這樣澆筑必須在很短的時間內(nèi)完成，以免混凝土結冰，澆筑完成后要在混凝土表面鋪上一層保溫隔熱層，使得混凝土盡早達到設計強度。等到混凝土的強度達到75%以上時，可以進行拆除模板，同樣要格外的小心，以保證在拆除過程中不會因為溫度低，模板有一定程度的變脆而受到損壞。

5 結語

遇到圍巖壓力不確定的施工時，對施工方法要求格外的嚴格，要求煤礦開挖時所有的技術人員不得站立于開挖巷道之上，所有在礦井上的施工人員必須戴帶安全帽，設計中合理地安排煤礦掘進時的設施的布置和使用。在充分考慮了巖層地段給支護帶來不便的同時，我們要做出相應的預案，來保證支護工程安全順利的進行，在文中也詳細介紹了施工中常用的新奧法的支護順序和施工范圍，也簡單地討論了煤礦掘進支護如何應對冒頂事故的發(fā)生在工程中常出現(xiàn)的狀況，對應的技術指標也進行了分析，對這些情況也提供了一些應對方法和施工技術，這些都是為了保證施工正常運行作準備，對有效遏制煤礦頂板塌陷事故具有重要意義。

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作者簡介：顧訓水（1970—），男，江蘇沛縣人，上海大屯能源股份有限公司沛縣姚橋煤礦掘進六隊工程師。