巷道頂板事故預防及斷面優(yōu)化

摘 要：本文分析了掘進巷道斷面形式的影響因素，闡述了地質(zhì)預報和井下實際的地質(zhì)構(gòu)造對煤礦巷道掘進中斷面優(yōu)化的作用；提出適合某煤礦特殊地質(zhì)條件下，掘進巷道合理斷面形式、斷面設計參數(shù)及正確的井巷支護；從而可以有效的控制巷道圍巖變形，預防煤礦巷道掘進中的冒頂事故。

關鍵詞：巷道斷面；冒頂；斷面優(yōu)化；巷道支護

一、引言

頂板事故是煤礦生產(chǎn)的主要災害之一，是指在地下采煤過程中，頂板意外冒落造成作業(yè)人員傷亡、設備損壞、生產(chǎn)終止的事故。煤礦頂板事故主要受頂板巖性、巷道斷面形狀和參數(shù)確定、支護形式等因素控制。在實際煤礦巷道斷面設計、施工過程中，支護方式的選擇及支護參數(shù)的確定是重點考慮的問題，而對巷道斷面形狀的選擇考慮不足；然而，巷道斷面形狀對巷道圍巖穩(wěn)定性有較大的影響，同一地質(zhì)條件下，不同巷道斷面形狀對礦山壓力顯現(xiàn)影響較大，從而又決定了巷道支護方式[2-3]。本文從巷道斷面形狀、斷面參數(shù)優(yōu)化的角度研究適合不同地質(zhì)條件下斷面形式、斷面設計參數(shù)與支護方式，從而達到預防煤礦掘進巷道頂板事故的目的。

二、掘進巷道頂板事故

該煤礦掘進13108隊施工的二采區(qū)右四巷，在施工至10#前20m時，頂板大面積來壓，造成頂板20多米的冒頂事故，冒頂區(qū)域無作業(yè)人員作業(yè)，未造成人員傷害，否則后果不堪設想。

1.事故原因分析。巷道斷面錨桿規(guī)格只有L=1.8m，L=1.6m的限制，間排拒1.0m×0.8m，依據(jù)礦上統(tǒng)一支護經(jīng)驗和對照理論性柱狀圖的設計支護形式，巷道斷面布置，見圖1，圖2。

當施工至C#點時，巷道剛過斷層，并且?guī)r石泥化淋水加大，雖然當時已對其所重視，但只對錨桿間距的加密，間距縮小一半，而當時巖石的產(chǎn)狀，厚度已經(jīng)有所變化，穩(wěn)定的巖層已變成不穩(wěn)定巖層，錨桿固定的巖層已經(jīng)不穩(wěn)定，錨桿所具有主動加固巖層之間的力，由于力的相互作用反而加大了不穩(wěn)定巖層的離層力，加上頂板大面積來壓，而造成大面積冒頂。

2.事故教訓。在巷道掘進過程中，理論性的柱狀圖僅供參考，在井下實際施工中，每隔50m或者100m或者過破碎帶、斷層時應針對這一段單獨分析，分析其圍巖穩(wěn)定性，利用打錨索來判斷巖層的產(chǎn)狀、實際厚度來指定相應的巷道斷面支護規(guī)格，優(yōu)化巷道斷面布置參數(shù)，預防巷道掘進中的頂板下沉量和頂板的冒頂。

三、巷道斷面優(yōu)化

在巷道斷面設計時， 應考慮井巷的斷面形式與支護形式，應根據(jù)井巷工程的地質(zhì)條件、水文條件、圍巖性質(zhì)及井巷的用途， 確定合乎條件的、經(jīng)濟的巷道斷面；在特殊的地質(zhì)條件下應根據(jù)其礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律、圍巖穩(wěn)定性采取適合的巷道斷面形式和支護方式。

以三采區(qū)皮帶道施工為例分析其巷道斷面布置參數(shù)。在拱形支護中，常見的支護形式是錨桿和錨索的聯(lián)合支護，形成組合拱。其主要作用是：①為加固拱作用：提高巖體的抗剪強度，阻止上部圍巖的松動和變形拱的加固。②懸吊作用：將要冒落的危巖和軟弱巖層用組合拱的作用力來承擔巖石的重量。

防止冒頂主要結(jié)構(gòu)：1.巖石的傾向與巷道走向的夾角較小，L=1.8m.的錨桿可以打到穩(wěn)定巖層中。方案一、方案二如圖3、圖4所示。

如果頂板不破碎時，可以設計成方案一，將錨桿的錨入方向與巷道拱形邊緣垂直。然而頂板破碎時方案一錨桿錨入方案就顯得不合理，應采用方案二布置參數(shù)，由于巖層傾角小，在相同作用力下，方案一錨桿對巖體起到的懸吊作用就小于方案二錨入方式，所以，錨桿的錨入方向應該根據(jù)巖層的傾向變化而改變。

2.巖層傾向與巷道走向夾角非常大時，以至于一側(cè)的錨桿錨入不了穩(wěn)定巖層的。

當圖5所示的結(jié)構(gòu)時，組合拱已經(jīng)失去了原有的平衡，不能起到加固拱和懸吊的作用，由于一邊起加固不穩(wěn)定巖層的作用，而另一邊起到加速巖層分離的作用，從而失去了錨桿的意義，所以在設計錨桿支護形式的同時，不應該只注意柱狀圖中巖層的厚度，還應該考慮到巖層的傾角。假如遇到圖中所顯示情況，應該在同一條巷道中的兩側(cè)，選擇長度不同的錨桿或者用短錨索代替，以達到實際應用中的效果。

四、結(jié)語

預防巷道冒頂?shù)闹匾椒ㄊ堑刭|(zhì)預報和實際巖層情況的緊密的合理應用加上合理的巷道支護才能達到較好的效果。特別煤巖比較松軟，在施工中遇到地質(zhì)破碎、斷層，就更有可能造成大面積垮落，通過對地質(zhì)預報分析其圍巖穩(wěn)定性判斷，利用打錨索來判斷巖層的產(chǎn)狀、實際厚度來確定相應的巷道斷面形式及合適的頂板支護，優(yōu)化巷道斷面布置參數(shù)，對煤礦安全生產(chǎn)，預防巷道掘進中頂板的冒頂事故具有重要應用價值。

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[3] 朱微申、何滿潮，復雜條件下圍巖穩(wěn)定性與巖體動態(tài)施工力學[M].北京：科學出版社，1996：24-26.

作者簡介：鄭先保（1983-），男，現(xiàn)在黑龍江龍煤礦山建設有限公司工作。