煤礦掘進巷道頂板事故預(yù)防措施

李迎輝

【摘? 要】煤礦掘進巷道頂板事故是煤礦常見的安全事故，通過對煤礦安全事故進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，煤礦頂板事故在所有事故中所占的比例達到了40%;而頂板死亡事故中，掘進工作面冒頂事故所占的比例達到了20%。主要是巷道的斷層、圍巖的破碎或者頂板的松動是造成了事故的主要原因。只有做好相應(yīng)的預(yù)防措施，才能確保煤礦生產(chǎn)安全。

【關(guān)鍵詞】煤礦;頂板事故;預(yù)防措施

引言

煤礦巷道頂板事故指的是頂板突然崩塌。在煤礦生產(chǎn)過程中，巷道施工經(jīng)常會遇到斷層，從而出現(xiàn)頂板易松動或破碎現(xiàn)象， 此時就需要對斷面形狀進行系統(tǒng)的研究，并制定有效的支護方式?？梢酝ㄟ^改變受力的情況，來有效的控制頂板的變形，預(yù)防煤礦頂板事故的發(fā)生。

1煤礦掘進巷道頂板事故預(yù)防的重要性

近幾年，煤礦掘進巷道頂板事故發(fā)生的更加頻繁，掘進頂板事故、礦井塌方、滲水以及瓦斯爆炸等問題，這些都是煤礦開采中技術(shù)應(yīng)用的局限帶來的問題，另外我國大多數(shù)的煤礦開采工作都需要在地下進行，而地下的巷道形式復(fù)雜多樣，經(jīng)常受到采動的強烈影響，必須提高采礦技術(shù)的應(yīng)用能力，做好煤礦掘進巷道頂板預(yù)防。

2做好斷面優(yōu)化工作，有效降低掘進巷道頂板事故發(fā)生率

2.1優(yōu)化巷道的斷面情況

煤礦巷道斷面施工過程中，可以根據(jù)具體施工情況來選擇巷道斷面，常見的有拱形頂板、弧形底角與直墻的形狀，從而有效提高施工的進度和質(zhì)量。通過優(yōu)化巷道斷面，可以對巷道圍巖的受力狀況進行有效的改善，進一步提高其承載能力。借助圖像處理技術(shù)和數(shù)字模擬軟件，對常規(guī)直角巷道斷面和弧形底角巷道斷面的實際情況進行有效的分析，并對他們的變形情況和受力情況進行有效的分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與直角斷面相比，弧形底角斷面剪應(yīng)力降低了43%。

2.2優(yōu)化結(jié)構(gòu)，避免發(fā)生巷道冒頂事故

在進行煤礦巷道掘進過程中，錨索和錨桿聯(lián)合的組合拱是最為常用的支護形式，其可以達到懸吊和加固的效果。同時組合拱的應(yīng)用還能夠承擔(dān)軟弱巖層以及冒落巖層的重量，有效提高巖體的硬度，以避免預(yù)防巷道周圍巖石的松動，這樣方能起到加固的作用，防止發(fā)生事故的幾率。經(jīng)常采用向巖層中加入一根錨桿的形式來解決巷道走向和巖層的傾向夾角很小的情況。當巷道的頂板出現(xiàn)碎裂現(xiàn)象時，不要使錨桿打入的方向與巷道的拱形邊緣向垂直，應(yīng)該隨著巖層的傾斜而變化。這個時候，錨桿的懸吊作用是很大的。另外一種相反的情況，當巷道的走向與巖層傾向直接的夾角比較大時，此時會導(dǎo)致錨桿的另一側(cè)無法順利的打入巖層內(nèi)部，此時聯(lián)合拱起就不能起到懸吊和加固的效果。反之，如果另外一層的巖石出現(xiàn)不穩(wěn)定的情形，這個時候會促進巖層的分離和破裂，致使錨桿失去其加固的效果。在進行錨桿支護形式設(shè)計的過程中，需要對巖層厚度給予全面的考慮，同時還需要對巖層與巷道之間的夾角進行考慮，然后選擇不同的錨索或者錨桿，以達到加固的效果。

3優(yōu)化支護施工技術(shù)，降低巷道頂板事故

在高應(yīng)力的作用下，巷道圍巖會受到巷道掘進的影響，造成了巷道的頂板發(fā)生軟化及破碎的情況。再加上頂板的擠壓，從而誘發(fā)變形變曲現(xiàn)象，有的時候也會在巷道內(nèi)部出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象。因此，優(yōu)化支護施工形式至關(guān)重要，其可以有效降低巷道頂板事故的發(fā)生。

3.1巷道支護的原則

在巷道的支護施工過程中，要按照支護原則來嚴格執(zhí)行。支護設(shè)計主要是以護為主，采用的是讓壓和帶壓的支護方式，同時還需要配備與之相對應(yīng)的高強度的錨索和錨桿來提高其支護效果，借助一定的手段來改變和控制巷道圍巖的受壓和受力情況。做好煤礦掘進巷道的支護工作，可以有效預(yù)防巷道巖層滾落和破碎等情況的發(fā)生，避免錨桿和錨索在重壓或者受力過大的情況下失效，防止巷道因局部的變形而遭到破壞。

3.2預(yù)留煤柱支護

預(yù)留煤柱支護是煤礦掘進巷道施工過程中比較常用的一種巷道支護形式。通常情況下，巷道的下區(qū)段為回風(fēng)平巷，上區(qū)段為運輸平巷。在下區(qū)段與上區(qū)段之間需要按照要求預(yù)留一定寬度的煤柱，這樣一來可以使回風(fēng)平巷有效的避開支撐壓力的峰值區(qū)，確保巷道掘進工作的順利進行。預(yù)留煤柱支護技術(shù)使用起來是非常方便的，這樣一來是有利于通風(fēng)和排水。然而，采用預(yù)留煤柱支護技術(shù)也存在一定的缺陷和不足，而且使用成本比較高，造成大量煤礦資源的浪費。煤柱的支撐壓力會逐漸的傳播到底部，影響臨近煤層的開采和臨近巷道的穩(wěn)定性，存在一定的安全隱患。

3.3礦用支護型鋼

煤礦掘進巷道施工中，U型鋼和工字鋼是最常用的兩種礦用支護型鋼。礦用支護型鋼主要包括圓形、橢圓形以及半圓拱形的巷道斷面。由于礦用支護剛性具有比較好的韌性，因此在掘進巷道支護中得到了廣泛的應(yīng)用。對于抗拉、抗壓、抗剪方面都有很好的應(yīng)用。對于礦用支護型鋼的性能高，可以運用環(huán)境惡劣、施工復(fù)雜的情況。巷道的支架一般需要縱向推力以及橫向負載，因此在進行巷道支架的選擇上，最好保證這兩個方向均具備比較高的承載負荷能力。此外，對于礦用支護型鋼的集合要能滿足接觸面積和受力狀況良好等。根據(jù)實際地質(zhì)的條件與巖層性質(zhì)，選擇相應(yīng)的巷道斷層形狀以及選擇相應(yīng)的支護形式，來保證巷道的質(zhì)量和預(yù)防頂板事故，采取有效的預(yù)防措施來減少安全事故發(fā)生的頻率。

3.4錨桿支護

錨桿是被固定在巷道巖層的桿狀物， 可以用來加強穩(wěn)定性。巖層與錨桿共同構(gòu)成了錨桿支護系統(tǒng)。煤礦巷道的地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，可以選擇的錨桿功能也存在一定的差異。如今，在煤礦掘進巷道施工過程中，最常用的錨桿形式有：機械式錨桿，例如楔縫式錨桿;摩擦式錨桿，例如縫管式錨桿;粘結(jié)式錨桿，如樹脂錨桿或者水泥砂漿錨桿。同時，錨桿的主要作用不僅可以加固巷道圍層，而且還能提高圍巖的整體穩(wěn)定性。相關(guān)研究統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在相同的地質(zhì)條件下，錨桿支護和金屬支護可以使巷道圍層的移動量下降50%，提高巷道圍巖的整體穩(wěn)定性。

4穿越斷層的錨網(wǎng)支護

4.1退后臥底法

對于復(fù)雜的地質(zhì)條件要選擇合適的支護方法，巷道穿斷時，可以采用退后臥底法，斷層的頂板比較堅硬，一般情況下，上下會相差 2.4m，可以采用支護的措施來對巖層進行圍護，這樣，在掘進機的施工過程中，保證了斷層在巷道中的位置保持在安全范圍內(nèi)，掘進機前進和后退都不會影響到斷層，從而保證斷層不會塌陷，保證了斷層的完整性，增加了巷道的安全性能。

4.2直接破頂法

在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中遇到斷層時除了對斷層進行支護外還可以對斷層進行破除，只剩下比較完整堅硬的頂板，這樣再使用錨網(wǎng)索來加強支護，將容易破碎的巖層直接去除，從根本上解決了施工中的難題，在使用掘進設(shè)備進行施工時就不會擔(dān)心斷層的不穩(wěn)定性對施工的過程中造成阻礙和對工作人員產(chǎn)生危害了，但是采用直接爆破的方法成本比較髙，而且施工的難度較高，所以，要根據(jù)情況而定。

4.3錨桿臨支加 U 型鋼的方法

在落差比較大的斷層中，這時的圍巖不容易破碎，這種情況下，采用U型的鋼架進行固定支護，強化斷層的強度，避免斷層的脫落和頂板的塌陷，但是，這個過程要注意把握好錨桿之間的距離，才能良好的發(fā)揮該項措施的優(yōu)勢，提高施工過程中的安全和可靠度。

5結(jié)束語

在煤礦的掘進過程中，從實際的巖層性質(zhì)和地質(zhì)條件出發(fā)，來對巷道斷面形狀、支護形式進行科學(xué)、合理的選擇，并做好各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化工作，從而有效避免巷道冒頂?shù)陌l(fā)生。通過多樣的形式來加強巷道圍巖的穩(wěn)定性，保證其質(zhì)量，預(yù)防事故的發(fā)生，增加操作的安全性。

參考文獻

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