煤礦掘進(jìn)巷道頂板事故及合理防范方式研究

任建文

摘 要：近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)對煤炭資源依賴程度的加深，我國煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模越來越大，煤礦開采也越來越深入。然而，隨著我國煤礦工業(yè)的發(fā)展，由于設(shè)備和技術(shù)的落后，我國煤礦生產(chǎn)事故時(shí)有發(fā)生，尤其是煤礦隧道頂板事故發(fā)生率較高。煤礦開挖巷道頂板事故主要是指煤礦工人在進(jìn)行開挖作業(yè)時(shí)，頂板突然掉落，造成人員傷亡和設(shè)備損壞的生產(chǎn)事故，從而迫使煤礦停產(chǎn)，影響煤礦生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：煤礦掘進(jìn)巷道;頂板事故;合理防范方式

1 做好斷面優(yōu)化工作，有效降低掘進(jìn)巷道頂板事故發(fā)生率

1.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)，避免發(fā)生巷道冒頂事故

有效提高巖體的硬度，以防止巷道周圍巖石的松動(dòng)，以起到加固作用，防止事故發(fā)生的機(jī)會(huì)。它常被用來在巖石層上添加錨，以解決巷道方向和巖層趨勢都很小的問題。當(dāng)巷道頂板斷裂時(shí)，不要使錨入巷道的方向垂直于巷道的拱緣。它應(yīng)該隨著巖層的傾斜而改變。這時(shí)，錨的懸掛非常大。另外一種相反的情況，當(dāng)巷道的走向與巖層傾向直接的夾角比較大時(shí)，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致錨桿的另一側(cè)無法順利的打入巖層內(nèi)部，此時(shí)聯(lián)合拱起就不能起到懸吊和加固的效果。

1.2 優(yōu)化巷道的斷面情況

在煤礦巷道施工過程中，可以根據(jù)具體的施工情況選擇巷道。有常見的拱形屋頂形狀、彎曲的底角和直墻，以有效提高施工進(jìn)度和質(zhì)量。通過優(yōu)化巷道斷面，可以有效提高巷道圍巖的應(yīng)力，進(jìn)一步提高圍巖的承載能力。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(shí)際情況進(jìn)行有效的分析，并對他們的變形情況和受力情況進(jìn)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 巷道頂板事故的合理防范

2.1 對巷道斷面進(jìn)行優(yōu)化

對于煤礦巷道段，需選用拱、直墻、曲底角等形狀的頂板。這樣不僅可以提高施工速度，而且可以改變圍巖巷道的應(yīng)力狀態(tài)，提高圍巖巷道的承載能力。在一般操作過程中，主要采用數(shù)字仿真軟件和圖像處理技術(shù)對計(jì)算機(jī)中彎曲地下通道和傳統(tǒng)直角道路的截面進(jìn)行比較，分別計(jì)算受力和變形。通過具體試驗(yàn)，我們可以看出彎曲的底角截面和直角截面的剪應(yīng)力有差異，前者下降了43%，最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力分別下降了43%和69%.車頂深度和路基底鼓量分別下降2%和42%。

2.2 對巷道結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

煤礦巷道支護(hù)方式一般以錨桿和錨索組合拱為主。這種組合拱可以起到懸索和加固拱的作用，也可以承受掉下的巖層和薄弱的巖層的重量，提高了巖石的原有硬度，避免了巷道圍巖的松動(dòng)和變形。一旦巷道的方向和巖層傾向的角度相對較小，就可以向巖層注入1.8米長的錨。如果巷道頂板保持完好，混凝土注塑螺栓的方向必須與巷道拱垂直。在巷道頂板斷裂的情況下，在巖石形成趨勢的變化下，螺栓注入方向必須改變。一旦巷道方向與巖層傾向的夾角變大，錨桿無法成功注入巖層，關(guān)節(jié)拱就會(huì)失去懸掛和加固的功能。如果另一端的巖石不穩(wěn)定，就會(huì)增加巖石破碎和分離的速度，進(jìn)而使錨失去加固作用。

3 采用合適的掘進(jìn)巷道支護(hù)方式

3.1 預(yù)留煤柱支護(hù)

預(yù)留煤柱是一種傳統(tǒng)的巷道支護(hù)方式。因?yàn)榈缆飞蠈訉儆谶\(yùn)輸層，下層為回風(fēng)層車道，上段和下段中間會(huì)預(yù)先預(yù)留一條固定寬度的煤柱，以幫助回風(fēng)級車道合理支撐壓峰區(qū)。實(shí)際上，預(yù)留煤柱支撐技術(shù)操作非常簡單，通過這種技術(shù)還可以有效加強(qiáng)通風(fēng)、排水的效果。但由于煤柱支護(hù)費(fèi)用較高，實(shí)際使用中煤柱損失較大，后期巷道養(yǎng)護(hù)作業(yè)難度較大。一旦煤柱支撐壓力被傳遞到底部，就會(huì)對附近道路的穩(wěn)定性、煤層開采工作產(chǎn)生影響，也會(huì)為沖擊壓力埋下隱患。

3.2 可縮性支架

對于金屬支撐，承載力主要包括實(shí)際承載能力和最終承載能力?？缮炜s支承的承載力是收縮階段的實(shí)際承載力。這種承載能力與連接部件和支承的工作條件直接相關(guān)。但剛性階段可伸縮支撐的最大承載能力是最終承載能力，這是基于無塑性變形。通常，最終承載能力超過實(shí)際承載能力，可伸縮支撐的最佳運(yùn)行狀態(tài)是兩種承載能力相似。

3.3 礦用支護(hù)型鋼

礦井支護(hù)鋼一般包括U型鋼和i型鋼兩種。在煤礦開挖作業(yè)中，多用于圓形、橢圓形、半圓形拱形巷道。這種支護(hù)方法具有很高的韌性、抗拉性、抗壓性、抗剪強(qiáng)度，對支護(hù)工作具有一定的優(yōu)越性。采用支撐鋼的適應(yīng)環(huán)境比較惡劣，條件比較復(fù)雜，因此對性能也有非常嚴(yán)格的要求。巷道支護(hù)需要能夠承受橫向荷載和縱向推力。因此，巷道支護(hù)的各個(gè)方向都必須滿足荷載要求。采用支撐鋼的截面參數(shù)與抗彎截面模量有直接關(guān)系。另外，支承鋼套的形狀與支承的伸縮性能有密切的關(guān)系，尤其是u型鋼的影響?；诖耍?dāng)支撐鋼套的形狀處于鎖定和滑動(dòng)狀態(tài)時(shí)，需要在接觸面面積、滑移、力等許多方面滿足其需要。

4 結(jié)束語

總而言之，煤礦巷道頂板事故的原因包括所選路段形狀不適宜、巷道開挖設(shè)備和方法不適宜、巷道支護(hù)材料和方法不適宜等。選擇合適的斷面形狀，合適的巷道設(shè)備和方法，選擇合適的材料質(zhì)量和方法。在優(yōu)化斷面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)化巷道的斷面、結(jié)構(gòu)和支護(hù)結(jié)構(gòu)，這不僅有利于保證巷道頂板的安全。提高煤礦工人的生產(chǎn)效率和人身安全。只有在安全的環(huán)境下，才能保證煤礦生產(chǎn)的質(zhì)量，促進(jìn)我國煤礦工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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