浅析煤矿掘进巷道顶板事故预防

浅析煤矿掘进巷道顶板事故预防

殷坤

新汶矿业集团有限责任公司翟镇煤矿

摘要：煤矿掘进巷道顶板事故是煤矿生产的主要灾害之一，本文分析了顶板事故的影响因素，并提出了断面优化和支护施工的方式，从而正确支护井巷、掘进巷道断面，预防顶板事故，保障煤矿工人的安全。

关键词：煤矿掘进巷道；顶板事故；支护形式；断面设计

煤矿巷道顶板事故指的是矿工在采煤的时候，顶板突然冒落，最终导致采煤人员伤亡、采煤设备损坏、采煤工程停止。

一、煤矿掘进巷道顶板事故一般情况下，根据煤体的强度以及煤体层理发育程度，确定断面形状以及支护形式。在实际生产过程中，巷道可能出现断层，顶板容易松动或者破碎。因此，研究断面形状、支护形式以及设计参数对顶板事故[1]的影响，可以改善巷道围岩的受力情况以及变形情况，有效预防煤矿顶板事故。

二、掘进巷道断面的影响因素根据煤层的沉积特征以及煤体强度，为了保证顶板的稳定，山西朔州华美奥兴陶煤矿的巷道断面采用的是矩形断面。但是在特殊的地质条件下，巷道围岩受力情况以及变形情况取决于巷道断面和地应力环境。巷道断面的形状有矩形、拱形、圆形以及梯形等。断面形状的选择与矿井的压力、巷道的支护、巷道的掘进以及生产成本有着非常重要的关系。

1. 矿井的压力大小和方向一般情况下，煤矿在对巷道断面形状进行选择的时候，矿井的压力大小[2]和方向起着非常重要的作用。如果矿山压力比较大，甚至出现底鼓现象的时候，巷道断面形状可以选择圆形或者马蹄形；如果矿山压力比较小，巷道围岩比较坚固稳定，巷道使用期限不长的时候，可以选择梯形或者矩形的断面形状。如果如果顶板压力和侧向压力都比较大的时候，断面的形状选择封闭的圆形或者椭圆形；如果顶板压力比较大，侧向压力比较小的时候，巷道断面的形状选择拱形；如果顶板压力和侧向压力都比较小的时候，巷道断面的形状可以选择矩形或者梯形，从而有效控制巷道围岩的变形情况和实际受压情况。目前，随着支护工艺的进步，拱形巷道断面以及半圆形巷道断面的选用越来越普遍，比如运输巷道以及车场巷道等。
2. 巷道的掘进设备和方法巷道断面也受到巷道掘进设备以及掘进方法的影响。我国的巷道掘进大多采用钻眼爆破法。随着科学技术的发展，煤矿巷道的掘进趋于机械化，尤其是锚杆锚喷支护方式的广泛采用，大大简化了巷道的设计和施工难度。目前，我国煤矿巷道的断面形状多采用半圆拱断面或者圆弧拱形断面。
3. 巷道的支护材料和方式巷道的支护材料和支护方式也会影响到巷道断面形状[3]的选择。如果选择工字钢支护方式，那么巷道断面形状多选用梯形；如果选择U形钢支护方式，那么巷道的断面形状多选用拱形、圆形或者椭圆形。目前。我国的支护方式多采用锚杆锚喷的支护方式，巷道断面的形状一般选用梯形。

二、煤矿掘进巷道的支护施工巷道围岩在高应力的作用下，由于向巷道内挤入，所以很容易发生软化以及破碎的现象，而巷道的顶板受到挤压，很容易发生弯曲变形的现象。另外，巷道内经常会出现底鼓[6]现象。因此，巷道的支护施工非常重要。

1. 巷道支护的设计原则在巷道的支护施工过程中，一定要遵守支护原则：支护设计以护为基础，采用带压和让压支护，采用高强度的锚杆和锚索支护，控制巷道围岩的受压情况和变压情况；以加强支护为重点，防止巷道岩层的破碎和脱落，防止锚杆和锚索的失效，防止巷道由于局部变形而遭到损坏。
2. 掘进巷道的支护形式

（1）预留煤柱支护预留煤柱是传统的巷道支护形式。由于巷道的上区段为运输平巷，下区段为回风平巷，在上区段与下区段之间预留一定宽度的煤柱，使回风平巷避开支撑压力的峰值区。预留煤柱支护技术非常简便，而且还有利于通风和排水。但是预留煤柱支护也存在一定的缺点，预留煤柱支护的支护费非常高，煤柱的损失非常大，而且巷道的维护非常困难。煤柱的支撑压力传播到底部，会对临近巷道的稳定以及临近煤层的开采造成一定的影响，还会成为冲击地压的安全隐患。

（2）矿用支护型钢矿用支护型钢主要有U形钢和工字钢，矿用支护型钢主要用于圆形、半圆拱形以及椭圆形的巷道断面。矿用支护型钢的韧性非常好，矿用支护型钢还具有非常高的抗拉、抗压、以及抗剪强度。由于使用环境非常恶劣，使用条件相当复杂，因此，矿用支护型钢的性能要求非常高。巷道的支架需要承受横向载荷以及纵向推力，所以巷道支架两个方向上都应该具有足够的承载负荷能力，矿用支护型钢断面的集合参数取决于抗弯截面模量[7]，抗弯截面模量应该与巷道支架的承载负荷能力数值接近。另外，矿用支护型钢的集合形状与支架的可缩性能还存在着一定的关系，尤其是对U形钢影响，所以，矿用支护型钢的集合形状在锁紧和滑移的时候，应该满足矿用支护型钢接触面面积大、滑移平稳而且受力状况良好的要求。

（3）可缩性支架金属支架的承载负荷能力包括实际承载能力以及极限承载能力。可缩性支架在收缩阶段表现出来的承载能力就是实际承载能力，实际承载能力取决于连接件和支架的工作状况。可缩性支架在刚性阶段表现出来的最大承载能力就是极限承载能力，极限承载能力的标准是不出现塑性变形。一般情况下，极限承载能力大于实际承载能力，而可缩性支架最理想的状态就是实际承载能力与极限承载能力接近。

（4）锚杆支护锚杆是锚固在巷道岩层内的杆状物，锚杆可以加强巷道围岩的稳定。围岩与锚杆共同形成了锚杆支护系统。煤矿巷道的地质环境不同，锚杆的功能也不同。目前，我国的锚杆支架主要三种：摩擦式锚杆，比如缝管式锚杆等；机械式锚杆，比如楔缝式锚杆等；粘结式锚杆，比如水泥砂浆锚杆以及树脂锚杆等。锚杆支护主要是为了加固巷道围岩，加强巷道围岩的稳定性。锚杆支护可以使巷道围岩从载荷体变成围岩承载体。根据相关研究，在地质条件相同的情况下，比较金属支护和锚杆支护的作用发现，巷道围岩的移近量减少了一半。在实际煤矿巷道支护过程中，当单体锚杆无法控制巷道围岩的时候，我们还可以采用组合锚杆的支护形式。组合锚杆有两种形式：一种是树脂锚杆支护形式，树脂锚杆的掩护网可以选择金属菱形网和金属经纬网等，在实践中效果较好的树脂锚杆有：W型钢带和M型钢带等；另外一种是桁架锚杆支护形式，桁架锚杆的组成包括锚杆、拉紧器以及垫块等。

3. 巷道支护的施工要求

（1）锚杆的安装要求当安装巷道锚杆的时候，钻孔一定要达到一定的深度。对于钻孔的孔眼，采用气冲和水冲的方式，将孔眼内的煤尘以及岩粉等清除干净，并且测试锚杆能否在钻孔中自由转动。测试完毕之后，用锚杆将树脂锚固剂[8]推入底部，然后用驱动风煤钻，使风煤钻带动锚杆在钻孔内转动30秒左右。大约15分钟以后，树脂和固化剂就能够充分固化，这个时候，加上托板，用扭力扳手将螺母拧紧。

（2）金属网的安装要求在挂金属网的时候，首先要把钻孔孔眼周围的煤岩层铲平，在巷道前进的垂直方向，将金属网紧贴着顶板，然后用托板螺母拧紧。对于巷道支护的金属网，可以选用40mm×40mm编制的菱形金属网。

（3）巷道支护材料的消耗一般情况下，每米巷道支护材料需要10根金属锚杆、10个金属托板、6个木托板、14卷锚固剂、8.1m2的金属网。结语根据实际地质条件与岩层性质，选择合适的巷道断面形状以及巷道支护方式，优化断面设计、防止巷道冒顶，可以有效加固巷道围岩，保障巷道的质量，预防顶板事故，减少煤矿工人的操作危险。

参考文献[1]郑伟.浅谈新疆焦煤集团1890煤矿掘进巷道支护方式[J].能源技术与管理，2012(3)：78-79.

[2]林大力.煤矿掘进巷道顶板事故预防及断面优化研究[J].现代矿业，2011(4)：90-92.