1、某煤矿煤巷支护技术研究及顶板事故预防摘要：分析了锚杆支护对破碎高应力地质条件下煤岩体的作用机理，同时结合煤巷锚杆支护在某煤矿应用情况，分析了煤巷锚杆支护发生冒顶事故的原因同时提出了相应的预防措施。 关键词：煤巷锚杆支护破碎高应力煤岩体顶板事故预防措施 中图分类号： U455.7+1 文献标识码： A 1 问题的提出 世界发达国家的采矿发展历程证明，煤巷锚杆支护技术是建设现代化矿井的重大支撑技术，发展煤巷锚杆支护，彻底改变我国煤巷依赖于架棚支护的落后面貌，迅速提高我国煤巷锚杆支护比重，是煤炭行业发展的必由之路。在我国，80 年代末期煤巷锚杆支护改革开始受到全煤炭行业的普遍重视，并被视为一场技术革
2、命，九五期间围绕煤巷锚杆支护成套技术攻关取得了重大突破，目前锚杆支护已成为我国煤矿巷道支护的主导形式，其使用范围已扩大到软岩巷道、机电硐室、水仓、切眼等特殊井巷工程。该项技术对煤炭行业整体技术水平的提高，对高产高效矿井的建设都产生了巨大的影响和推动作用。 某煤矿总体构造形态为一向南东东倾斜的单斜构造，地层产状倾向200-230，倾角 4080。矿区内发育有 F1、F2 两条断层，但岩层中节理裂隙较发育，其发育的两组节理呈“X”型,节理产状分别为22065-80，31060-85。F1 断层位于矿区的北西端，倾角在 60-67 度，断距大于 50m，对煤层破坏大，断层上盘煤层倾角 70-80 度
3、，下盘煤层倾角 40-50 度。F2 断层位于矿区中部，为逆断层，倾向南东，倾角在 50-60 度，断距 10-20m，对开采有影响。井田构造复杂。某煤矿主要开采205、C203b、203a 煤层，煤层赋存条件相差很大，该矿煤层顶、底板均属软质岩石，由于构造的破坏和影响，特别是一组北北东向节理和波浪状小褶曲的变形切割，岩体连续性、整体性差，抗压强度、抗弯强度、抗剪强度偏小，仅为正常同类岩石的 70%左右，顶压、侧压均较大，且来压快，一般形成临空面 4 小时即来压，巷道不易维护。底板粘土岩含高岭石、蒙脱石、水云母等粘土矿物，遇水膨胀，三维自由膨胀率不小于80%，膨胀力可达 100Kpa，底鼓明显
4、，更增加了巷道维护难度，在大面积推广使用锚杆支护过程中涉及到安全可靠性的因素很多，导致安全隐患的不稳定因素很多。特别是对于某煤矿这样地质条件复杂、煤体强度很低的煤巷来说，锚杆支护更是一把双刃剑，是存在一定安全隐患的隐蔽性工程。因此，在锚杆支护技术广泛推广应用的今天，提高锚杆支护的可靠性，确保锚杆支护巷道的安全是当前必须解决的重要课题。 2 某煤矿煤巷锚杆支护现状 某煤矿从 2006 年开始掘进煤巷时就是以煤巷锚杆支护为主，但是由于矿井处于投产初期，很多技术资料不全，没有相应的措施来保证煤巷锚杆支护的安全，进行支护设计时只能进行简单的工程类比，没有可靠的依据，同时由于巷道断面大，地质条件复杂，造
5、成支护形式跟不上围岩变化，发生三起冒顶事故。这些在一定程度上严重影响了煤巷锚杆支护在该矿的推广应用。目前只要条件稍微发生一点变化，为确保安全就立马改成架棚支护，造成回采过程中大量 U 型棚难以回收，大量的浪费，同时也严重制约了回采工作面单产水平的提高。 2.1 煤巷锚杆支护安全技术水平比较低的主要原因 基础研究不够充分。缺乏针对性锚固技术的研究，缺乏对工程实践指导意义明确的锚杆支护和使用理论。 “三径”不匹配，锚固力低，可靠性差；只重视顶板的支护，而忽视两帮和底板的控制；围岩破碎时锚固剂与围岩的粘结强度不够，锚固力小，控制变形效果差。 锚杆支护设计方法不合理。绝大多数锚杆设计只是简单的进行工程
6、类比，而没有进行具有针对性的围岩性质鉴定，因此导致锚杆支护不能很好地适应围岩条件变化频繁的煤层巷道，导致一条巷道中绝大部分区域支护强度过剩，但在围岩条件恶化，支护强度无法满足要求时，就无法避免的发生冒顶事故。 锚杆性能不过关。锚杆通常被当作普通材料，加工技术得不到重视虽说是等强锚杆，但多数锚杆在受力时却在丝扣处折断，造成锚杆的实际使用效果差。 施工人员素质低、技术管理不到位、不规范、监测技术不实用、监测手段跟不上等。 所有这些问题从根本上决定了我国锚杆支护应用的较低的安全技术水平，安全可靠性很低，同时也说明锚杆支护的可靠性是一项复杂的系统工程，它不仅取决于科学的支护理论，合理的支护设计，而且与
7、锚杆支护的施工、质量检验、材料、机具性能、施工人员的素质等有密切关系，只有深入细致地分析影响锚杆支护安全的各个因素，才可能保证锚杆支护推广过程中的安全可靠。同时这些问题也促使我们深入研究冒顶事故的特点和原因，并提出大面积推广过程中的安全可靠性课题开展研究。 2.2 冒顶事故的基本特点及原因 2.2.1 发生冒顶事故的特点 综观某矿区及某煤矿发生的几起冒顶事故可以发现他们普遍存在的共性：1）冒顶段普遍较小，且发生在地质条件变化的地段。如小断层、岩石破碎、顶板裂隙发育或近距离煤层的层间距变小、顶板锚固区边缘有极易发生离层的弱面存在等等。 2）冒顶地点都发生在成巷部分，交叉点段，且大多有明显预兆，如
8、巷道变形量大，片帮、锚杆失效、顶板离层并有明显弯曲下沉。 2.2.2 冒顶事故的原因 对地质条件变化掌握不清楚，特别是小班施工过程中，基本不观测、不汇报顶板条件变化，区队技术人员或技术科不能及时掌握和了解施工现场的顶板情况，无法采取及时有效的措施来应对条件的变化。 在类似条件巷道支护设计的对照应用中，简单地把锚带网改为锚梁网，将等强锚杆改为高强普通锚杆，缩短锚固长度等，降低支护等级，片面强调支护成本，忽视技术问题。 技术管理方面的问题，两方面：第一，从小班施工人员到区队技术人员对地质条件变化不敏感，或认识不到位，没有及时改变支护形式，或修改支护参数；第二，发现条件变化，需对巷道进行加强支护，并
9、提出补强措施后，没有得到及时严格地贯彻落实，延误了处理时间，最终酿成冒顶，这一种情况居多。 施工质量控制问题，监测流于形式，片面强调进尺考核，特殊地段设计的支护方案落实不到位，成巷后出现的问题责任不明，职责不清，掘进迎头备料不全，处理问题不方便。 因此，可以说某煤矿煤巷锚杆支护技术攻关和推广应用的总体安全形式较好，但存在的一些问题不容乐观，特别是在基本掌握该项技术后，维护期长的静态临界煤巷冒顶现象进一步表现为突发性、超常规性和大规模性 3 个特点，给深入推广带来巨大困难。因此必须系统地研究，并提出一整套科学、合理、可行的安全保障体系，实现该项技术的本质安全。 3 煤巷锚杆支护顶板事故预防 煤巷
10、支护的目标是在尽量低的支护成本条件下使巷道围岩稳定，防止围岩产生危害性塌落，并保持有足够的使用断面。其特点是：(1)围岩松软、破碎，节理、层理发育，支护的对象是破裂煤岩体；特别是两帮煤体既松软又性脆，围岩锚固性能差；(2)受地质构造影响，在同一条巷道内围岩结构及物理力学性质变化大，构造应力也有很大差别，围岩分类可能相差 12 类，需要采取不同的支护方式和参数；(3)采动高应力强烈作用下围岩变形剧烈，绝对变形量达到 5001500mm 以上，一般为岩巷的几倍到几十倍；(4)巷道工程量大，服务时间短，支护结构必须简单实用，造价低廉。这些特点决定了安全可靠性研究必须充分考虑技术经济的优越性和可行性。
11、同时为保证煤巷锚杆支护的安全性和预防顶板事故的发生我们必须搞好如下几个方面的问题： 设计保障体系。分析评价煤巷锚杆设计方案和使用效果，并进行归类，形成详细的便于操作和具有指导意义的设计规范，从支护设计的源头上保证安全可靠；并建立一套科学合理、适应煤巷支护条件变化频繁的支护方案和设计参数调整方法，既要避免冒顶事故发生，又不能使设计参数过于保守，造成材料的浪费和掘进速度降低。 技术管理保障体系。分析评价已有的施工管理措施、经验、教训，总结快速施工技术，形成一套贯穿施工过程的行之有效的技术管理规范，在井下施工过程管理中提供详细的技术管理指导，确保实施过程中的安全可靠。 支护手段保障体系。对现有主导支
12、护产品的性能实验、检测、分析，提出改进意见和方向，形成锚杆支护产品的企业标准，从支护手段的源头上保证安全可靠，使其适应煤巷破碎围岩条件，保证锚杆质量，提高支护效果；持续研究新型结构锚杆，提高支护产品技术性能。对当前的锚杆技术应用水平进行总体评价，总结锚杆支护应用过程中可能存在的安全隐患，提出保证安全的监测监控手段，形成安全监测技术体系，提出相应的监测仪器、仪表。地质人员应经常深入井下，做好顶板岩性的探测工作，每 40m 探测一次顶板岩性，并及时分析、汇报岩性变化情况，根据预计的地质构造分布情况给出地质钻孔参数，联系抽排区施工地质钻孔，坚持“有疑必探”的原则，并及时根据抽排区打钻遇地质构造情况，
13、分析、总结、修正地质资料。 4 应用效果 通过系统的保证同时由于生产单位班组长、区队长、瓦检工、安检员密切注意地质构造，当顶、底板，煤层、矿压、瓦斯发生异常变化时，能够立即停头，撤出作业人员，并及时向调度所、地测科汇报。经矿组织现场鉴定，制定针对性措施后才能恢复施工。避免了施工过程中因为观测不到位造成顶板冒落事故发生施工单位每班及时填写顶板状况表(岩性、厚度、打眼时间)，现场挂顶板实测柱状图牌板通过系统总结已发生事故的原因同时在某煤矿应用最新高性能预拉力锚杆支护理论，基本解决了煤巷锚杆支护技术的的安全可靠性问题，形成一套科学合理有效实用的具有淮北特色的安全保障技术体系，在技术和管理手段上提供了良好的安全保障，基本实现支护技术的本质安全，取得良好的技术经济效益和社会效益。 参考文献（部分） 张农,侯朝炯等.深井三软煤巷锚杆支护技术研究J. 岩石力学与工程学报.1999, 18(4):51-55. 侯朝炯,勾攀峰. 巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究J. 岩石力学与工程学报. 2000, 19(3):342-345.
