煤巷錨桿支護巷道迎頭區冒頂原因及預防措施

摘 要:針對煤巷錨桿支護巷道迎頭區冒頂事故，闡述了冒頂事故的特點、原因，指出了預防錨桿支護巷道迎頭區冒頂的關鍵，提出了預防迎頭區冒頂的措施。

關鍵詞: 煤巷 錨桿支護 迎頭區 預防措施

中圖分類號：TQ54 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)10(b)-0000-00

煤巷錨桿支護具有施工簡單，易于提高機械化程度，降低工人勞動強度，成本較低，改善作業環境，掘進單進水平高等諸多優點，已成為煤巷的主要支護形式。由于錨桿支護設計方法的不斷完善，高強度錨桿、錨索、樹脂錨固劑的普遍應用，以及對頂板離層監測的重視等，大范圍頂板冒落事故已經得到了有效的控制。但在應用過程中，也發生了一些嚴重的冒頂事故，而在巷道迎頭區則成為冒頂事故的多發區。

1冒頂的特點

煤巷錨桿支護巷道迎頭區冒頂具有如下特點:

(1)隨機性大，呈突發性，冒頂前無明顯預兆。

(2)地質條件發生變化的地點，如有小斷層、巖石破碎、頂板裂隙發育或近距離煤層的層間距變小、頂錨桿錨固點附近有煤線或有明顯的極易離層的巖層弱面存在。

(3)頂板巖體的完整性已受到破壞，已散離為松散的巖塊，或者頂板存在“人字形”、“鍋底形”、“楔形”、“倒梯形”等鑲嵌式構造。冒頂的高度超過了錨桿長度，冒頂時連帶錨桿整體垮落。

(4)冒頂的危害性大，易造成重大傷亡事故。

2冒頂原因

分析煤巷錨桿支護巷道迎頭區冒頂的原因，主要有以下三個方面:

(1)地質原因。由于地質構造區附近，巖體的完整性已受到破壞，甚至巖體已散離為大小不等的巖塊。在堅硬的節理發育的巖體中，巖體已被各種各樣的結構面切割成各類型的空間鑲嵌塊體。開掘巷道后，巖塊之間裂隙會迅速擴大，很容易出現局部冒頂事故。

(2)誘發因素。根據我礦煤巷錨桿支護巷道的礦壓觀測表明，掘進影響劇烈的時間為1—3天，掘進影響距離為35米左右，其中第一天的變形速度最為顯著，距迎頭約10米。可見由于掘進影響，引發圍巖應力重新分布，是迎頭區巷道冒頂的誘發因素。

（3）支護因素。煤巷錨桿支護巷道的迎頭區往往是支護的薄弱地區。因為已施工的錨桿由于預緊力等因素尚未充分發揮支護作用，并且大多數情況下頂幫錨桿同步施工不及時；再者迎頭區支護能力的要求；還有使用錨索加強支護時，錨索沒有緊跟迎頭施工。因此，迎頭區支護薄弱，是迎頭區冒頂事故多發的重要因素。

3預防措施

（1）加強對頂板巖性的觀察及預測，尤其加強對頂板中“危石”的預測。有針對性地進行錨桿支護設計。

巷道開掘后，原始的平衡狀態被破壞，圍巖內的應力重新分布，暴露在空頂面上的某些塊體失去平衡，沿著結構面滑移失穩，即發生冒頂。首先失穩的塊體即為“危石”。而“危石”的存在尺度及分布規律又與巖體中的結構面和開挖面得產狀密切相關。抓住這一特點，對頂板圍巖中的“危石”進行比較準確的預測，進而有針對性地改變錨桿支護設計，預防冒頂事故的發生。嚴格執行敲幫問頂制度，由專人負責敲幫問頂，是發現頂板中“危石”比較簡單而有效的方法。施工人員要詳細觀察、記錄掘進工作面頂板及圍巖巖性、構造、水文、裂隙、破碎帶等地質情況。設計人員要根據變化了的地質情況，及時調整支護參數。尤其在遇到地質破碎帶時，必須及時調整支護方式，必要時在原有支護形式的基礎上采取套棚加強支護。在不同地質條件下，錨桿支護設計絕不能照搬照用。

（2）及時支護，提高錨桿的預緊力，盡快發揮已施工錨桿的主動加固作用。錨桿預緊力的的大小，反映了錨桿對圍巖的主動加固能力。預緊力錨桿支護的關鍵是通過錨桿及附屬構建對圍巖施加外力，使錨固方位內的頂板受水平應力作用處于橫向壓縮狀態，形成自撐結構。在維護自身穩定的同時，能承受上部載荷，維護巖體的連續、穩定。錨桿預拉力的大小，對頂板的穩定性具有重要作用，預緊力大到一定程度時，錨固范圍內及錨固長度之外的圍巖不存在離層破壞。在錨桿施工過程中，錨桿錨固后，由于錨桿的初始預緊力不足，短期內難以阻止圍巖的變形，當圍巖變形到一定程度后，錨桿才起到阻止圍巖變形的作用。

目前煤巷錨桿支護普遍使用樹脂錨固劑，要使錨桿有較大的預緊力，錨桿的施工質量要得到保證。推廣使用高性能錨桿，減小安裝摩擦力，應用大扭矩的錨桿施工機具及風動氣扳機，提高工人操作水平，確保錨桿安裝質量，保證錨桿預緊力的實現，盡快發揮錨桿對圍巖的主動加固作用。

（3）對巷道迎頭區采取加強支護措施。煤巷錨桿支護巷道迎頭區15m距離內，必須加強支護，防止頂板中鑲嵌式構造發生危害。靠近掘進工作面10m內的支護，炮掘工作面在爆破前必須采取二次緊固螺母等加固措施。采用錨索跟迎頭，單體支護等形式，及時加強迎頭區頂板的支護。安裝錨索要緊跟迎頭，避免錨固區外的巖層離層以保持錨索與錨桿預緊力的大小關系，充分發揮錨桿與錨索的聯合支護作用。迎頭區臨時空頂采用內注式單體支柱配合鋼梁的臨時前探支護，對頂板施加初撐力，有助于防止頂板的早期離層破壞。

（4）重視頂板兩端“邊角錨桿”的作用。圍巖的破壞縫首先是從應力集中程度大的頂板角部出現，呈內傾形，如支護不當，條件合適，很容易造成頂板的整體垮落事故。這一現象已被多次冒頂事故所證實。因此，煤巷錨桿支護巷道頂板伸向兩幫上方錨固可靠的“邊角錨桿”非常重要，它被用來提供抗剪阻力，防止頂板巖角處破裂縫滑移掉落。“邊角錨桿”的長度和角度以伸入兩幫上方為準。頂板采用“錨-網-梁”的聯合支護形式，頂板“邊角錨桿”對預防預報中鑲嵌式構造塊體的冒落，也能起到非常重要的作用。可見，頂板兩端“邊角錨桿”非常關鍵，應給予重視。

（5）重視幫錨桿的及時支護。在實際生產中，人們往往重視頂板支護，忽視了兩幫及時支護的重要性，兩幫錨桿往往滯后于頂錨桿一定距離支護。兩幫支護不及時或支護不好，煤幫受垂直應力及水平應力作用向巷中移動，煤幫被壓酥，承載能力變弱，兩幫松動圈變大，頂板組合梁的跨距也在增大，兩幫上角出現下沉斷裂。因此，必須及時加強兩幫支護。

（6）加強對煤巷錨桿支護迎頭區巷道穩定性的檢查。巖體內部的變形是錨固工程失穩破壞的基本特征和直接原因。目前，煤巷錨桿支護巷道穩定性的監測已受到了極大的重視，如頂板離層儀監測頂板離層狀況等，對預防大面積錨桿支護巷道的冒頂起到了非常關鍵的作用。而煤巷錨桿支護迎頭區巷道穩定性的監測需加強。可選用頂底板相對移近量、頂底板移近速度、兩幫相對移近量、兩幫移近速度、錨桿受力等指標作為反映煤巷錨桿支護迎頭區巷道穩定性的監測與反饋信息指標。

4結語

煤巷錨桿支護巷道迎頭區冒頂事故的預防既是重點，又是難點。對迎頭區頂板”危石”的觀察預測及對迎頭區巷道穩定性實施有效的監測，是預防煤巷錨桿支護巷道迎頭區冒頂的關鍵；錨桿支護的設計也需要針對煤巷圍巖中的“危石”情況不斷完善。