巷道頂板支護失效原因分析及處理措施

王 平

（霍州煤電集團白龍礦建公司，山西臨汾031400）

隨著我國科學技術水平的不斷提高及對煤炭需求量的增大，礦井的生產能力已經無法滿足市場需求，因此各個煤炭企業在不斷增加采掘工作面來滿足生產需求。我國目前的采掘工作面在掘進生產時的支護方式大多采用傳統的錨（索）噴網聯合法，然而隨著礦井的不斷延伸，巷道頂板壓力增大及斷層帶增多等因素造成傳統的支護的工藝、工序及質量較差[1]，對工作面的正常掘進及工作人員的安全造成巨大的隱患。本文以回坡底煤礦1051巷為例，對巷道掘進期間頂板支護失效原因進行分析，并根據實際情況采取合理有效的對策措施。

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1 概述

回坡底煤礦1051巷設計長度為1000m，巷道設計斷面為矩形斷面規格為寬×高=4.5m×3.3m，掘進煤層為11#煤層，平均厚度為3.3m，巷道沿11#煤層底板進行掘進。

1051巷原支護設計中頂板采用錨桿（索）配套鋼帶聯合支護，頂板每排布置5根長度為2.0m，直徑為20mm鋼錨桿，錨桿間排距為1.0m，錨桿與鋼帶配套使用，錨桿預緊力為150kN，錨桿采用端頭方式，錨固長度為0.35m，錨固力為157kN。

（3）對采用錨桿、錨索、錨噴支護的巷道，技術人員要對支護后的支護質量進行查驗，尤其是對錨桿、錨索是否符合生產要求，對支護后錨桿的預緊力進行檢查，同時定期安排專人對頂板離層情況進行觀察，發現支護后存在質量問題的錨桿及時進行支護。班前班后安排技術人員對施工人員的管理知識進行培訓，增強員工的專業技術水平。嚴格執行敲幫問頂制度。

（1）1051巷開口前150m采用炮掘施工，炮掘巷道使用風動錨索機進行支護，這種支護方式由于人工操作的原因常常出現鉆孔的深度、角度與設計存在誤差，造成支護后的巷道頂板支護質量差，此外頂板支護在進行預緊時僅僅依靠人的感覺操作，這就造成支護的預緊力達不到設計要求。

2 1051巷支護失效原因分析

2.1 支護方式不合理

（1）煤礦為了降低生產成本，在采購支護材料時選用材料質量差、設計存在缺陷的低成本產品，由于之前團柏煤礦開采的侏羅紀煤層硬度較高對支護材料的要求較低[2]，但是隨著掘進工作面向石炭二疊紀煤層的延伸，掘進巷道經常出現斷層、陷落柱等地質構造，導致頂板破碎嚴重、煤質松軟，廉價的支護材料已經不能滿足生產要求。

（2）在選購支護材料時未能按照規程要求進行采購，在采購復雜圍巖的支護材料時仍選用水泥托板、樹脂錨桿，這些材料由于抗拉強度差，未能對巷道頂板進行有效的支護。

2.2 管理不到位

（1）煤礦管理人員在生產時未對頂板支護引起足夠的重視，掘進巷道生產時出現頂板破碎、煤壁冒落、底板鼓起或斷層區域下沉時，管理人員未能采取有效的防治措施，導致掘進巷道頂板事故的發生[3]。

（2）1051巷采用綜合機械化掘進時巷道使用懸臂式掘進機進行支護，這種支護方式由于不能對空的區域進行超前支護，造成掘進作業時的支護效果及質量較差，無法滿足頂板壓力較大的巷道支護要求。

（2）對頂板壓力較大的巷道加強地質與礦壓勘測次數，確保管理人員清楚了解每段巷道的頂板壓力、地質條件、煤質成分、地質構造、力學參數及礦壓變化規律，充分做好地質的預測預報工作[4]。

2.3 支護材料不合格

（1）在進行支護時使用材質較差的不合格材料也會造成頂板事故。材料在選購時未能參照工作面的實際地質條件，導致采購的支護材料直徑與長度均未能滿足實際的生產要求。

（2）技術部門在施工前沒有對掘進巷道的地質條件進行勘測，未能充分認識到巷道的煤壁壓力、煤質條件、斷層帶的分布，導致施工人員在生產作業時未能采取合理有效的支護方式，巷道發生頂板事故的概率大大增加。

2.4 支護設備落后

運氣不佳，其實是自我安慰，說到底，還得歸咎于自己脾氣不好。稍有不如意，就拉長個臉，別人做事違了我愿，就要口出怨言，有時還會大呼小叫，更甚至扔手邊的水杯。

（2）巷道頂板支護時未能按照標準的工序工藝對頂板進行支護，對于支護后頂板沒有安排專業的技術人員對支護質量進行檢查。尤其是采用炮采的掘進工作面，支護后的頂板由于受到震動導致支護失效，工作人員沒有發現且未采取有效防止措施，從而造成頂板大面積垮落。

3 提高支護質量技術措施

3.1 加強支護安全管理

（1）煤礦企業應通過專業培訓強化各級領導干部的頂板管理專業知識水平，明確各級領導干部、技術人員的責任，同時為生產區隊配備相應的專業技術人員。

Vessel Traffic Flow Prediction Based on FCM-ANFIS Model

1051巷采用綜合機械化掘進工藝，每天掘進量為8m，截至目前巷道已掘進450m，根據巷道頂板支護現狀發現，受支護施工工藝、地質構造等影響，巷道在前期掘進過程中支護效果相對較差，主要表現支護錨固質量差、支護預緊力不足等現象，無法起到預期支護效果，嚴重威脅著巷道掘進安全，對此通過技術研究，分析了1051巷支護失效原因，并提出了合理有效的預防措施。

3.2 選擇合理支護形式

（1）對應力區巷道應采用新型的錨桿+錨索+金屬網聯+噴漿支護工藝對頂板進行支護，增強了頂板的支護強度，對巷道頂板進行噴漿能夠將破碎頂板粘連在一起，提高了掘進巷道頂板的穩定性[5]。

（2）若掘進巷道頂板出現破損嚴重且煤質松軟時，可通過向頂板內注射馬麗散與催化劑混合液來提高頂板的完整性，還可以通過在破碎頂板處施工撞楔超前支護對頂板進行臨時支護。

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（3）對于斷層帶的頂板可安裝工字鋼棚進行加強支護，從而大大緩解巷道圍巖對頂板的壓力。具體施工時可以根據頂板的實際破碎情況來調整鋼棚間距、數量等。

（4）對于掘進工作面由于掘進機在正常作業時會存在一定的空頂距離且不能超前支護，很容易造成頂板大面積垮落，應采用絲杠式前探超前支護進行空頂區超前支護，該支護工藝能夠有效地對空頂板進行臨時支護。

3.3 不斷更新掘進支護設備

煤礦企業應實時了解國內國外最新的掘進支護設備，同時根據本礦井的實際地質條件選購先進的支護設備，提高井下巷道支護質量。據資料顯示美國目前已開發出最先進的智能監測設備，該設備能夠在工作人員作業時及時監測頂板的壓力情況，同時還可以對每段頂板使用的錨桿、錨索及預緊力進行監測，并將監測結果顯示在屏幕上，方便工作人員直接了解巷道的頂板支護情況。

故障現象的多樣性使日常的維護不一定從開始的切入點入手，針對不同階段的故障排查都可以從邏輯流程控制中找到準確的切入點，為繼電保護通道的運維提供正確的思路和著手點。

4 結束語

截止2019年5月27日1051巷已掘進到位，通過對巷道掘進前期頂板支護主要存在的問題，提出了若干項對策措施后，巷道在后期掘進過程中未發生頂板錨桿斷裂、失效現象，局部區域受構造應力影響頂板錨桿出現應力疲憊現象，但對頂板能夠有效進行支護，頂板錨桿失效率降至2%以下，全年可節約支護成本費用達27.2萬元，取得了顯著經濟、安全效益。