煤礦掘進巷道頂板事故預防措施研究

趙樹理

【摘 ?要】近年來，隨著我國經(jīng)濟對煤炭資源依賴程度的加深，我國煤炭產業(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，由于設備和技術的落后，我國煤礦生產事故時有發(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行開挖作業(yè)時，頂板突然掉落，造成人員傷亡和設備損壞的生產事故，從而迫使煤礦停產，影響煤礦生產效率。

【關鍵詞】煤礦掘進巷道;巷道頂板事故;事故處理

1.做好斷面優(yōu)化工作，有效降低掘進巷道頂板事故發(fā)生率

1.1優(yōu)化結構，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，以起到加固作用，防止事故發(fā)生的機會。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。當巷道頂板斷裂時，不要使錨入巷道的方向垂直于巷道的拱緣。它應該隨著巖層的傾斜而改變。這時，錨的懸掛非常大。另外一種相反的情況，當巷道的走向與巖層傾向直接的夾角比較大時，此時會導致錨桿的另一側無法順利的打入巖層內部，此時聯(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，以有效提高施工進度和質量。通過優(yōu)化巷道斷面，可以有效提高巷道圍巖的應力，進一步提高圍巖的承載能力。借助圖像處理技術和數(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際情況進行有效的分析，并對他們的變形情況和受力情況進行有效的分析，結果發(fā)現(xiàn)與直角斷面相比，弧形底角斷面剪應力降低了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對計算機中彎曲地下通道和傳統(tǒng)直角道路的截面進行比較，分別計算受力和變形。通過具體試驗，我們可以看出彎曲的底角截面和直角截面的剪應力有差異，前者下降了43%，最大主應力和最小主應力分別下降了43%和69%.車頂深度和路基底鼓量分別下降2%和42%。

2.2對巷道結構進行優(yōu)化

煤礦巷道支護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，關節(jié)拱就會失去懸掛和加固的功能。如果另一端的巖石不穩(wěn)定，就會增加巖石破碎和分離的速度，進而使錨失去加固作用。

3.采用合適的掘進巷道支護方式

3.1預留煤柱支護

預留煤柱是一種傳統(tǒng)的巷道支護方式。因為道路上層屬于運輸層，下層為回風層車道，上段和下段中間會預先預留一條固定寬度的煤柱，以幫助回風級車道合理支撐壓峰區(qū)。實際上，預留煤柱支撐技術操作非常簡單，通過這種技術還可以有效加強通風、排水的效果。但由于煤柱支護費用較高，實際使用中煤柱損失較大，后期巷道養(yǎng)護作業(yè)難度較大。一旦煤柱支撐壓力被傳遞到底部，就會對附近道路的穩(wěn)定性、煤層開采工作產生影響，也會為沖擊壓力埋下隱患。

3.2可縮性支架

對于金屬支撐，承載力主要包括實際承載能力和最終承載能力。可伸縮支承的承載力是收縮階段的實際承載力。這種承載能力與連接部件和支承的工作條件直接相關。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際承載能力，可伸縮支撐的最佳運行狀態(tài)是兩種承載能力相似。

3.3礦用支護型鋼

礦井支護鋼一般包括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。這種支護方法具有很高的韌性、抗拉性、抗壓性、抗剪強度，對支護工作具有一定的優(yōu)越性。采用支撐鋼的適應環(huán)境比較惡劣，條件比較復雜，因此對性能也有非常嚴格的要求。巷道支護需要能夠承受橫向荷載和縱向推力。因此，巷道支護的各個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系。另外，支承鋼套的形狀與支承的伸縮性能有密切的關系，尤其是u型鋼的影響。基于此，當支撐鋼套的形狀處于鎖定和滑動狀態(tài)時，需要在接觸面面積、滑移、力等許多方面滿足其需要。

4.頂板事故處理

4.1局部冒頂處理

（1）先對冒落區(qū)支架進行加固。對于用棚子進行支護的，需要以圍巖壓力為依據(jù)對棚距進行加密，切實將棚子扶穩(wěn)和扶正。在棚子間還應設置拉桿，確保支架可以形成穩(wěn)定的聯(lián)合體。（2）及時進行封頂，對冒頂范圍不斷擴大進行控制，大多通過架設支架來處理?，F(xiàn)場的施工人員應處于安全地點，清除處于冒落頂部的所有活石，并及時架設支架，將護頂?shù)哪径馀帕泻茫瑢⒚奥涞淖罡咛?，從而把頂托住。如果冒頂高度?m以內，但長度相對較大時，應按照從外到里的順序，在現(xiàn)有圓木的有效保護作用下，逐段實施支架與木垛的架設。（3）冒頂錨噴支護，先將頂幫部位的活石清除干凈，然后向冒頂區(qū)中持續(xù)噴射混凝土，將噴射厚度控制在30-50mm以內，先進行封頂，然后封兩側;待混凝土達到凝固后，將錨桿打入，同時進行掛網(wǎng)復噴，復噴厚度不可超過20mm。

4.2大范圍冒頂處理

（1）先架設規(guī)格小于原巷道的若干支架，此時使巷道可以暫時恢復正常，然后將煤矸石清除干凈后，進行永久支架的架設。（2）采用一次成巷的方法進行修復。當冒頂面積相對較大與修復不會對正常生產造成太大影響時可采用這一方法。在修復過程中，以原巷道規(guī)格為依據(jù)，利用撞楔法實現(xiàn)一次成巷目標。在撞楔間使用木板將其插嚴，同時支架的兩幫也必須背嚴。在撞楔的上部應有足夠厚度的矸石，若矸石厚度較小，需在冒頂孔洞中填充厚度不小于0.5m的其它材料。撞楔和梁之間應背實。對冒頂進行處理與設立支架時，必須安排專人對頂板進行觀察。

5.結束語

綜上所述，煤礦掘進巷道可能會發(fā)生頂板事故，不僅影響正常掘進，而且還有可能造成人員傷亡，帶來巨大的經(jīng)濟損失。對此，應根據(jù)煤礦巷道實際情況，結合頂板事故類型和產生原因，制定有效的預防與處理措施，保證頂板的安全性，避免事故發(fā)生。 選擇合適的斷面形狀，合適的巷道設備和方法，選擇合適的材料質量和方法。在優(yōu)化斷面設計時，應優(yōu)化巷道的斷面、結構和支護結構，這不僅有利于保證巷道頂板的安全。提高煤礦工人的生產效率和人身安全。只有在安全的環(huán)境下，才能保證煤礦生產的質量，促進我國煤礦工業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻

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