煤巷錨網索梯支護頂板事故的預防

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梧桐莊礦是2003年正式投產的一座設計生產能力120萬t/a的大型礦井，分南北兩翼布置生產，主采山西組2^#煤層。目前主要掘進巷道分別布置在北翼二采區和南翼的一、三采區，采區回采巷道除個別過斷層、頂板破碎帶地段采用U型鋼可縮支架支護外，其餘均采用錨網索梯支護，采區部分開拓準備巷道也采用了該支護方式。截止目前，已利用錨網索梯支護技術安全掘進煤巷兩萬餘米。在煤巷掘進過程中，梧桐莊礦通過采取合理確定支護參數、強化現場施工管理和頂板監測，重點做好後路頂板維護和掘進工作麵迎頭工程地質條件監測等措施，成功杜絕了煤巷掘進頂板02manbetx.com ，取得了顯著成效。

1 支護作用原理

煤巷錨網索梯支護是錨杆、錨索、塑料網、金屬梯形梁或W鋼帶聯合支護，共同支撐煤巷頂板的一種新型混合支護技術，它的作用原理就是利用錨網索梯支護強化和提高巷道頂板一定範圍岩層的抗剪壓能力，形成強化承壓拱，抵抗巷道圍岩變形，達到支撐維護巷道的目的。其具體作用就是通過對頂錨杆在一定預緊力作用下進行端錨，使端錨範圍內的複合岩層在錨杆的彈性壓縮下形成組合梁，同時利用錨固於穩定岩層中的錨索對給合梁在一定預緊力作用下進行懸吊，進一步增強組合梁的支護強度。

2 頂板02manbetx.com 預兆

煤巷錨網索梯支護是利用巷道圍岩自身進行主動支護。圍岩變形有一個從彈性到塑性，最後喪失抵抗力的過程，這種特性決定了錨網索梯支護的煤巷頂板變形要經過一定變形量的積累，當頂板變形量積累達到一定程度，就會導致煤巷頂板突然垮塌造成頂板02manbetx.com 。錨網索梯支護煤巷板變形過程往往引發一係列壓力顯現，出現頂板02manbetx.com 預兆：

1）頂板出現局部離層掉渣，在塑料網上形成網兜，嚴重時造成頂錨杆失效。

2）巷道兩幫收斂，頂板下沉，梯形梁或W鋼帶開始出現折疊現象。

3）巷道底板鼓起，軌道變形，梯形梁變形，W鋼帶或頂錨杆斷裂。

4）頂板岩層爆響，頂板離層監測儀顯示離層加劇。

5）錨索承載力增大，錨索托盤變形，出現放射狀絞理，嚴重時錨索斷開失效。

3 頂板事故的預防

3.1 合理確定錨杆錨索支護參數

根據工作麵地質條件，合理參照鄰近工作麵地質力學評估資料，依據秦巴列維奇理論按自然平衡拱原理對掘進工作麵圍岩破壞範圍和圍岩壓力進行計算。並以此為依據，結合其他礦井的生產實踐合理確定錨杆錨索支護參數。圖1是秦氏理論的計算模型。



圖1 秦氏理論的計算模型

3.1.1 巷道圍岩破壞範圍的計算

1）煤巷兩幫煤體受壓破壞深度

c=Htan(45-φ/2)

式中 c——煤體受壓破壞深度，m；

　　 H——巷道高度，m；

　　 φ——煤的內摩擦角，φ=arctan(f)=45°，f=1

2）巷道頂板潛在的冒落拱高

b₁=a₁/u=(a+c)/(R_c/1 000)

式中 b₁——巷道頂板潛在的冒落拱高，m；

　　 a——承受彎曲的懸臂岩層的半跨距，m；

　　 R_c——巷道頂板岩石的抗壓強度，N/cm²。

3）頂板壓力

Q=4a₁b₁r₁/3=4(a+c) b₁r₁/3

4）兩幫煤體側向壓力

Q′=(2b₁r₁/γ+H)/2H tan²(45-φ/2)

式中γ為煤的體積重量，kN/m³。

3.1.2 合理確定錨杆錨索支護參數

依據巷道圍岩破壞範圍的理論計算值，輔以工程類比，結合其他礦井的實踐經驗，回采巷道錨杆錨索支護參數確定如下：

1）回風順槽 斷麵形狀矩形，淨寬3.4m，淨高2.8m。頂板錨杆選用Φ20mm×2 400mm的20Mnsi左旋無縱筋螺紋鋼。設計錨固力100kN，間距800mm，排距700mm。巷道頂弧靠近兩幫各布置1根角錨杆，向煤壁斜上方傾斜15°。頂錨杆每排5，用1根長3.3m的W鋼帶或梯形梁連接起來，錨杆錨固劑選用Z2335，K2335型樹脂藥卷各1卷。

幫錨杆布置在兩排頂錨杆之間，與頂錨杆交錯布置。幫錨杆選用Φ16mm×1800mm的A3圓鋼錨杆，擋圈距杆尾500mm。設計錨固力40kN，間距700mm，排距700mm。錨固劑選用K2335和Z2335型樹脂藥卷各1個。

順槽頂板兩端各布置1道錨索，錨索長7.0m，錨固長度1.5m，每條錨索采用CK2352，K2352，Z2352藥卷各1卷，預緊力不小於150kN，錨固力要求在260kN以上，錨索距幫1.0m布置，間距1.6m，排距2.1m，每根錨索配1塊300mm×300mm×16mm的鋼托板。

2）運輸順槽 斷麵形狀矩形，淨寬3.8m，淨高2.8m。頂幫錨杆參數、材質、錨固劑用量及型號同回風順槽，間距720mm，排距700mm，巷道頂板靠近兩幫各布置1根角錨杆，向煤壁斜上方傾斜15°。頂錨杆每排6根，用1根長3.7m的W鋼帶或梯形梁連接起來，錨杆錨固劑選用Z2335，K2335型樹脂藥卷各1卷。

運輸順槽幫錨杆布置同回風順槽。

運輸順槽頂板兩端各布置1道錨索，錨索距幫1.2m，間距1.6m，排距2.1m，其它要求同回風順槽。

3）切眼 斷麵為矩形，淨寬6m，淨高2.8m。頂錨杆間距600mm，排距700mm，頂角錨杆布置同工作麵槽，每排9根錨杆，用2根長3.0m的W鋼帶連接，錨固劑選用K2335、Z2335型樹脂藥卷各1卷。

幫錨杆布置在兩排頂錨杆之間，與頂錨杆交錯布置。空幫側幫錨杆間距700mm，排距700mm，其參數、材質、錨固劑用量及型號同工作麵順槽。煤幫側錨杆選用長1.5m的竹錨杆。

切眼錨索距幫0.85m布置，錨索間距1.5m，排距1.4m，每排4根錨索，其它要求同工作麵順槽。

4）其它材料

a.錨索 采用低延伸率鋼絞線，直徑15.24mm，由7根直徑5mm鋼絲組成，強度級雖1 860MPa，破壞負荷不低於260kN。

b.托板 每根頂錨杆配備1塊直徑120mm、厚10mm熟鋼圓托盤，每根幫錨杆配備1塊300mm×200mm×30mm的竹托板和1塊與頂錨杆相同的熟鋼圓托盤。

c.網 巷道全周邊鋪設雙抗塑料網，頂幫輔嚴，網邊搭接100mm，每200mm連1道整股塑料繩。

d.梯形梁（或W鋼帶） 回風順槽錨杆采用寬80mm，長度為3 300mm的梯形梁或BHW-230-3-3300型W鋼帶。

運輸順槽錨杆采用寬80mm、長3 700mm的梯形梁或BHW-230-3-3700型W鋼帶。

切眼采用BHW-230-3-3000型W鋼帶。

3.2 加強施工現場管理，抓好錨杆錨索的安裝質量

1）炮掘工作麵全麵推廣煤巷光爆技術，充分利用手持式風動鑽機鑽頭直徑小和炸藥小藥卷技術，通過合理調整眼位和藥量，盡量減少爆破作業對煤巷兩幫的破壞，保證煤岩的完整性。機掘工作麵綜掘機司機要盡量將兩幫煤壁割直旋齊，減少欠，超挖現象發生。

2）嚴格按設計要求的角度、間排距鑽設錨杆（錨索）孔，落煤後及時組織人員找好頂幫，由當班質量驗收員按設計要求定位標記錨杆（索）眼位，同時在鑽杆上做標記，保證打眼深度，跟蹤監督檢查錨杆（索）的安裝，確保錨杆（索）的安裝質量。

3）施工打眼時要嚴格按標記深度鑽眼，錨杆眼的深度應小於錨杆長度50mm，誤差不超過10mm，以利於錨杆安裝後托板貼緊煤壁。

4）錨杆（索）的安裝必須按要求進行，錨固劑、錨杆、錨索、托盤和螺母等性能強度、結構必須與設計錨固力相匹配，各種材料入井必須有產品合格證。巷道頂幫錨杆的方向、位置和密度必須符合設計要求，托板和護板必須貼緊頂板和煤壁，不得鬆動，接觸麵積達到80％以上。出現頂幫錨杆不接頂鐵幫時，要重新補打錨杆。網要展開鋪平，貼緊頂板和煤幫，用錨杆托板壓緊，搭接

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td="14273">處每隔200mm，用整股塑料繩聯結1道。螺母的擰緊力矩不小於100N·m，頂幫錨杆均要上2個螺母。錨杆、錨索安裝前，必須用壓風將孔內煤岩粉、水等吹洗幹淨。錨杆端部必須推至眼底，尾部外露長度不小於50mm。

5）錨杆、錨索安裝，必須按作業 01manbetx 規定的施工操作程序進行，先裝快速藥卷，再裝慢速藥卷，用錨杆（索）將藥卷送至孔底後，用攪拌裝置邊攪拌，邊用邊迅速向孔底推進錨杆（索），待藥卷得到充分攪拌後停機，攪拌時間為30s，攪拌要連續進行，中途不得停頓。錨杆攪拌後上托盤，1h後二次預緊，錨索攪拌凝固1h後上托盤張拉。其預緊力必須達到設計要求，托盤要緊貼岩麵。

6）礦、區兩級各自建立質量 管理機構，區質量 管理小組每天對所屬掘進工作麵錨杆、錨索的安裝質量等進行日常考核驗收，礦以生產 安全部安監員巡查和綜合 安全質量大檢查的形式對全礦錨網索梯支護巷道進行抽查，發現錨杆、錨索安裝質量達不到設計要求的就嚴肅處理。

3.3 加強頂板觀測，及時獲得頂板穩定狀況的信息

1）錨網索梯支護巷道按設計要求每隔50m布設1個觀測點，斷層及圍岩破碎帶、應力集中區、交岔點等特殊地點加設觀測點，頂板離層儀安設在巷道頂板，巷道斷麵中部，深基點固定在頂板上方7m處，淺基點固定在頂板上方3m處。

2）頂板離層儀由施工隊隊長負責及時跟頭安裝（安裝離層儀時距前頭距離：機掘≤3m，炮掘≤10m）。

3）觀測點實行掛牌管理，牌板上寫明監測點號、安裝人員、安裝日期和初始數據，並指定專人負責觀測數據，填寫原始記錄，建立觀測檔案。

4）觀測人員每天及時上報觀測數據。

5）礦負責部門對收集的觀測數據進行認真 03manbetx ，從中 總結頂板變化的規律性，對觀測數據異常點要進行現場調查，若現場確定該處巷道頂板活動異常威脅 安全生產時，立即上報主管礦領導采取相應 措施。

3.4 錨網索梯支護巷道出現頂板事故預兆要及時維護

1）井下作業人員隨時觀察巷道頂板及煤壁活動情況，一旦發現頂板異常，出現頂板事故預兆要及時向礦調度室和區隊值班人員彙報並采取相應 措施，杜絕事故發生。

2）頂板出現局部離層掉渣、頂錨杆斷裂時，及時處理網兜、補打錨杆，確保複合頂板的完整性，盡量減小頂板離層的發展。

3）巷道出現兩幫收斂、頂板下沉、梯形梁或W鋼帶折疊現象時，要根據巷道頂板變形程度采取沿巷道補打木支柱或在巷道頂板增設錨索、錨索懸梁，變形嚴重時要及時進行二次架棚或擺木架支護。

4）巷道頂板出現岩層斷裂爆響、梯形梁（W鋼帶）或頂錨杆斷裂，同時伴隨錨索斷開等一係列頂板劇烈活動來壓的頂板事故預兆時，要立即撤出在危險區內所有作業人員，待頂板穩定後，立即對巷道由外往裏進行二次架棚支護。

3.5 根據地質條件及時調整支護密度或變更支護

該礦井田範圍內地質構造發育，煤係地層不穩定，煤巷頂板岩石具有不穩定性，巷道掘進時經常遇到斷層、頂板破碎帶、頂板岩性變化帶，巷道工程地質條件變化較大，為了保證巷道支護科學合理，生產區隊要注意觀察巷道圍岩條件變化，時刻與技術部門聯係，工程技術人員要根據工程地質條件變化隨時修改錨網索梯支護密度，在錨網索梯支護不能滿足安全生產需要時及時變更支護形式。

4 結束語

峰峰集團公司梧桐莊礦在推廣應用煤巷錨網索梯支護的過程中，經曆了試驗、 總結改進、推廣應用3個階段。在煤巷錨網索梯支護推廣之初，曾先後在南翼182104上順槽掘進工作麵迎頭和北翼182209下順槽後路發生頂板冒頂，在 總結兩次頂板事故的基礎上，通過采用上述 措施，2002年12月在182106上順槽成功的杜絕了一起後路頂板事故，從此至今，梧桐莊礦未發生一起頂板事故。

《礦來安全與環保》 （焦貴勇）

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