煤巷锚杆支护巷道迎头区冒顶原因及预防措施

煤巷锚杆支护巷道迎头区冒顶原因及预防措施摘要:针对煤巷锚杆支护巷道迎头区冒顶事故,阐述了冒顶事故的特点、原因,指出了预防锚杆支护巷道迎头区冒顶的关键,提出了预防迎头区冒顶的措施。

关键词:煤巷锚杆支护迎头区预防措施

煤巷锚杆支护具有施工简单,易于提高机械化程度,降低工人劳动强度,成本较低,改善作业环境,掘进单进水平高等诸多优点,已成为煤巷的主要支护形式。由于锚杆支护设计方法的不断完善,高强度锚杆、锚索、树脂锚固剂的普遍应用,以及对顶板离层监测的重视等,大范围顶板冒落事故已经得到了有效的控制。但在应用过程中,也发生了一些严重的冒顶事故,而在巷道迎头区则成为冒顶事故的多发区。

1 冒顶的特点

煤巷锚杆支护巷道迎头区冒顶具有如下特点:

(1)随机性大,呈突发性,冒顶前无明显预兆。

(2)地质条件发生变化的地点,如有小断层、岩石破碎、顶板裂隙发育或近距离煤层的层间距变小、顶锚杆锚固点附近有煤线或有明显的极易离层的岩层弱面存在。

(3)顶板岩体的完整性已受到破坏,已散离为松散的岩块,或者顶

板存在“人字形”、“锅底形”、“楔形”、“倒梯形”等镶嵌式构造。冒顶的高度超过了锚杆长度,冒顶时连带锚杆整体垮落。

(4)冒顶的危害性大,易造成重大伤亡事故。

2 冒顶原因

分析煤巷锚杆支护巷道迎头区冒顶的原因,主要有以下三个方面:

(1)地质原因。由于地质构造区附近,岩体的完整性已受到破坏,甚至岩体已散离为大小不等的岩块。在坚硬的节理发育的岩体中,岩体已被各种各样的结构面切割成各类型的空间镶嵌块体。开掘巷道后,岩块之间裂隙会迅速扩大,很容易出现局部冒顶事故。

(2)诱发因素。根据我矿煤巷锚杆支护巷道的矿压观测表明,掘进影响剧烈的时间为1～3天,掘进影响距离为35m左右,其中第一天的变形速度最为显著,距迎头约10m。可见由于掘进影响,引发围岩应力重新分布,是迎头区巷道冒顶的诱发因素。

(3)支护因素。煤巷锚杆支护巷道的迎头区往往是支护的薄弱地区。因为已施工的锚杆由于预紧力等因素尚未充分发挥支护作用,并且大多数情况下顶帮锚杆同步施工不及时;再者迎头区支护能力的要求;还有使用锚索加强支护时,锚索没有紧跟迎头施工。因此,迎头区支护薄弱,是迎头区冒顶事故多发的重要因素。

3 预防措施

(1)加强对顶板岩性的观察及预测,尤其加强对顶板中“危石”的预测。有针对性地进行锚杆支护设计。

巷道开掘后,原始的平衡状态被破坏,围岩内的应力重新分布,暴露在空顶面上的某些块体失去平衡,沿着结构面滑移失稳,即发生冒顶。首先失稳的块体即为“危石”。而“危石”的存在尺度及分布规律又与岩体中的结构面和开挖面得产状密切相关。抓住这一特点,对顶板围岩中的“危石”进行比较准确的预测,进而有针对性地改变锚杆支护设计,预防冒顶事故的发生。严格执行敲帮问顶制度,由专人负责敲帮问顶,是发现顶板中“危石”比较简单而有效的方法。施工人员要详细观察、记录掘进工作面顶板及围岩岩性、构造、水文、裂隙、破碎带等地质情况。设计人员要根据变化了的地质情况,及时调整支护参数。尤其在遇到地质破碎带时,必须及时调整支护方式,必要时在原有支护形式的基础上采取套棚加强支护。在不同地质条件下,锚杆支护设计绝不能照搬照用。

(2)及时支护,提高锚杆的预紧力,尽快发挥已施工锚杆的主动加固作用。锚杆预紧力的的大小,反映了锚杆对围岩的主动加固能力。预紧力锚杆支护的关键是通过锚杆及附属构建对围岩施加外力,使锚固方位内的顶板受水平应力作用处于横向压缩状态,形成自撑结构。在维护自身稳定的同时,能承受上部载荷,维护岩体的连续、稳定。锚杆预拉力的大小,对顶板的稳定性具有重要作用,预紧力大到一定程度时,锚固范围内及锚固长度之外的围岩不存在离层破坏。在锚杆施工

过程中,锚杆锚固后,由于锚杆的初始预紧力不足,短期内难以阻止围岩的变形,当围岩变形到一定程度后,锚杆才起到阻止围岩变形的作用。

目前煤巷锚杆支护普遍使用树脂锚固剂,要使锚杆有较大的预紧力,锚杆的施工质量要得到保证。推广使用高性能锚杆,减小安装摩擦力,应用大扭矩的锚杆施工机具及风动气扳机,提高工人操作水平,确保锚杆安装质量,保证锚杆预紧力的实现,尽快发挥锚杆对围岩的主动加固作用。

(3)对巷道迎头区采取加强支护措施。煤巷锚杆支护巷道迎头区15m距离内,必须加强支护,防止顶板中镶嵌式构造发生危害。靠近掘进工作面10m内的支护,炮掘工作面在爆破前必须采取二次紧固螺母等加固措施。采用锚索跟迎头,单体支护等形式,及时加强迎头区顶板的支护。安装锚索要紧跟迎头,避免锚固区外的岩层离层以保持锚索与锚杆预紧力的大小关系,充分发挥锚杆与锚索的联合支护作用。迎头区临时空顶采用内注式单体支柱配合钢梁的临时前探支护,对顶板施加初撑力,有助于防止顶板的早期离层破坏。

(4)重视顶板两端“边角锚杆”的作用。围岩的破坏缝首先是从应力集中程度大的顶板角部出现,呈内倾形,如支护不当,条件合适,很容易造成顶板的整体垮落事故。这一现象已被多次冒顶事故所证实。因此,煤巷锚杆支护巷道顶板伸向两帮上方锚固可靠的“边角锚杆”非常重要,它被用来提供抗剪阻力,防止顶板岩角处破裂缝滑移掉落。“边角锚

杆”的长度和角度以伸入两帮上方为准。顶板采用“锚-网-梁”的联合支护形式,顶板“边角锚杆”对预防预报中镶嵌式构造块体的冒落,也能起到非常重要的作用。可见,顶板两端“边角锚杆”非常关键,应给予重视。

(5)重视帮锚杆的及时支护。在实际生产中,人们往往重视顶板支护,忽视了两帮及时支护的重要性,两帮锚杆往往滞后于顶锚杆一定距离支护。两帮支护不及时或支护不好,煤帮受垂直应力及水平应力作用向巷中移动,煤帮被压酥,承载能力变弱,两帮松动圈变大,顶板组合梁的跨距也在增大,两帮上角出现下沉断裂。因此,必须及时加强两帮支护。

(6)加强对煤巷锚杆支护迎头区巷道稳定性的检查。岩体内部的变形是锚固工程失稳破坏的基本特征和直接原因。目前,煤巷锚杆支护巷道稳定性的监测已受到了极大的重视,如顶板离层仪监测顶板离层状况等,对预防大面积锚杆支护巷道的冒顶起到了非常关键的作用。而煤巷锚杆支护迎头区巷道稳定性的监测需加强。可选用顶底板相对移近量、顶底板移近速度、两帮相对移近量、两帮移近速度、锚杆受力等指标作为反映煤巷锚杆支护迎头区巷道稳定性的监测与反馈信息指标。

4 结语

煤巷锚杆支护巷道迎头区冒顶事故的预防既是重点,又是难点。