锚杆支护煤巷冒顶事故类型及对策武星春

锚杆支护煤巷冒顶事故类型及对策

武星春，王恩众，宁小宁

（徐州矿务集团旗山煤矿，江苏徐州221132）

摘要我国煤巷锚杆支护技术近年来得到飞速发展，煤巷锚杆支护作为巷道支护的先进技术，以其显著的技术、经济优越性已逐渐成为煤矿巷道的重要支护形式。本文对锚杆支护煤巷冒顶事故类型进行了分析，并提出了应对措施。

关键词锚杆支护煤巷冒顶类型对策

中图分类号TD327．2文献标识码A

近年来，我国大部分矿区基本实现了煤巷锚杆支护，但是煤巷锚杆支护的安全可靠性仍较低，尤其值得高度关注的是煤巷锚杆支护冒顶比架棚支护冒顶显现出不同的特征，多表现为突发性和结构性失稳，从而导致大范围冒顶。

1冒顶事故类型及分析

1．1岩层组合结构恶化

（1）非稳定岩层变厚超过锚杆（索）长度。非稳定岩层是指对顶板岩层变形破坏起控制作用的软岩（煤）及中硬岩层。由此原因导致的事故占总事故数的29．63%，其中直接顶板泥岩层厚变大，超过锚杆（索）长度的发生冒顶事故占总事故数的20．04%；常见的非稳定岩层有泥岩、砂质泥岩、泥质胶结的粉砂岩和煤层。当支护不当时，极易导致顶板垮落。例如：某矿20308运输巷于2008年3月6日发生一起长7．8m、宽3．6m、高4．5 5．0m的大规模冒顶事故，垮落带直接顶板泥岩厚度由设计时的4．4m变为6．3m，锚杆、锚索均未锚入稳定岩层中。

（2）稳定岩层变薄。稳定岩层是指对顶板岩层稳定起控制作用的硬岩层。例如：某矿93240切眼于2009年11月20日发生一起长60m、宽6m、高6．5m的大规模冒顶事故，从垮落现场来看，9、10号煤层间粉砂岩厚度由设计时的7 9m变为垮落时的4．06m，稳定岩层变薄，使锚索锚固段位于10号煤层中，大大降低了锚索的锚固承载作用。事故巷道原支护参数、顶板岩层结构及冒顶特征如图1所示。

（3）顶板一定范围内出现软弱夹层。软弱夹层层厚一般在几mm至几十mm，而普通锚杆无法将其纳入锚固范围之内，此类顶板条件极易诱发顶板垮落。因顶板一定范围内出现软弱夹层而导致的事故占总事故数的19．75%。如2002年04月23日，某矿34206回风巷在掘进过程中，掘进工作面直接顶板泥岩与基本顶砂岩间存在厚50mm的一层煤线，掘后7天（距掘进

*收稿日期：2011－07－06

作者简介：武星春（1983－），男，江苏徐州人，助理工程师，2006年毕业于阳泉职业技术学院采矿工程专业，现任旗山煤矿安监科助理工程师

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图1稳定岩层变薄导致巷道冒顶

工作面29m），发生长9．4m、宽4．2m、高2．35m的大规模冒顶。

（4）地下水的影响。水可使岩石或裂隙间的摩擦因数和变形模量下降。地下水压力还有水楔作用，使裂隙内产生张力作用，对岩体稳定性极为不利，此类事故占总事故数的3．7%。

（5）空气中的水分对顶板的软化。煤矿空气中水分对顶板的影响主要使泥质岩类顶板岩石逐步软化或潮解，逐渐崩解，最后形成软泥状非固结的状态。此类事故多发生在夏季，具有“季节效应”，调查收集到此类大规模冒顶事故占总事故数的1．2%。

1．2顶板岩层出现构造

（1）因对已揭露出的小断层支护不当导致的冒顶事故占总事故数的9．26%。

（2）因巷道附近一定范围内的隐含小断层直接导致的冒顶事故占总事故数的6．17%。

（3）由于地质构造运动的作用，岩层节理发育，多组节理互相切割，破坏了岩体的完整性。在支护不当时，极易导致大规模的楔形垮落。因节理导致的冒顶事故占总事故数的4．32%。

（4）围岩出现镶嵌型结构。镶嵌型围岩结构多为锅底型、人字型、鱼背型、升斗型、长条型及草帽型等不规则形状．因此原因引起的冒顶事故占调查事故总数的2．5%。

1．3高应力环境

（1）高应力导致的冒顶事故占总事故数的2．5%。

（2）次生应力引起的冒顶几乎总会与上部或下部

邻近面（层）的二次采动有关，或与未充分垮落的盘区产生的挤压或压力过载有关。由多煤层开采引起的次生应力或压力过载会造成底鼓、煤柱压入底板和顶板及切割顶板等各种形式的配合作用，支护不当时极易导致冒顶。由此原因导致的冒顶事故占总事故数的3．7%。

1．4施工质量

（1）未及时支护。在巷道施工遇到构造带或巷道两帮片帮严重时，未及时采取加强支护，导致冒顶事故。此类大规模冒顶事故占总事故数的3．1%。

（2）“三径”匹配不合理。“三径”匹配不合理指锚索或锚杆直径、孔径、锚固剂直径“三径”匹配不合理，尤其是孔径远大于锚索直径时，锚固剂未送至孔底、多半在孔深的一半处锚固，锚索张拉时初锚力也可达到设计要求，但锚索的深锚悬吊作用已大打折扣，由此导致的冒顶事故具有很大的隐蔽性，只有冒顶后才被发现。此类大规模冒顶事故占总事故数的1．2%。

（3）施工中“偷工减料”。如少装树脂药卷，将设计的3支树脂药卷改为1支，造成锚固力不足；或截短锚杆，将2．2m锚杆截短为1．6m，正好该处有一弱面，引起冒顶。此类大规模冒顶事故占总事故数的1．2%。

（4）因锚固剂本身质量问题，造成不凝固或因安装过程中搅拌时间不足或过长造成锚固能力降低，从而导致锚杆支护失效。此类原因造成的冒顶事故收集到1起。

2基本对策

（1）合理选择巷道位置。巷道设计时应尽量避开应力集中区、地质构造带，避免因地质构造区内存在的构造应力平衡状态由于开掘过程而遭到破坏，引起构造应力释放而发生冒顶事故。

（2）选择合适的支护设计方案。支护设计必须建立在对顶板和煤层条件有清晰认识和判断的基础之上。支护设计完成后，必须进行支护效果的观测，支护形式必须随施工条件的变化而改变。

（3）加强施工支护质量控制。首先确保支护材料质量达到要求，对锚杆、锚索、树脂药卷、网片等进行严格的验收，确保产品合格。其次，严格按照安全技术操作规程对巷道及时支护，并检验支护的可靠性，使支护质量自始至终得到保证。

（4）加强对煤巷锚杆支护效果监测。建立支护台账，健全班组自检、区队日检和矿定期抽检的监测制度，掘进工作面迎头配备扭力扳手及锚杆拉力计等监测仪器，并要求现场专人监测记录备案。巷道设立测站，安装顶板离层仪定期监测顶板稳定情况。通过对监测数据反馈、分析，有效地掌握锚杆的支护效果，出现顶板下沉等情况及时采取针对性加固措施。

（上接第181页）

2．2．2走向爆破

回风道内沿巷道顶板走向使用ZY－300型钻机进行顶板预裂爆破钻孔，第1号钻孔终孔为切眼切顶线铅垂方向上方23m，法线方向距顶板19．7m，依次由上出口向回风道外的顺序进行施工，走向间距5m，终孔间距进入老顶，垂直于直接顶10m，孔径75mm，装药方式与倾斜预裂一致，使老顶沿回风道走向形成断裂面，减小上段采空区的悬臂梁长度，减小工作面老顶垮落的面积，降低顶板冒落对工作面的冲击强度，具体参数见表3。

表3技术参数表

孔深（m）钻杆数（根）方位角水平角

35．849158ʎ（初投173ʎ）40ʎ

2．2．3爆破参数

（1）顶板卸压爆破每孔装药量为钻孔深度的一半，使用特制火药，规格为：Φ45ˑ400mm，雷管8发。

（2）走向、倾斜方向顶板预裂爆破采用裂缝法的方式（裂缝法是指人为地形成一个弱面，将能量聚集在一个方向上，当爆破时能够有效地形成一个切顶面，从而达到更好地预裂效果）。将火药装入塑料管中，塑料管装药部位两侧用刀锯割出5mm裂缝，每5管火药用一个引药，向孔内装药时，每个孔内塑料管裂缝相对，构成爆破面（裂缝法），正向装药，塑料管尾部用黄泥封严，装至孔底，封孔使用4个水炮泥，其外用黄泥封严封实。

2．4煤层卸压爆破

卸压孔位置：风道下帮，工作面硬帮，机道上帮。上、下两道垂直于煤壁并沿煤层倾斜方向在有冲击地压危险的区域均匀布置钻孔。工作面垂直煤壁均匀布置钻孔。

卸压孔在距离底板0．5 0．8m处开孔，孔距8 10m，眼深10m，每孔装药量为3 5kg，每5个火药用一个引药，孔内并联，空间串联，一次起爆3 5个孔，封孔时使用3个水炮泥，水炮泥以外用粘土或黄土炮泥封实封满，并对爆破孔上图标注、现场挂牌管理

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3结论

兴安煤矿采用冲击矿压分级预测技术体系，即采用SOS微震系统进行区域预测、电磁辐射法进行局部预测，再采用钻屑法进行点测，对该矿冲击矿压趋势进行预测，在此基础上采取积极有效防冲措施，减少灾害事故的发生。