煤矿巷道顶板支护技术及事故防治措施
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锚杆支护理论研究的目的是弄清锚杆、锚 索与围岩之间的相互作用关系，从而为锚杆支 护设计提供理论基础。
随着我国煤巷锚杆支护技术的快速发展， 锚杆支护理论的研究取得了较大进展。在大量 理论分析、实验室试验、数值模拟及井下试验 研究成果的基础上，进一步深化了对锚杆支护 作用本质的认识，并应用于工程实践，指导和 促进了煤巷锚杆支护技术的推广应用。
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14
U型钢方环形可缩性环形支架
适Leabharlann Baidu巷道：
服务时间长 围岩不稳定 受动压影响大 变形大于1000mm 有底臌
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15
锚杆支护梯形巷道
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16
锚杆支护拱形巷道
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17
2.2 锚杆支护的优越性及发展
国内外的实践经验表明,锚杆支护是巷道 经济有效的支护技术.与棚式支护相比：
锚杆支护显著改善了巷道支护效果,降低 了巷道支护成本,减轻了工人的劳动强度；
托板本身失效，以及托板下方的围 岩松散脱落，导致托板与表面不紧贴， 都会使锚杆失去支护作用。
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26
托板的作用可分为两个方面：
一是通过给螺母施加一定的扭矩使 托板压紧巷道表面，给锚杆提供预紧力， 并使预紧力扩散到锚杆周围的煤岩体中， 从而改善围岩应力状态，抑制围岩离层， 结构面滑动和节理裂隙的张开，实现锚 杆的主动、及时支护作用；
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18
锚杆支护大大简化了采煤工作面两 端头支护和超前支护工艺,改善了作业环 境,保证了安全生产,为采煤工作面的快速 推进创造了良好条件；
目前,锚杆支护技术已在国内外得到 普遍应用,是煤矿实现安全,高效生产必不 可少的关键技术之一。
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我国锚杆支护发展概况
1995年我国国有重点煤矿煤巷锚杆 技术支护所占比例仅15.15%，到2005年 国有重点煤矿的煤巷锚杆支护率达到 60%，有些矿区超过了90%，甚至达到了 100%。
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2
1.1 巷道顶板事故比例上升原因
（1 ）为了满足大井型的生产系统需要， 巷道断面大，服务年限长；
（2）掘进和维护过程中，对关键部位、 地点（交叉点等），措施不力，管理不 严；
（3） 随着开采深度的增加，岩性发生 变化和矿山压力产生影响。全国每年以 8-12m的延伸开采。
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3
1.2 煤矿巷道冒顶分类
(1)无老顶时层状顶板采动时 围岩变形破坏
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4
(2)有老顶时层状顶板采动时 围岩变形破坏
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5
(3)无直接顶时层状顶板采动时 围岩变形破坏
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6
2.煤巷支护理论与技术
2.1 概述 我国国有大中型煤矿每年新掘进的巷道总
长度高达数千km (2005年度国有重点煤矿巷道 掘进总进尺为7598.4km,其中开拓巷道 1153.2km),80%以上是煤巷与半煤岩巷。
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钢筋混凝土支护
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优点： 支护强度高、
效果好，较木支 护不易破坏、防 火效果好、服务 年限长。 缺点：
地面加工重量 大、笨重不好搬 运、成本高、不 易架设，也不能 回收再利用。
9
工字钢可缩性梯形支架
优缺点：较混凝土支架轻、架设方便、加工比较容易；
但较木支护重。强度高、防火、不易腐蚀，可回收利用。
有托板时，由于锚杆施加的预紧力和围岩 通过托板作用在锚杆杆体上的力，使得锚杆轴 力在巷道表面处，达到一定值，而且使锚杆轴 力最大的位置向孔口移动，更接近巷道表面。
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（3）锚固剂的作用
1 ) 锚固剂的黏结作用 锚固剂的主要作用是将钻孔孔壁岩石
与杆体黏结在一起，使锚杆发挥支护作 用。
同时锚固剂也具有一定的抗剪与抗拉 能力，与锚杆共同加固围岩。
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2 ) 锚固剂的抗拉与抗剪作用
我国树脂锚固剂的抗拉强度一般可取 11.5MPa。如果Ф28mm的钻孔中不安装 锚杆，只注树脂锚固剂，则锚固剂可提 供7.08kN的抗拉力。如Ф20mm的杆体， 安装在Ф28mm的钻孔中，则锚固剂可提 供3.47kN的抗拉力。可见锚固剂可提供 一定的抗拉能力。
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2.3.1 锚杆支护构件的作用
(1) 锚杆杆体的作用 如图2-1所示，锚杆可以起到抗拉和抗剪作
用。常用锚杆钢材的力学强度见表2-1，锚杆钢 筋的剪切极限强度见表2-2。
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（2）锚杆托板的作用
托板是锚杆尾部接触围岩的构件， 通过托板给锚杆施加预紧力，传递围岩 载荷至锚杆杆体。
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20
锚杆支护已经成为我国煤矿巷道首选的安 全高效的主要支护方式。可以说煤巷锚杆支护 技术是继我国煤矿成功应用综合机械化采煤技 术以来，采掘技术的又一次革命。
它深刻地改变了矿井的开拓部署与巷道布 置方式，对我国高产高效矿井建设，煤炭产量 与效益的大幅度提高起了不可替代的作用。
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2.3 煤巷锚杆支护理论
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工字钢可缩性梯形支架结构
适用巷道： 围岩比较稳定 受动压影响 变形200—500mm。
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U型钢可缩性拱形支架
适用巷道：
服务时间长， 围岩不稳定， 受动压影响大， 变形大于400mm， 无底臌。
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12
U型钢拱梯形可缩性支架
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13
U型钢可缩性圆形支架
适用巷道：
•服务时间长 •围岩不稳定 •受动压影响大 •变形大于800mm •有底臌
因此,巷道支护成本、速度、可靠性直接影 响煤炭企业的经济效益与安全生产。
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煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型 钢支护到锚杆支护的漫长过程。
木支架
优点：
重量轻、容易加工、 架设方便、破坏时有 信号发出。
缺点：
强度低、易破坏、不 防火、易腐蚀、风阻 大。
适用条件：
巷道服务期较短、压 力小、断面积不大。
煤矿巷道支护技 术及灾害防治
文学宽 研究员 煤炭科学研究总院
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1
1.煤矿巷道顶板事故概况
1954～1985年期间，顶板事故死亡人数占总 事故死亡人数的45%，采煤工作面顶板事故占75%， 巷道顶板事故占25%。
1986～1992年期间顶板事故占总事故死亡人 数的40%，采煤工作面顶板事故占顶板事故的66%， 巷道顶板事故上升到34%。
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二是围岩变形使载荷作用于托板上， 通过托板将载荷传递到锚杆杆体，增大 锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制围 岩变形的作用。
托板力学性能应与锚杆杆体的性能 相匹配，才能充分发挥锚杆的支护作用。 托板强度不足、安装质量差.、受较大偏 载都会显著降低锚杆的作用。
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托板对全长锚固的受力分布有明显的影响。 图2－2所示是有、无托板时锚杆轴力与剪力分 布示意图。无托板时锚杆轴力在巷道表面处为 零，在一定深处达到最大值，剪力在轴力最大 处为零；
随着我国煤巷锚杆支护技术的快速发展， 锚杆支护理论的研究取得了较大进展。在大量 理论分析、实验室试验、数值模拟及井下试验 研究成果的基础上，进一步深化了对锚杆支护 作用本质的认识，并应用于工程实践，指导和 促进了煤巷锚杆支护技术的推广应用。
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U型钢方环形可缩性环形支架
适Leabharlann Baidu巷道：
服务时间长 围岩不稳定 受动压影响大 变形大于1000mm 有底臌
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锚杆支护梯形巷道
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锚杆支护拱形巷道
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2.2 锚杆支护的优越性及发展
国内外的实践经验表明,锚杆支护是巷道 经济有效的支护技术.与棚式支护相比：
锚杆支护显著改善了巷道支护效果,降低 了巷道支护成本,减轻了工人的劳动强度；
托板本身失效，以及托板下方的围 岩松散脱落，导致托板与表面不紧贴， 都会使锚杆失去支护作用。
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托板的作用可分为两个方面：
一是通过给螺母施加一定的扭矩使 托板压紧巷道表面，给锚杆提供预紧力， 并使预紧力扩散到锚杆周围的煤岩体中， 从而改善围岩应力状态，抑制围岩离层， 结构面滑动和节理裂隙的张开，实现锚 杆的主动、及时支护作用；
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锚杆支护大大简化了采煤工作面两 端头支护和超前支护工艺,改善了作业环 境,保证了安全生产,为采煤工作面的快速 推进创造了良好条件；
目前,锚杆支护技术已在国内外得到 普遍应用,是煤矿实现安全,高效生产必不 可少的关键技术之一。
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我国锚杆支护发展概况
1995年我国国有重点煤矿煤巷锚杆 技术支护所占比例仅15.15%，到2005年 国有重点煤矿的煤巷锚杆支护率达到 60%，有些矿区超过了90%，甚至达到了 100%。
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1.1 巷道顶板事故比例上升原因
（1 ）为了满足大井型的生产系统需要， 巷道断面大，服务年限长；
（2）掘进和维护过程中，对关键部位、 地点（交叉点等），措施不力，管理不 严；
（3） 随着开采深度的增加，岩性发生 变化和矿山压力产生影响。全国每年以 8-12m的延伸开采。
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1.2 煤矿巷道冒顶分类
(1)无老顶时层状顶板采动时 围岩变形破坏
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(2)有老顶时层状顶板采动时 围岩变形破坏
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(3)无直接顶时层状顶板采动时 围岩变形破坏
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2.煤巷支护理论与技术
2.1 概述 我国国有大中型煤矿每年新掘进的巷道总
长度高达数千km (2005年度国有重点煤矿巷道 掘进总进尺为7598.4km,其中开拓巷道 1153.2km),80%以上是煤巷与半煤岩巷。
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钢筋混凝土支护
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优点： 支护强度高、
效果好，较木支 护不易破坏、防 火效果好、服务 年限长。 缺点：
地面加工重量 大、笨重不好搬 运、成本高、不 易架设，也不能 回收再利用。
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工字钢可缩性梯形支架
优缺点：较混凝土支架轻、架设方便、加工比较容易；
但较木支护重。强度高、防火、不易腐蚀，可回收利用。
有托板时，由于锚杆施加的预紧力和围岩 通过托板作用在锚杆杆体上的力，使得锚杆轴 力在巷道表面处，达到一定值，而且使锚杆轴 力最大的位置向孔口移动，更接近巷道表面。
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（3）锚固剂的作用
1 ) 锚固剂的黏结作用 锚固剂的主要作用是将钻孔孔壁岩石
与杆体黏结在一起，使锚杆发挥支护作 用。
同时锚固剂也具有一定的抗剪与抗拉 能力，与锚杆共同加固围岩。
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2 ) 锚固剂的抗拉与抗剪作用
我国树脂锚固剂的抗拉强度一般可取 11.5MPa。如果Ф28mm的钻孔中不安装 锚杆，只注树脂锚固剂，则锚固剂可提 供7.08kN的抗拉力。如Ф20mm的杆体， 安装在Ф28mm的钻孔中，则锚固剂可提 供3.47kN的抗拉力。可见锚固剂可提供 一定的抗拉能力。
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2.3.1 锚杆支护构件的作用
(1) 锚杆杆体的作用 如图2-1所示，锚杆可以起到抗拉和抗剪作
用。常用锚杆钢材的力学强度见表2-1，锚杆钢 筋的剪切极限强度见表2-2。
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（2）锚杆托板的作用
托板是锚杆尾部接触围岩的构件， 通过托板给锚杆施加预紧力，传递围岩 载荷至锚杆杆体。
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20
锚杆支护已经成为我国煤矿巷道首选的安 全高效的主要支护方式。可以说煤巷锚杆支护 技术是继我国煤矿成功应用综合机械化采煤技 术以来，采掘技术的又一次革命。
它深刻地改变了矿井的开拓部署与巷道布 置方式，对我国高产高效矿井建设，煤炭产量 与效益的大幅度提高起了不可替代的作用。
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21
2.3 煤巷锚杆支护理论
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10
工字钢可缩性梯形支架结构
适用巷道： 围岩比较稳定 受动压影响 变形200—500mm。
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11
U型钢可缩性拱形支架
适用巷道：
服务时间长， 围岩不稳定， 受动压影响大， 变形大于400mm， 无底臌。
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U型钢拱梯形可缩性支架
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U型钢可缩性圆形支架
适用巷道：
•服务时间长 •围岩不稳定 •受动压影响大 •变形大于800mm •有底臌
因此,巷道支护成本、速度、可靠性直接影 响煤炭企业的经济效益与安全生产。
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煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型 钢支护到锚杆支护的漫长过程。
木支架
优点：
重量轻、容易加工、 架设方便、破坏时有 信号发出。
缺点：
强度低、易破坏、不 防火、易腐蚀、风阻 大。
适用条件：
巷道服务期较短、压 力小、断面积不大。
煤矿巷道支护技 术及灾害防治
文学宽 研究员 煤炭科学研究总院
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1.煤矿巷道顶板事故概况
1954～1985年期间，顶板事故死亡人数占总 事故死亡人数的45%，采煤工作面顶板事故占75%， 巷道顶板事故占25%。
1986～1992年期间顶板事故占总事故死亡人 数的40%，采煤工作面顶板事故占顶板事故的66%， 巷道顶板事故上升到34%。
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二是围岩变形使载荷作用于托板上， 通过托板将载荷传递到锚杆杆体，增大 锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制围 岩变形的作用。
托板力学性能应与锚杆杆体的性能 相匹配，才能充分发挥锚杆的支护作用。 托板强度不足、安装质量差.、受较大偏 载都会显著降低锚杆的作用。
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托板对全长锚固的受力分布有明显的影响。 图2－2所示是有、无托板时锚杆轴力与剪力分 布示意图。无托板时锚杆轴力在巷道表面处为 零，在一定深处达到最大值，剪力在轴力最大 处为零；