煤矿掘进巷道不同支护情况下发生冒顶事故与控制措施

摘要：在煤矿的巷道掘进施工中，在保障了生产安全的前提下就必须考虑到一个重要问题——冒顶事故的发生。文章在技术上探讨煤矿掘进巷道不同支护情况下发生冒顶事故与控制措施的研究，就支护方法的考虑也是掘进巷道设计中最为主要的因素。

关键词：煤矿掘进；巷道支护；新奥法施工；冒顶事故

中图分类号：TD327 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0101-02

现阶段，我国煤矿掘进巷道支护一般用于巷道开挖结束，其目的是在巷道开挖工程中使用技术手段对整个掘进巷道支护以保证巷道的施工安全，不会出现冒顶的现象。在巷道开挖过程中，机械的震动会对周围的岩层有一定的扰动，这时巷道中岩石的压力就很难得到控制，极易发生安全事故。掘进巷道的支护是缓解和减少岩石产生的附加压力，降低安全隐患的概率，以便在掘进巷道工作中安全、平稳地运行。

掘进破岩后，顶部存在着将与岩体失去联系的岩块。如果支护不及时，该岩块可能因与岩体失去联系而冒落，或虽然已支护，但支护失效或支撑力不足，就会冒落造成事故。在断层、褶曲等地质构造破坏带，掘进巷道时顶板浮石的冒落，在层理裂隙发育的岩层中掘进巷道时，顶板的冒落等，都属于前者。因放炮不慎崩倒附近支架而导致的冒顶，因接顶不严实而导致岩块砸坏支架的冒顶等，则属于后者。此外，前者也可能同时引起后者的发生，例如，掘进工作面无支护部分片帮冒顶推倒附近棚子导致更大范围的冒顶等。

1 煤矿掘进巷道支护设计的具体方案

在煤矿掘进巷道支护设计中，新奥法使用的概率十分高，它摒弃了传统方法的复杂，不仅解决了费时、费力、费钱的弊端，还在时间和效率上得到了提升。当遇到岩石扰动较为严重的地段，最为优先考虑的就是新奥法。新奥法是一种支护手段，在开挖阶段，使用高强混凝土喷射结合锚杆支护相结合，在此之中，锚杆发挥其性能上的优势，柔性的特性可以很好地与围岩紧密的粘合在一起，起到了保护作用，它的柔性也在一定程度上发挥出很大的优势，不同于刚性构件，它在一定程度上允许围岩有一定量的变形，使其不会产生附加应力，杆件上的力也传递出去，从而达到更好的稳定围岩的作用。在顺序上，新奥法与传统隧道的施工方法也存在很大的差异，严格按“超前探测、超前支护、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤量测”的工艺要求进行施工，具体的顺序是提前进行开挖，这时候用高强混凝土和锚杆作第一次的支护，等到混凝土到达强度后再作第二次支护，很短的时间内，支护就能达到要求的强度，这样做的目的是有效地保证了围岩的稳定，不会受到二次破坏，这样的施工方法对围岩的扰动也是最小的，有效地降低了事故发生的概率，顺利地通过岩层压力无法确定的地段，保证了人身和财产安全。因此，这项技术才会受到很广泛的使用。

此外我们要注意的是，煤矿掘进巷道支护设计中还要考虑支护中出现大量地下水的情况，我们对支护有着不一样的要求，首先要对地下水发育充足的地域进行人工降水，在基础四周设置四个露天降水井，在喷射混凝土前，要铺设一定的防水材料，尤其在接缝处（伸缩缝、沉降缝、变形缝、施工缝）填塞防水材料，这样方可继续喷射混凝土。在喷射混凝土后，混凝土中埋设管道，其中包括纵横向排水管和横向排水管道，使得在水分多余的情况下，结构内部的水能够排除，还要定期疏通管道，以便内部的水及时排出，减小水对结构承载的影响。

2 煤矿掘进巷道支护设计相关技术指标

安全生产监督管理局对于煤矿掘进巷道支护和生产方面的技术有严格的要求，上面提到了新奥法施工技术，不仅在技术方面，安全生产监督局对于巷道施工中的造价有一定的论证和对比方法。要考虑安全问题，还要考虑经济方面的选择。在煤矿掘进巷道支护设计中对于技术和材料的选择就起到了至关重要的作用。合理的设计和使用掘进巷道支护中使用到的设备和材料，直接影响到巷道的经济效益和安全生产。下面我们就设计中遇到的指标进行简单的讨论：

（1）巷道锚杆钢材的选择。掘进巷道支护中，要大量地使用锚杆，对于锚杆的型号也会作相应的要求。在承载能力上，要严格地与设计指标相匹配，在运营上面，对于锚杆的加工要做到简单、实用。另外还有考虑到锚杆的支撑能力的选择。

（2）掘进巷道支护的位置。掘进巷道的设计不是所有围岩上都必须使用，这取决于不同巷道中的情况而定，就如遇到了通风口，巷道的支护就要尽量避开巷道通风孔或是支护时在通风口上预留出相应的孔洞。此外，支护还要充分考虑到人员的正常工作，也要保证运输的通畅。

（3）掘进巷道锚杆的间距。在设计中，按照规范要求，在每平米内最少设置四根高强锚杆，合理地计算出每根锚杆之间的距离是十分必要的，不仅要考虑锚杆的强度，还要设计锚杆相隔太近会出现应力消减的情况发生。

（4）巷道围岩的移近率。掘进巷道围岩的移近率是反映巷道稳定性的综合指标。巷道围岩移近率的大小，不仅决定着巷道在整个服务期间内维护的难易程度，而且涉及巷道支护形式多方面的选择，锚杆设计位置的确定和其他技术参数的选择。在掘进巷道支护设计时，根据待设计的掘进巷道的具体地质条件和生产条件，通过软件计算出巷道围岩移近率的预计值，有着十分重要的实际意义。巷道围岩的移近率为顶底板岩层相对移近量与巷道初始高度和两帮相对移近量与巷道初始宽度的比值。

安全生产监督管理局作为煤矿安全监管部门，对于掘进巷道的施工设计，要求煤矿必须按照相关的技术要求严格制定，采取有效手段对煤矿施工单位进行技术考核，对于每项关键工作，总工要做现场指导。如遇到掘进巷道设计上的缺陷，要及时组织论证，把设计的方案与现场的具体情况相互结合，及时地做好巷道支护的工作。

防掘进工作面冒顶事故的措施：

（1）合理布置巷道。矿井主要巷道服务年限长，断面大，应布置在围岩强度高的煤层或底板岩层中。工作面上下顺槽尽量采用沿空掘巷和沿空留巷，避开支承压力的影响，并要注意少掘交叉巷道和上下重叠的巷道。

（2）选择合理的巷道断面尺寸和断面形状。

（3）掘进工作面要及时进行临时支护，严禁空顶作业。靠近掘进工作面10m内的支护，在爆破前必须加固。爆破崩倒、崩坏的支架必须先行修复，之后方可进入工作面进行作业。修复支架时必须先检查顶、帮，并由外向里逐架进行。

（4）掘进巷道时，禁止任意加大棚子或锚杆间距，严禁任意修改支护参数及材料规格。在坚硬和稳定的煤、岩层中，需要加大棚距和不设支护时，必须制订安全措施。

3 冒顶事故的控制

（1）巷道应布置在稳定的岩体中，并避免采动的不利影响。

（2）巷道支架应有足够的支护强度以抗衡围岩压力。

（3）巷道支架所能承受的变形量，应与巷道使用期间围岩可能的变形量相适应。

（4）尽可能做到支架与围岩共同承载。支架选型时，尽可能采用有初撑力的支架；支架施工时要严格按工序质量要求进行，并特别注意顶与帮的背严背实问题，杜绝支架与围岩间的空顶与空帮现象。

（5）凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护顶，再施工。

（6）更换巷道支护时，在拆除原有支护前，应先加固临近支护，拆除原有支护后，必须及时除掉顶板活矸和架设永久支护，必要时还应采取临时支护措施。

（7）支架间应设牢固的撑木或拉矸。可缩性金属支架应用金属支拉杆，并用机械或力矩扳手拧紧卡缆。在倾斜巷道中必须有防止矸石、物料滚落和支架歪倒的安全措施。

此外，在掘进工作面10m内、地质破碎带附近10m内、巷道交岔点附近10m内、冒顶处附近10m内，都是容易发生顶板事故的地点，巷道支护必须适当加强。

4 预防冒顶事故的扩展

如果遇到矿井不良施工地段，极易出现冒顶的现象，具体表现在矿道顶部强度要求不足，施工中可以考虑换填的方法。在巷道开挖后，底层往往呈现松软现象，这也极易发生塌陷，对于巷道后期的开挖施工十分不利。迅速向调度室如实汇报现场冒顶情况，矿井立即启动工作面顶板冒顶事故现场处置方案，并按处置措施执行。按照作业规程和现场处置方案规定，待顶板冒落稳定后，根据冒顶类型和现场实际情况，采取合理措施，进行处理。处理过程中，人员要沉着冷静、行动迅速，防止造成新的事故和事故扩大。

我国地域广阔，在北方施工还因考虑冻土的存在，在低温冻土的区域一般采用的是螺旋钻机开挖的方式，这样的方法是对周边土层伤害最小的方法。在开挖以后及时浇筑混凝土，这样浇筑必须在很短的时间内完成，以免混凝土结冰，浇筑完成后要在混凝土表面铺上一层保温隔热层，使得混凝土尽早达到设计强度。等到混凝土的强度达到75%以上时，可以进行拆除模板，同样要格外的小心，以保证在拆除过程中不会因为温度低，模板有一定程度的变脆而受到损坏。

5 结语

遇到围岩压力不确定的施工时，对施工方法要求格外的严格，要求煤矿开挖时所有的技术人员不得站立于开挖巷道之上，所有在矿井上的施工人员必须戴带安全帽，设计中合理地安排煤矿掘进时的设施的布置和使用。在充分考虑了岩层地段给支护带来不便的同时，我们要做出相应的预案，来保证支护工程安全顺利的进行，在文中也详细介绍了施工中常用的新奥法的支护顺序和施工范围，也简单地讨论了煤矿掘进支护如何应对冒顶事故的发生在工程中常出现的状况，对应的技术指标也进行了分析，对这些情况也提供了一些应对方法和施工技术，这些都是为了保证施工正常运行作准备，对有效遏制煤矿顶板塌陷事故具有重要意义。

参考文献

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作者简介：顾训水（1970—），男，江苏沛县人，上海大屯能源股份有限公司沛县姚桥煤矿掘进六队工程师。