煤矿巷道顶板支护技术及事故防治措施

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1、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%。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。1.2煤矿巷道冒顶分类(1

2、)无老顶时层状顶板采动时围岩变形破坏(2)有老顶时层状顶板采动时围岩变形破坏(3)无直接顶时层状顶板采动时围岩变形破坏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。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。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

3、、断面积不大。钢筋混凝土支护优点：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。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。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。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。U型钢拱梯形可缩性支架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U型钢方环形可缩性环形支架适

4、用巷道：服务时间长围岩不稳定受动压影响大变形大于1000mm有底臌锚杆支护梯形巷道锚杆支护拱形巷道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；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。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

5、煤巷锚杆支护率达到60%，有些矿区超过了90%，甚至达到了100%。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。2.3煤巷锚杆支护理论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

6、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。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。（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。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。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

7、动和节理裂隙的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用；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。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