煤矿巷道冒顶机理及防治

煤矿巷道冒顶机理及防治马念杰中国矿业大学（北京）13910506828E—mail:[e-mail]1、近几年我国煤矿安全生产状况事故死亡人数2002年6995人，2005年5938人，2006年4746人；2007年3786人事故起数和死亡人数大幅度下降百万吨死亡率2001年5.128；2005年2.811；2006年2.041；2007年1.485顶板事故导致的人员死亡人数占首位8305722362001950100200300400500600700800900顶板瓦斯运输水害其他事故起数死亡人数•2006年1－6月份煤矿事故类别分析大部巷道锚杆支护参数过于保守同一煤层锚杆支护参数基本相同，造成大多数区域（60%以上）锚杆参数过于保守，支护密度过大，支护材料浪费。局部区域锚杆支护强度不足由于顶板结构的变化，局部区域(大约0.05%)锚杆支护强度不足，现场经常出现在几百米长的巷道中发生个别冒顶事故，说明锚杆设计支护强度不足。主要原因：不能根据岩层结构的变化有针对性地设计支护参数。2、锚杆支护巷道顶板事故原因18个矿区调研结果开滦、铁法、大同、汾西、潞安、晋城、邢台、平顶山、鹤壁、郑州、徐州、淮南、淮北、兖州、新汶、邯郸、焦作、义马等（1）岩层组合劣化型非稳定岩层变厚超过锚杆（索）长度冒顶原因:直接顶板泥岩厚度由设计时的4.4m变为冒顶时的6.3m,超过了设计的锚索长度(5m)共发生48起，占总事故数的29.63%。ΦΦ8302辅运巷顶板冒落（1）岩层组合劣化型稳定岩层变薄冒顶原因:9＃与10＃煤层间设计时粉砂岩厚7～9m变为冒落时的4.06m。锚索锚在了煤层中,锚固能力大大降低.冒落长40m，宽6m，高6.5m.此类事故共发生19起，占总事故数的11.73%。ΦΦΦ（1）岩层组合劣化型顶板一定范围内出现软弱夹层此类事故共发生32起，占总事故数的19.75%。冒顶原因:直接顶板泥岩与基本顶砂岩间突然出现50mm厚的一层煤线。长9.4m，宽4.2m，高2.35mΦΦ（2）岩层结构缺陷型顶板出现小断层此类事故共发生15起，占总事故数的9.26％。锚索?15.24¦¶6000mm断层迎头位置下01轨顺（2）岩层结构缺陷型巷道附近出现隐含小断层事故共发生10起，占总事故数的6.17%。剖面°°°（2）岩层结构缺陷型节理发育褶曲构造引起顶板局部变化，斜交节理发育，导致巷道顶板楔形冒落。长×宽×高为（20～30）×(2.8～3.2)×（0.8～2.5）m此类事故共有7起，占总事故数的4.32。（2）岩层结构缺陷型围岩出现镶嵌型结构共4起，占调查事故总数的2.5%锅底形裂隙锚索6长部分拉断有小部分留在顶板内?（3）应力突变因应力突变导致的SC型冒顶事故共有10起，占调查事故总数的6.2％（4）施工不良型此类原因造成的顶板事故收集到3起较大离层锚索脱落CD型（岩层组合劣化型）CB1型（锚固失效）-2起，1.23%CB2型（不及时支护）-4起，2.47%CB3型（偷工减料）-3起，1.85%CB型（施工不良型）CD1型（非稳定岩层变厚）-48起，29.63%CD2型（稳定岩层变薄）-19起，11.73%CD3型（锚固范围外的岩层间出现软弱夹层）-32起，19.75%CD4型（与水分有关）SF2.1型（显现）-15起，9.26%SF2.2型（隐含）-10起，6.17%SF3.1型（锅底矸）-2起SF3.2型（古槽）-1起SF3.3型（陷落柱）-1起SF1型（节理）-7起，4.32%SF2型（断层）SF3型（镶嵌型构造）SF型（岩层结构缺陷型）SC型（应力突变型）SC1型（原岩应力）-4起，2.47%SC2型（次生应力）-6起，3.7%CD4.1型（地下水）-6起，CD4.2型（潮湿空气）-2起，4.93%（107起，66.4%）（25起，15.43%）（4起，2.47%）（36起，22.22%）（10起，6.2%）（9起，5.55%）冒顶事故分类3、巷道冒顶事故多发地点掘进工作面巷道交叉处（1）掘进工作面致因顶部存在将与岩体失却联系的岩块，支护不及时；顶部存在与岩体完全失去联系的岩块，支护力不足或支护失效。受节理切割顶板冒落地质及技术条件煤层编号：9#直接顶岩性：坚硬顶板底板：煤，f=3支护方式：金属拱形支架事故发生经过5.0m长、3.7m宽、1.7vm厚岩块掉落死亡1人，救出4人过顶板岩性突变带地质及技术条件迎头顶板出现板棱顶板由砂页岩变成煤顶经过放炮崩板棱，空顶2.7m没有用点柱护顶顶板掉矸2m*1.6m*0.6m原因岩性突变，连续性遭到破坏炮崩板棱对顶板振动大迎头空顶面积大预防措施：及时进行临时支护（2）巷道交叉处致因巷道开岔时，顶部存在与岩体失却联系的岩块，开岔口新支设抬棚的强度不足，或稳定性不够；交叉点面积大，支护力不足。哈拉沟煤矿2006.3.1102203综采工作面刮板运输机机尾，最后一台端头支架与回风顺槽副帮之间，发生局部顶板鳞皮冒落下一块（600×600×200mm）的煤矸，将正在巡查工作的当班跟班副队长头部砸伤致死。交叉点处空顶地质及技术条件煤层巷道巷道净断面：6.8扩大到10.5无临时支护经过空顶作业，顶板突然冒顶原因交叉地点套修属特殊作业，没有制定详细技术补充措施麻痹大意，误认为顶板稳定先拆支架后支护交叉点处空顶地质及技术条件顶底板均为岩石巷道净断面：6.8m*m掘进方式：炮掘支护方式：u型钢拱形支架临时支护背板：木板与木条2#碹已掘进9.6m，右边3.6m已砌碹，断面3.9m*3.6m事故发生原因及经过2#碹向前打眼掘进时局部冒顶三架支架被推倒交叉点悬顶面积大，没有专人观察顶板情况支架稳定性不好，临时支护不起护顶作用预防措施（1）开岔口应避开原来巷道冒顶的范围；（2）必须在开口抬棚支设稳定后再拆除原巷道棚腿。（3）抬棚材料的质量与规格符合要求；（4）当开口处围岩尖角被挤压坏时，应及时采取加强抬棚稳定性的措施。4、锚杆支护巷道冒顶防治致因巷道顶板出现离层锚杆强度不足（1）应用高强度锚杆支护系统左旋螺纹杆体结构，低稠度双速锚固剂，钻孔、杆体、树脂卷三径合理匹配所形成的全长锚固技术，使巷道围岩变形量比端锚锚杆减少50%以上。（2）应用测力锚杆、顶板离层指示仪（3）进行顶板岩层结构探测利用锚杆钻机钻孔这一施工过程，每0.8m－1.0m对顶板地质情况逐一查明，由此发现易冒顶顶板冒顶隐患，从而采取必要的支护措施。本项技术是原创型的，属于中国矿业大学独有技术。识别厚度泥岩煤泥岩砂岩识别柱状地质柱状岩层厚度岩层名称岩层厚度泥岩煤泥岩砂岩泥岩砂岩识别柱状地质柱状岩层厚度岩石名称识别厚度泥岩煤泥岩砂岩泥岩砂岩识别柱状地质柱状岩层厚度岩石名称识别厚度识别柱状泥岩煤泥岩砂岩泥岩砂岩泥岩地质柱状岩层厚度岩石名称顶板岩层稳定性动态分类由于巷道顶事故是由岩层组合劣化引起的，冒顶部分顶板围岩与其它稳定区域的围岩条件不同，一般不属于同一类别，在这种不同类别的顶板中使用相同的锚杆支护参数必然造成一方面支护过剩（占60％以上），另一方面支护不足（万分之五）。将巷道划分为若干区域，利用顶板岩层结构探测仪测得的顶板岩层参数进行分类（每个区域的范围可以达到足够小）。煤巷顶板围岩的动态分类为首次。围岩变形1–-围岩特性曲线2—锚杆-锚索联合支护特性曲线3–-锚岩支护体特性曲线4—锚索特性曲线U0—围岩表面位移△L—锚索延伸量支护载荷A△LU02341围岩变形1–-围岩特性曲线2—锚杆-锚索联合支护特性曲线3–-锚岩支护体特性曲线4—锚索特性曲线△L—锚索延伸量支护载荷A△L2341BCD（4）使锚杆-锚索协调作用锚索适应围岩变形的措施①改变锚索的力学特性，提高钢绞线屈服后的延伸率，从而增大锚索破坏前的总伸长量；②改变支护工艺、支护结构和利用锚杆支护巷道的围岩变形破坏特点，提高锚索的适应性。使用木垫板提高锚索抗变形能力在锚索钢托板与大托板或钢梁之间放置木垫板，具有提高锚索抗变形、减缓顶板冲击载荷的作用。木材具有较好的压缩性能，可以通过选择不同的材质、垫板的厚度来调整锚索适应围岩变形量的大小。内锚固段钢绞线自由段锚具钢绞线钢托板木垫板滞后掘进迎头安装锚索避免锚索因围岩变形过大而破断是在锚索安装前最大限度地释放围岩的变形顶板较为稳定，距掘进迎头10m范围内的顶板下沉量较小。这一情况允许顶板锚索滞后掘进迎头安装，从而避免因同时安装锚杆和锚索影响巷道的掘进速度；当掘进迎头顶板较破碎，自稳性差，为了防止锚杆支护后出现冒顶，要求锚索紧跟掘进迎头安装；如果滞后安装锚索时，可能引起钻孔成形不好而难以安装锚索，要求在掘进迎头安装锚索。合理布置锚索位置两根锚索应位于巷道宽段的1/4和3/4处；该处的顶板下沉量一般为中部顶板下沉量的1/2~1/3。谢谢！