【文章內容簡介】 ) 冒頂?shù)囟我话愣际堑刭|條件發(fā)生變化的地點。如小斷層、頂板裂隙發(fā)育或近距離煤層的層間距變小，頂板錨桿錨固點附近有煤線或有明顯的巖層弱面存在。小班施工人員對這些地質條件的變化并未引起重視，或認識不到，而沒有及時改變支護參數(shù)或支護形式。即使施工后發(fā)現(xiàn)條件變化需對巷道進行加固補強，但補強措施都沒有得到及時嚴格地貫徹落實，延誤了處理時間，最終釀成冒頂事故。 3) 巷道冒頂前大多有明顯的預兆。如巷道變形量大、片幫、錨桿失效、 頂板離層并有明顯的彎曲下沉等。 4) 在所有的冒頂巷道中，大部分巷道采用的是錨桿加梯子梁支護，除朔里煤礦 S5210 切眼、楊莊 3514 機外，都沒有設計錨索支護。 5) 沿空巷道發(fā)生的冒頂事故占事故總數(shù)的一半左右。 冒頂事故的原因進行了詳細分析，并總結如下： 1) 對巷道地質條件的變化掌握不清。特別是小班施工時對頂板變化不進行觀測，也不及時匯報，工程技術人員無法及時掌握和了解現(xiàn)場的變化，未采取及時有效的措施來應對。 2) 在支護設計中，對巷道條件的分類不準確。沿空巷道由于受上區(qū)段采動破壞，支護條件較實體巷道差，其支護必須較實體巷道提高 一個支護等級，但在支護設計中并未得到體現(xiàn)。在選取支護方案時，過多地考慮了支護成本，而人為地降低了支護等級。 3) 生產管理中存在質量控制問題。小班初錨力，錨固力檢測不嚴格，錨桿安裝質量得不到保證；對巷道支護效果沒有進行評價。 4) 掘進迎頭備用料不全，發(fā)現(xiàn)問題后安排的巷道補強措施得不到及時落淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災害防治關鍵應用技術開發(fā)研究 5 實。煤層錨桿支護巷道的后期維護責任不明，職責不清，維修不及時。 常見頂板事故類型 煤礦頂板事故時有發(fā)生，總結分析了常見頂板事故類型及原因，并對巷道支護理論與技術以及軟弱夾層頂板巷道的研究現(xiàn)狀進行闡述。 巷道頂 板事故主要類型與原因 當前煤礦巷道支護主要的方式是錨桿支護與各類棚式支護，以及與這兩種方式相結合的各類支護方式，通常根據(jù)具體條件合理采用各類支護方式，確保巷道頂板穩(wěn)定和安全，但是在目前的支護條件下，各類頂板事故仍屢屢發(fā)生，結合前人的研究成果，將兩類支護形式下頂板事故進行分類總結，并對其原因給予初步分析。 1)錨桿支護巷道頂板事故主要類型與原因 當前錨桿支護巷道發(fā)生的主要事故類型如下： (1)松脫漏冒型： ① 直接頂松散破碎導致頂板松脫漏冒； ② 地質構造帶圍巖松脫漏冒； ③ 采動影響劇烈?guī)鷰r松脫漏冒。 (2)整體垮冒 型： ① 掘進工作面復合、鑲嵌型圍巖墜矸整體垮冒； ② 錨桿錨固區(qū)內離層頂板整體垮冒； ③ 錨桿錨固區(qū)外離層頂板整體垮冒。 (3)擠壓垮冒型： ① 水平應力擠壓頂板離層垮冒； ② 采空區(qū)邊緣巖層移動擠壓巷道頂板離層垮冒； ③ 地下水持續(xù)作用頂板引起的頂板擠壓垮冒。 錨桿支護巷道事故發(fā)生主要原因總結為以下幾點： (1)地質條件惡劣。掘進工作面經過地質構造帶，地質條件突變、惡化并發(fā)育有明顯軟弱夾層或復合頂板，直接頂板松軟或松散破碎，對頂板巖性判斷不準確或對巖性變化不重視，支護方式不及時改變或未采取有效針對 措施，頂板松散漏冒。 (2)頂板結構破碎。頂板為鑲嵌型結構、碎裂結構，并發(fā)育有多組軟弱結構面，其貫通性好，將巖體切割破碎，頂板整體強度低，開挖后自穩(wěn)能力差。當巖體自重在弱面上引起的下滑力超過側向擠壓所形成的摩擦力時，巖體冒落造成頂板事故。 (3)頂板無穩(wěn)定結構。頂板為極易離層性復合頂板，存在薄及中厚巖層交互組成，并有 ~ 米以下較弱巖層或煤層，受地質構造運動影響，巖體與原巖體之間多為光滑結構面，掘巷后頂板就會發(fā)生較大范圍的離層垮冒，若該范圍較小，通常發(fā)生錨桿錨固區(qū)整體垮冒；假如該范圍非常大，錨桿錨固 區(qū)外存在明顯的軟弱夾層，使得錨桿錨固區(qū)上方巖體整體垮冒，特別是一般錨索被拉斷，發(fā)生大面積頂板垮落。 (4)應力環(huán)境影響。煤層開采過程破壞原巖應力場的平衡狀態(tài)，引起應力重淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災害防治關鍵應用技術開發(fā)研究 6 新分布。受采動影響的巷道維護狀況除了受所處位置的自然因素影響以外，還有高應力反復作用，特別是水平應力影響嚴重，極易造成巷道片幫和頂板離層垮冒。 2)棚式支護巷道頂板事故的主要類型與原因 當前棚式支護巷道發(fā)生的主要事故類型如下： (1)壓垮型： ① 大斷面巷道頂板巖石壓垮型； ② 復合頂板、滑移面巖層壓垮型。 (2)推垮型： ① 大傾角巷道推垮型； ② 強采動 影響、圍巖應力異常、地質條件惡化造成推垮型頂板事故。 (3)漏冒型： ① 掘進工作面大面積空頂導致頂板漏冒； ② 支架間距過大、連接構件強度低引發(fā)頂板漏冒。 (4)復合型： ① 巷道過斷層、褶曲等構造帶時頂板垮冒； ② 巷道穿過巖性突變地帶引發(fā)頂板離層垮冒； ③ 巷道經過采深大、地下水侵入帶等發(fā)生頂板離層垮冒。 棚式支護巷道事故發(fā)生主要原因總結為以下幾點： (1)壓垮型是因垂直于巷道頂板巖層層面的作用力壓斷或壓壞支撐力不夠、剛度不足的巷道支架而導致的頂板離層垮冒事故。 (2)推垮型是由于平行于巷道頂板巖層層面的頂板力推倒穩(wěn)定性 差的巷道支架而引發(fā)的頂板事故。 (3)漏冒型通常是因巷道無支護部分或支護失效部分 (非壓壞 )的鑲嵌巖塊或松散頂板因巖層體積力作用冒落所導致頂板事故。 (4)復合型主要是地質條件變化引起上述幾類垮冒事故組合。 研究內容 和研究目標 研究工作主要在 淮北礦區(qū)開展，分析各個 礦井 煤巖層 條件跟蹤研究，在 兩 年內分三階段完成：第一階段 ，全面調研礦區(qū)內各個礦井的主要開采煤層條件，主要開采水平、礦壓顯現(xiàn)特征， 圍繞典型條件 開展 分類；第二階段 ，針對淮北礦區(qū)的圍巖特點， 提出并研究頂板 安全及 穩(wěn)定的判斷條件和支護對策；第三階段通過工 程應用修改和完善穩(wěn)定條件和支護對策。研究內容和預期目標如下： 1) 深部巷道圍巖基礎條件研究和類別確定，包括典型深部軟巖巷道圍巖賦存條件及物理力學性能測試，深入開展典型深部軟巖巷道地質力學評估及圍巖穩(wěn)定性評價，并確定其維護特征及類別。 2) 深部圍巖穩(wěn)定理論和頂板災害防治控制技術研究，提出支護手段強化、圍巖強度強化和承載結構強化的系統(tǒng)強化控制技術，建立深部巷道的長時穩(wěn)定理論；開發(fā)新型尾部增強的超高預拉力超強錨桿、注漿錨索和鉆錨注和新型材料注淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災害防治關鍵應用技術開發(fā)研究 7 漿技術、幫部、底部大變形區(qū)域的有效控制技術。 3) 深部圍巖二次穩(wěn)定理論和控制技術，包 括提出并應用研究錨架、錨錨等分步加固技術。 4) 新型礦壓觀測儀器的確定、礦壓觀測及動態(tài)監(jiān)控技術研究，包括圍巖變形、錨桿受力等常規(guī)觀測及大范圍的圍巖狀態(tài)測試技術和方法。 5) 深部巷道施工控制技術和工業(yè)性試驗研究，包括動態(tài)過程控制技術、分步加固的施工工藝技術研究和具體條件的工業(yè)性試驗研究。 淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災害防治關鍵應用技術開發(fā)研究 8 2 礦區(qū)圍巖 賦存 條件 及礦壓顯現(xiàn)特征 淮北礦區(qū)地質條件復雜多變，即使同類巖層，因受埋深、原巖應力矢量、節(jié)理裂隙分布、巖性、巖層傾角、巖層賦存時間以及采動等因素的影響，其力學參數(shù)的離散性較大，造成了巷道圍巖條件的復雜性和難確定性。 為 了掌握淮北礦區(qū)各個礦井典型圍巖的 賦存 條件和礦壓顯現(xiàn)特征，課題組全面調研了淮北四大礦區(qū)十幾對礦井主采煤層的典型柱狀 、 各個礦井的開采水平 、 礦壓顯現(xiàn)特征 及 圍巖地質力學特征展開相應的地質力學評估 ，為圍巖分類提供較為精確的基礎資料和分類依據(jù)。 礦區(qū) 生產 礦井 圍巖 賦存 條件 項目針對淮北礦區(qū)幾個典型條件礦井的巷道圍巖 巖性、 地質力學 特性 進行調研，以便于準確評估淮北礦區(qū)圍巖賦存條件。 閘河礦區(qū) 1）朔里煤礦 采掘活動主要分布在六煤層、三煤層、五煤層中。 從各煤層頂?shù)装宀煌瑤r石的力學性質試驗及生產中各類頂?shù)装?對采掘活動的影響分析，砂巖及粉砂巖應為穩(wěn)定型頂?shù)装澹鄮r頂板，由于脆弱不均，在頂板表現(xiàn)為脆而易碎，往往形成掉塊乃至冒頂，在底板中又十分柔韌，往往出現(xiàn)支柱下陷和底板凸起等現(xiàn)象，為不穩(wěn)定型頂?shù)装濉r漿巖頂板，由于在煤層中的侵入部位上下浮動，無規(guī)律可循且與天然焦之間粘結力較強，難以脫落，所以很不利于頂板管理。 在背斜軸部，傾伏端，仰起端，由于應力集中，區(qū)域性和派生構造裂隙縱橫交錯，將巖石切割得支離破碎，再加上淋水的出現(xiàn)，無論何種巖石組成頂板，均屬于不穩(wěn)定型。 2）石臺煤礦 石臺煤礦現(xiàn)有三個開采水平，相比較而言， 一水平 (250 m)礦山壓力顯現(xiàn)不明顯，二水平 (450 m)較明顯，三水平 (650 m)較突出，總體來說，礦井開采水平對石臺煤礦支護效果并不存在根本性的影響，支護方式仍沿用傳統(tǒng)的架棚、錨噴，基本能夠滿足安全生產需要，不同的是架棚支護形式中 U 型鋼棚的用量比重呈逐步上升趨勢，工字鋼棚用量略有減少。 淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災害防治關鍵應用技術開發(fā)研究 9 3）袁莊煤礦 袁莊煤礦為三水平（ 450 m）下山開采，受采深影響，礦壓顯現(xiàn)較為明顯，在正?；夭蓷l件下，采用 29U 可縮性支架支護基本能滿足生產要求，但由于生產過于集中，受孤島煤柱和采動影響，支護效果較差，主要表 現(xiàn)為側壓和底鼓，采用封閉式 U 型鋼可縮性支架對這些地段進行支護，取得一些改善，但是巷道的整體變形仍然較大。 渦陽礦區(qū) 渦北煤礦目前主采 8 號煤層， 煤層松軟易碎，其回采巷道普遍采用鎖腿梁配合 U型鋼支護。 其 8102 綜放工作面 基本 頂為細 ~中砂巖，厚度 ~ m，平均 米，灰白色中厚層狀，以石英長石為主，硅鐵質膠結 ， 裂隙發(fā)育。 8102 風巷及機巷平均埋深 582m，地壓顯現(xiàn)明顯，煤層普氏系數(shù)僅為 。 8203 風巷及機巷埋深 637m，地壓顯現(xiàn)明顯，煤層結構復雜。 臨 渙 礦 區(qū) 1）童亭煤礦 童亭煤礦開采的 7 煤、 8 煤屬于典型的 “三軟兩高 ”煤層。從已有的類似條件看，該類巷道掘進期間即表現(xiàn)為四周來壓。 7 煤、 8 煤層回采巷道特別是沿空掘進巷道的圍巖穩(wěn)定性極差，巷道變形量大，前掘后修，架棚巷道主要表現(xiàn)為鋼梁彎曲、失穩(wěn)變形，棚腿鉆底或赤腳、底鼓嚴重和頂板下沉。錨桿支護表現(xiàn)為兩幫位移量大、片幫嚴重、頂板下沉、鋼帶被擠斷或撕裂、錨桿托盤變形失穩(wěn)和底鼓嚴重。 2）許疃煤礦 許疃煤礦主采 3 7 7 82煤層，巷道圍巖的物理力學參數(shù)見表 21。 淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災害防治關鍵應用技術開發(fā)研究 10 表 21 許疃礦煤層頂?shù)装鍘r石物理力學性質測試 結果 樣品編號 層位 巖性 采樣地點 物 理 性 質 試 驗 力 學 性 質 實 驗 比重 kg/m3 容重 kg/m3 空隙率 % 抗壓強度 /MPa 抗拉強度 /MPa 變形參數(shù) 平均值 變化范圍 平均值 變化范圍 彈性模量 /GPa 變形模量 /GPa 泊松比 XT01 32煤老頂 灰色粗砂巖 3234 軌道巷 2824 2782 ～ ～ XT02 32煤直接頂 灰色砂質泥巖 3234軌道巷 2720 2621 ～ ～ XT03 32煤直接底 深灰色泥巖 3233 機巷 2565 2442 ～ ～ XT05 32煤直接頂 灰色細砂巖 3234 風巷 2732 2685 ～ ～ XT06 32煤直接底 深灰色泥巖 3234 風巷 2598 2536 ～ XT08 32煤直接頂 灰黑色泥巖 3233 風巷 2458 2401 ～ ～ XT10 82煤頂板 灰色粗砂巖 8223 2809 2754 ～ ～ XT13 82煤底板 深灰色泥巖 8223 2536 2466 ～ ～ XT17 71煤底板 深灰色泥巖 7124 風巷 2517 2432 ～ ～ XT18 71煤頂板 淺灰色粗砂巖 7124 風巷 2622 2594 ～ ～ XT20 72煤底板 灰黑色泥巖 7215 2499 2429 ～ ～ XT22 71煤底板 深灰色泥巖 7114 2544 2433 ～ ～ XT23 71煤頂板 灰色泥巖 7114 2568 2504 ～ ～ XT24 32煤直接頂 灰色泥巖 3234 風巷 2816 2740 ～ ～ XT25 32煤老底 淺灰色粗砂巖 3234 風巷 2630 2602 ～ ～ XT27 32煤老底 淺灰色粗砂巖 3234 風巷 2813 2722 ～ ～ 淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災害防治關鍵應用技術開發(fā)研究 結題 報告 11 宿縣礦區(qū) 1）朱仙莊煤礦 朱仙莊煤礦南部二水平（一水平 400 m，二水平 680 m）開拓與延伸巷道普遍采用半封閉棚式 U29 型鋼配合錨噴支護形式，棚距 600 mm，局部加密至 500mm，但因地壓大、巖性 差、斷層與構造地質條件復雜，造成二水平已施工巷道普遍存在噴層開裂、卡纜斷裂、支架腿子扭曲、頂梁尖角變形、幫部劇烈位移變形、底板破裂鼓起等，破壞情況如