煤巷锚网索梯支护顶板事故的预防.docx

煤巷锚网索梯支护顶板事故的预防煤巷锚网索梯支护顶板事故的预防梧桐庄矿是 2003 年正式投产的一座设计生产能力 120 万 t/a 的大型矿井，分南北两翼布置生产，主采山西组 2#煤层。目前主要掘进巷道分别布置在北翼二采区和南翼的一、三采区，采区回采巷道除个别过断层、顶板破碎带地段采用 U 型钢可缩支架支护外，其余均采用锚网索梯支护，采区部分开拓准备巷道也采用了该支护方式。截止目前，已利用锚网索梯支护技术安全掘进煤巷两万余米。在煤巷掘进过程中，梧桐庄矿通过采取合理确定支护参数、强化现场施工管理和顶板监测，重点做好后路顶板维护和掘进工作面迎头工程地质条件监测等措施，成功杜绝了煤巷掘进顶板事故，取得了显著成效。1 支护作用原理煤巷锚网索梯支护是锚杆、锚索、塑料网、金属梯形梁或 W 钢带联合支护，共同支撑煤巷顶板的一种新型混合支护技术，它的作用原理就是利用锚网索梯支护强化和提高巷道顶板一定范围岩层的抗剪压能力，形成强化承压拱，抵抗巷道围岩变形，达到支撑维护巷道的目的。其具体作用就是通过对顶锚杆在一定预紧力作用下进行端锚，使端锚范围内的复合岩层在锚杆的弹性压缩下形成组合梁，同时利用锚固于稳定岩层中的锚索对给合梁在一定预紧力作用下进行悬吊，进一步增强组合梁的支护强度。2 顶板事故预兆煤巷锚网索梯支护是利用巷道围岩自身进行主动支护。围岩变形有一个从弹性到塑性，最后丧失抵抗力的过程，这种特性决定了锚网索梯支护的煤巷顶板变形要经过一定变形量的积累，当顶板变形量积累达到一定程度，就会导致煤巷顶板突然垮塌造成顶板事故。锚网索梯支护煤巷板变形过程往往引发一系列压力显现，出现顶板事故预兆：1）顶板出现局部离层掉渣，在塑料网上形成网兜，严重时造成顶锚杆失效。2）巷道两帮收敛，顶板下沉，梯形梁或 W 钢带开始出现折叠现象。3）巷道底板鼓起，轨道变形，梯形梁变形，W 钢带或顶锚杆断裂。4）顶板岩层爆响，顶板离层监测仪显示离层加剧。5）锚索承载力增大，锚索托盘变形，出现放射状绞理，严重时锚索断开失效。3 顶板事故的预防3.1 合理确定锚杆锚索支护参数根据工作面地质条件，合理参照邻近工作面地质力学评估资料，依据秦巴列维奇理论按自然平衡拱原理对掘进工作面围岩破坏范围和围岩压力进行计算。并以此为依据，结合其他矿井的生产实践合理确定锚杆锚索支护参数。图 1 是秦氏理论的计算模型。图 1 秦氏理论的计算模型3.1.1 巷道围岩破坏范围的计算1）煤巷两帮煤体受压破坏深度c=Htan(45-/2)式中 c煤体受压破坏深度，m；H巷道高度，m；煤的内摩擦角，=arctan(f)=45，f=12）巷道顶板潜在的冒落拱高b1=a1/u=(a+c)/(Rc/1 000)式中 b1巷道顶板潜在的冒落拱高，m；a承受弯曲的悬臂岩层的半跨距，m；Rc巷道顶板岩石的抗压强度，N/cm2。3）顶板压力Q=4a1b1r1/3=4(a+c) b1r1/34）两帮煤体侧向压力Q=(2b1r1/+H)/2H tan2(45-/2)式中为煤的体积重量，kN/m3。3.1.2 合理确定锚杆锚索支护参数依据巷道围岩破坏范围的理论计算值，辅以工程类比，结合其他矿井的实践经验，回采巷道锚杆锚索支护参数确定如下：1）回风顺槽 断面形状矩形，净宽 3.4m，净高 2.8m。顶板锚杆选用20mm2 400mm 的 20Mnsi 左旋无纵筋螺纹钢。设计锚固力 100kN，间距 800mm，排距 700mm。巷道顶弧靠近两帮各布置 1 根角锚杆，向煤壁斜上方倾斜 15。顶锚杆每排 5，用 1 根长 3.3m 的 W 钢带或梯形梁连接起来，锚杆锚固剂选用 Z2335，K2335 型树脂药卷各 1 卷。帮锚杆布置在两排顶锚杆之间，与顶锚杆交错布置。帮锚杆选用16mm1800mm 的 A3 圆钢锚杆，挡圈距杆尾 500mm。设计锚固力 40kN，间距 700mm，排距 700mm。锚固剂选用 K2335 和 Z2335 型树脂药卷各 1个。顺槽顶板两端各布置 1 道锚索，锚索长 7.0m，锚固长度 1.5m，每条锚索采用 CK2352，K2352，Z2352 药卷各 1 卷，预紧力不小于 150kN，锚固力要求在 260kN 以上，锚索距帮 1.0m 布置，间距 1.6m，排距 2.1m，每根锚索配 1 块 300mm300mm16mm 的钢托板。2）运输顺槽 断面形状矩形，净宽 3.8m，净高 2.8m。顶帮锚杆参数、材质、锚固剂用量及型号同回风顺槽，间距 720mm，排距 700mm，巷道顶板靠近两帮各布置 1 根角锚杆，向煤壁斜上方倾斜 15。顶锚杆每排 6 根，用 1 根长 3.7m 的 W 钢带或梯形梁连接起来，锚杆锚固剂选用Z2335，K2335 型树脂药卷各 1 卷。运输顺槽帮锚杆布置同回风顺槽。运输顺槽顶板