浅谈煤矿冒顶的防治及措施

摘要：文章阐述了煤矿巷道施工漏垮冒顶的防治及措施，根据巷道软岩巷道的特征和成因巷道的支护技术、维护原理井巷工程地质预测预报、监测方法、安全技术措施超前支护应用、巷发生冒顶后控制处理实践。锚杆支护研究理论和实践经验，全面介绍巷道掘进锚杆支护理论、设计方法，及支护加强支护技术的措施等，岩巷道支护的设计方法和软岩巷道监控量测技术。

　　关键词：顶板漏垮 冒顶 超前支护 顶板控制

　　0 引言

　　因为顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损害、生产中止等事故，仍然是煤矿生产的主要灾害之一，许多特殊的地质技术环境中需要制定特殊的顶板支护安全措施，并且有关干部要亲自到现场指挥。在松软的煤、岩层和流沙及地质破碎带，断层带掘进井巷时，较有可能大面积漏垮冒顶。由此可见，预防井巷冒顶，重视井巷漏垮冒顶处理是十分必要的。

　　1、井巷漏垮冒顶事故的防治

　　由于井巷遇煤层松软倾角大，直接顶帮异常破碎，工作面支护如果某个地点失效或无法支护，发生局部漏冒，破碎顶板就有可能从这个位置在重力作用下往下漏空，导致工作面漏垮冒顶事故。

　　1.1井巷工程地质预测预报

　　（1）井巷工程施工前地质预测预报，利用地质勘探、已有井巷工程揭露有关地质资料，预测工程施工过程中可能遇到的地质破碎带、大断层、陷落柱、背向斜挤压等构造，松软厚煤层的位置，影响范围，以便制定有针对性的安全技术措施。

　　（2）井巷工程施工过程特殊的地质技术环境观察，井巷工程顶板裂隙发育，地质破碎带出现，断层面间多充以粉状或泥状物，断层面都比较光滑，上下盘之间的岩石几乎没有黏结力，尤其是断层面成为导水裂隙时更是彼此分离、漏煤、大淋水等现象，是可能冒顶预兆，就必须果断预测，加以防范。

　　1.2预防井巷漏垮冒顶的安全技术措施

　　（1）选用合适的支护，巷道支架应有足够的支护强度以抗衡围岩压力。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。

　　（2）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。

　　（3）凡因支护失效而空顶的地点，在新支护时应先护顶，再施工。巷道替换支架时，必须先支新支架，再拆老支架。靠近掘进工作面10米长度内的支护，在爆破前必须加固，被爆破崩倒、崩坏的支架必须先修复。

　　（4）在易发生推垮冒顶的巷道中要提高巷道支架的稳定性。可以在巷道的支架之间拉撑件连接固定，增加架棚的稳定性，以防推倒。倾斜巷道中支架被推倒的可能性更大，其支架后拉撑件的强度，密度要适当加大，并有防止矸石、物料、支架滚落和支架歪倒的安全措施。

　　1.3井巷施工超前支护应用井巷工程施工遇异常破碎顶板，松软煤层，需继续往前施工，预防冒顶重点是控制顶板。对此，近年来我煤矿井巷作业施工实践中应用超前支护，减少冒顶，效果明显。在掘进迎头井巷顶部使用超前钻杆，超前过顶控制顶板。在巷道前进方向打眼，留设钻杆，数条钻杆形成渠与围岩共同承载，达到控制顶板。钻杆长度3～5米，平行钻杆间距15～20cm，钻杆条数根据巷道断面宽度选择，一般6.1m2常用断面井巷，上宽1.7米，使用6～8根钻杆，钻杆仰角控制在5°～8°。为保证钻杆分布均衡平行，原则上不使用长钻矸一次打到位，而是先用短钻杆1.5米左右打一节后，逐步用长钻杆加深到最终长钻杆固定下来。钻杆是否复用回收，必须根据工程后期安全性及回收成本确定。破碎顶板巷道长，可以重复使用此方法，相互叠加使用。

　　常用工具： 1.气腿式凿岩机YZ-24型。2.钻头规格：Ф42mm，Ф38mm。3.钻杆：B22-1.5 B22-3.5。

　　1.4炮眼布置及装药量合理，尽量避免崩倒支架

　　例如：双柳矿207综采工作面在92#～98#支架发生漏顶，漏下的矸石使溜子过载无法正常启动。为了正常生产和有效控制工作面顶板，对该地段加固顶板，保证安全，特制定以下安全技术措施：

　　（1）人员进入煤壁侧作业前，将工作面刮板输送机和采煤机进行闭锁，并要清理好退路，用长柄工具处理掉可能掉落的煤与矸石，严格执行"敲帮问顶"制度后方可进入机道往外搬矸，待溜子启动再搬进去运走。

　　（2）处理漏顶期间，队长、书记要跟班作业，现场要有副队长统一指挥，分工明确，协调作业，并有专人观察，退路要畅通，物料充足，工具齐全。

　　具体措施如下：

　　（1）在发生漏顶地段，现场人员要冷静，处理问题要果断，要立即停止工作面其他工作，迅速把漏顶区维护好。漏顶区以外支架初撑力达到24Mpa以上，卡口，防止漏顶区扩大。

　　（2）要及时停止采煤机、运输机，并闭锁，不经作业现场人员同意不得开机。

　　（3）割煤过程中，采煤机司机要密切注意观察冒落区顶板的情况，以防冒落矸石伤人，拉架工要及时拉架，及时升直前探梁和护帮板，起到挡矸的作用，尽量不要让大块矸石掉入机道内，严格执行“带压擦顶移架”，并伸出前探梁、护帮板及时支护。

　　（4）在处理漏顶区顶板时，要安排有经验的老工人观顶。观顶人要注意顶板及煤壁的动静，发现问题及时通知作业人员撤离或处理。

　　（5）人员不能站在漏顶区正前方，人员进入煤壁侧作业前，要清理好退路，用长柄工具处理掉可能掉落的煤与矸石，严格执行“敲帮问顶”制度。

　　（6）工作面乳化液泵工作压力≥30Mpa，液压支架前立柱初撑力≥24Mpa。

　　（7）倒架的配合单体液压支柱及时修复扶正，提前往前靠支架，且煤机速度放慢，减少煤量防止机电设备故障延误处理漏顶的时间。

　　（8）乳化泵要保证两泵正常使用，一用一备，保证24小时正常使用。

　　（9）自动落架的支架用单体点柱在支架顶梁下维护好。

　　（10）加强综采工作面的设备检修，特别是煤机、溜子、装载机、破碎机，从而保证综采设备能够正常运行。

　　（11）处理冒顶期间，调度室要组织相关部门进行跟班作业，现场指挥，确保施工安全。支架前脚及架间矸石必须清理干净，大块矸石必须破碎至300mm以下，破碎时进入溜子前必须闭锁溜子、煤机。

　　1.5采用注马丽散技术加固顶板时，严格执行以下规定

　　（1）待顶板稳定后，从漏顶区上下两侧开始注马丽散加固顶板和煤帮，在距煤层顶板下300-800mm处开孔，仰角20-35°，孔深6米，间距6米。

　　（2）注浆时要保证压风压力大于4MPa以上。

　　（3）注浆孔采用锚杆钻机打眼，眼深6米，然后使用风钻将钻孔外2米的孔径掏至不小于46mm。

　　（4）注浆时，注浆孔的前方及其附近严禁站人，以防伤人。

　　（5）现场作业人员要采取个体防护措施，并佩戴专用手套和眼镜。

　　2、井巷冒顶后工程处理

　　（1）控制冒顶范围扩大防止和减弱大面积切冒危害的原则是改变岩体的物理力学性质，以减小顶板悬露及冒落面积，减小顶板冒落高度，降低空气排放速度。一是用坑木装顶，控制顶板垮落；二是喷浆，可以弱化顶板和扩大岩层中裂隙以弱面的作用。

　　（2）局部绕灌混凝土充填井巷冒顶空间大，高度5～6米以上，装顶控制顶板难度较大及无法操作，混凝土砌拱过冒顶区，按正规的程序作业施工困难，基础无法先挖。必须根据空间掌握，能施工拱体或墙体先局部浇灌上混凝土。冒顶区附近围岩往往压力大、破碎。为保证新施工绕灌的砌体有一定抗压初撑力，一般都使用轨拱，或型钢做骨架。最后逐步对砌体不完整的部位进行修整完善。

　　3、加强支护技术的措施

　　加大顶板锚杆的强度，原则上锚杆直径增加2mm，如锚杆直径超过22mm，则改用更优的材质。(3)A>A，D>D或E>0．7E(顶板锚杆)。

　　（1）加强顶板支护的技术措施：

　　一是加大顶板锚杆黏结段长度，提高锚杆黏结力；二是减少顶板锚杆间排距，原则上每排先增加一根锚杆。(4)A<A，E<0．45E(顶锚杆)。三是增加顶板锚杆黏结段，提高锚杆黏结力；四是减小顶板锚杆间排距，原则上每排先增加一根锚杆。3．3．2．2顶板锚杆锚固区外存在的问题B>B。五是加大顶板锚杆长度，原则上先增加200mm。

　　（2）加强两帮支护的技术措施：

　　一是加强锚杆，原则上每帮先增加一根，或在两帮和等角注浆，防止锚固区外顶板离层；二是顶板打锚索。3．3．2．3两帮存在的问题。三是加大两帮锚杆的强度和长度，增加两帮锚杆黏结段长度，提高锚杆黏结力；原则上直径先增加2mm长度增加200mm；如锚杆直径超过22mm，则改用更优质的材质。四是减小两帮锚杆间排距，原则上每排先增加一根锚杆。根据现场监测结果及时对初始设计进行分析研究，判断其是否需要进行修改，并对修改的设计继续进行监测与监控，使之趋于完善

　　4、结语

　　总之，要想管理好顶板，首先要掌握清煤层地质构造、特性，围岩保持了较好的完整性，顶板未发生离层，表明锚网支护结构是可靠的，支护参数是合理的。

　　由于锚杆、锚索、网、钢筋托梁及Π形钢棚加强支护已经形成一个有机的支护结构，在纵向横向都能相互制约，从而能够有效地抑制围岩的变形。假如局部薄弱地段有可能出现诸如离层、冒顶等问题，可以通过矿压观测监测到，及时采取措施，是能够避免的。针对实际，采取合理的支护形式，施工时要按章作业，加大管理力度，杜绝偷工减料、违章行为的发生；同时，对薄弱环节、重点地点重点监控。

　　煤矿井巷工程施工顶板冒顶事故灾害的预防和处理，是生产施工管理过程一项不可避免的工作，影响到矿井安全、生产、效益多方面。