锚杆支护掘进工作面常见冒顶事故原因及防治措施

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摘 要：本文通过已发生的锚杆支护掘进工作面冒顶事故，分析总结掘进工作面冒顶事故发生的主要原因，提出了预防冒顶事故发生的方法和措施。
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关键词：掘进巷道;冒顶事故;锚杆支护
统计资料表明，煤矿顶板事故占总事故数量的40%，而掘进工作面冒顶事故占顶板死亡事故的20%左右，在煤矿事故中占有很大比重。因此分析煤矿掘进工作面冒顶事故的原因，研究预测预防措施，做好对冒顶事故的预防，对保护煤矿职工的生命和安全至关重要。
1 掘进工作面常见冒顶事故的原因分析
1.1 敲帮问顶制度执行不严格、不彻底，临时支护措施执行不到位，造成危岩突然坠落产生伤亡事故。如煤矿综掘队2012年10月9日中班在Ⅱ020205工作面机巷进行掘进作业，工作面顶板压力大，采取短掘短支，掘进一片支护一片，截割完第二片网，综掘机断电造成前探梁无法正常使用，现场人员未进行敲帮问顶工作，打设了3根超前锚杆，在挂网作业过程中，突然顶板发出煤炮声，工作面迎头掌子面和顶板跨落下来大量浮煤，顶板冒落300mm，迎头掌子面垮落，一名员工迎面埋倒在综掘机伸缩油缸处，造成左手小臂骨裂。
1.2 锚杆、锚索施工质量不合格，原有支护不能很好的控制顶板，日常顶板观测监管不到位。如某矿综掘队4月8日夜班在120207机巷掘进过程中，当班验收员进入工作面将迎头验收完毕后，行至后巷1130m架棚处发现行人侧顶板异常，有掉渣现象，立即通知迎头人员迅速撤出，随后巷道1130-1140m段顶板冒落，巷道被堵死，外面能看到十几架钢棚完好。人员安全无伤亡。后经事故原因分析认为该段巷道为巷道过断层段，断层层理发育、围岩松软破碎，原有支护设计不能较好的控制顶板。区队安全技术措施执行不到位。巷道过断层处锚网索支护、锚索安装质量，架棚支护质量不符合安全技术措施要求。断层处“一梁二柱”棚不能满足支护要求，未及时补打中柱及锚索桁架。
1.3 顶板岩性发生变化，非稳定岩层变厚超过支护厚度。如金凤煤矿2013年8月24日中班，011805工作面机巷在掘进过程中发生一起冒顶事故。巷道1870-1876m处顶板发生冒顶。冒落长度6m，冒落高度约3m。冒顶的主要原因有该段巷道顶部泥岩变厚，厚度超过3m，泥岩遇顶板水膨胀、自重增加、强度降低，且该段巷道前后32m锚索未及时施工，顶部支护所采用的φ20×2500mm螺纹钢锚杆未能锚入稳定岩层中，造成支护失效。
1.4 巷道大断面、交叉口处支护失效。2014年9月10日，在羊场湾煤矿二分区承担Ⅱ020601回风顺槽清淤起底工程的中国有色金属第十四冶金建设公司（以下简称中十四冶），在作业期间发生一起冒顶事故，造成一名挖掘机司机死亡。后通过事故进行技术分析，认定事故原因有以下两方面：铲车在进行起底清淤、推运渣石过程中，碰撞过巷道下帮单体支柱，致使局部支护失效，因支护强度减弱，导致顶板自巷口外侧向巷口中部冒落。
2 常见冒顶事故的主要预防措施
2.1 严格执行敲帮问顶制度，每次作业前、每循环截割工作结束后班组长必须带领有经验的老工人对巷道顶板进行敲帮问顶。要及时将悬空的岩石撬下来。敲的时候如果用手指紧贴顶板感到有震动，说明岩石已离层，有冒落的危险，应立即将其撬下来。如果顶板敲击声清脆又没有震动说明顶板坚实。在进行支护作业过程中必须全程使用临时支护，确保临时支护可靠有效。在临时支护失效的情况要严禁人员进行空顶  作业，严禁超循环进度作业。
2.2 必须保证锚杆、锚索支护合格有效，达到质量标准化要求。通过控制所施工眼孔的直径、深度，锚杆、锚索锚固剂的使用数量必须符合规程要求，锚杆、锚索抗拔力、预紧力达到设计要求。当出现顶板压力大、岩石层理、节理发育程度高等情况时应积极采取加强支护措施，如锚杆支护配合使用钢带，加打锚索桁架、架设π型钢梁等措施。
2.3 当出现顶部不稳定岩层（常见的不稳定岩层有泥岩、砂质泥岩、泥质胶结的粉砂岩和煤层）变厚的情况，这类岩石具有强度低、遇水膨胀极易崩解，具有“软、弱、松、散”的特点。结构松散，稳定性和胶结性都比较差，极易产生垮落。在这类岩层中掘进的过程中，应采取小循环作业，及时支护减少空顶时间。支护时需要根据顶部不稳定岩层的厚度选择锚杆、锚索的长度，确保锚杆、锚索支护能够锚入稳定岩层中。
2.4 在巷道开口，硐室施工时必须选择在顶板完好、无淋水的地方，加强交叉口处顶板管理，确保锚杆、锚索施工质量。并根据巷道断面采取打设锚索桁架加强顶部支护。锚索梁与顶板接顶不实处采用背板、木楔绞紧背实，严禁空顶。巷道交叉口需在开口处安装顶板离层检测仪对顶板离层数据进行检测。
2.5 加强日常施工管理和顶板管理。
①在煤巷采取矿压监测，每50m布置一台顶板离层指示仪并指派专人定期对数据变化进行观测，顶板离层指示仪布置的观测点设置后，每天观测一次，十天之后每七天观测一次。观测数据必须精确到毫米。要严格按照矿压观测的方法和要求进行观测，如出现没有按照设计要求布置测点及布置不合理、不正确的情况，要重新布置矿压观测点。若发现顶板离层量或位移速度超过临界值（深部位移超过30mm，浅部位移超过50mm，位移速度超过3mm/d），应首先采取打点柱、架设单体棚等临时支护措施，及时控制巷道变形，并尽快采取增加锚索、锚索桁架、架设工字钢棚等措施加强支护。
②严格控制施工所使用钻头，保证“三径”匹配合理，即锚索或锚杆的直径、孔径、锚固剂直径三径匹配合理，尤其是出现孔径远大于锚索直径时会出现锚固剂不能送至孔底、多半在孔深的一半处锚固，锚索张拉时锚固力可以达到可以满足设计要求，但在实际中锚索却不能起到应有的悬吊作用，并且这种现象隐蔽性强，无法通过观测识别。
③施工中出现“偷工减料”如少装树脂药卷，设计为3节树脂锚固剂实际使用1节造成锚固力不足;或截断锚杆，将2.2m锚杆截短为1.6m造成锚杆不能锚入稳定岩层引起冒顶事故。
④材料不合格，如应锚固剂过期失效造成不凝固或在安装过程中搅拌时间不足或过长造成锚固力降低，从而导致锚杆支护失效;锚杆、锚索锈蚀严重或已出现径缩现象造成无法锚固或巷道压力显现时出现锚杆、锚索断裂等现象。
3 结语
为防止井下掘进巷道发生冒顶事故，应按照巷道的类型、具体的施工位置和技术要求，选用合适的支护形式。在现场操作过程中，应按照围岩情况对支护参数进行适当调整，根据设计要求采取合理的技术措施，严格按照巷道掘进质量标准化要求和操作规程进行作业，确保支护质量，加强顶板观测工作，发现问题及时采取补强措施，避免冒顶事故发生，消除安全隐患。
参考文献：
[1]煤矿顶板事故防治新技术[M].中国矿业大学出版社，2008.
[2]煤巷支护技术与机械化掘进[M].中国矿业大学出版社，
2008.
[3]贾明魁.锚杆支护煤巷冒顶事故研究及其隐患预测[D].北京：中国矿业大学，2007.
作者简介：
余瑞（1987-），助理工程师，2011年毕业于兰州大学土木工程专业，现任神华宁夏煤业集团金凤煤矿综掘队技术员。

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