《煤巷锚网梁索支护中顶板离层仪控制冒顶应用》
该文是控制论文范本与锚网梁和冒顶和离层相关论文范本.
[摘 要]锚网梁索支护因其施工方便、成本低廉等已被普遍推广,又因其利用顶板离层仪观测锚网梁索联合支护顶板离层情况,针对性地采取补救措施,可有效避免顶板事故,本文由一起事故案例分析,到利用顶板离层仪观测顶板离层成功避免了类似冒顶事故的发生,对煤矿煤巷锚杆支护有一定的借鉴指导意义.
[关键词]锚网梁索 冒顶事故 分析 对策 顶板离层仪
中图分类号：TD326.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0378-01
1.概述
皖北煤电集团公司孟庄煤矿主采煤层为3煤,采用高挡普采,3煤层厚度为1.2m～3.6m平均厚度为2.4m,倾角15°～22°,煤层赋存较为稳定.煤层直接顶为泥质砂岩,厚度0.8～1.2m基本顶为粉砂岩及中粒砂岩,厚度1.6～7.2m,平均厚度3.6m.巷道断面为倒梯形,设计宽×高（中高）等于4.0m×3.0m,采用锚网梁索联合支护,其支护材料规格为：
锚杆：帮顶均采用￠18×2000mm的左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆,顶部锚固力70KN,帮部锚固力50KN,间排距750×750mm.
网：采用8#镀锌镀锌铁丝网,网孔为菱形,规格为60×60mm.
梁：采用两根12#钢筋焊制而成的梯形梁,宽度为60mm,其长度与顶部斜宽及两帮高度相适应.
锚索：￠15.24mm×5000mm的钢绞线,在巷道中间位置呈单直线型布置,间距为5m.
托盘：用22#U型钢加工而成,长360mm,中间加焊150×150×8mm的钢板提高其强度,预紧力为100KN.
2.事故的发生情况
2006年7月12日中班,正在回采的Ⅲ315工作面运输巷在距离皮带机头15米处发生一起冒顶事故：冒顶区长×宽×高等于8.5m×5.5m×2.2m～2.8m,所幸事故发生在交接班期间,没有造成人员伤亡,但堵塞巷道,埋压运输机,直接造成工作面停产,且事故后的修护施工的难度和危险性都较大.
冒顶段为锚网梁索支护,发生事故与巷道的施工时间相隔8个月,表现为顶板连同锚杆整体离层冒落,锚索剪断,煤壁向巷道内折帮塌跨.
3.原因分析
通过现场的观测,综合分析事故原因如下：
〈1〉、安全監测不完善,没能及时发现顶板离层破坏.锚网梁索支护有很大的隐蔽性,监控尤其重要.针对顶板的监测,设备缺乏,手段不完善,并未采用顶板光纤窥视仪提前查明顶板岩性条件,也未安装围岩深部多点位移计,仅每隔50m安装一台顶板离层仪,介于期间的地质构造特殊地段却没有安装顶板离层仪进行有效监控,检测点布局的局限,其时效性也滞后,因而巷道的失稳未能及时发现并进行有效的分析与控制,是事故发生的主观原因.
〈2〉、地质条件的变化是引起这起事故的主要原因.现场在冒落处发现-落差1.5米的倾向断层,受断裂构造的影响,顶板节理发育,有淋水现象,顶板稳定性较差,因而在锚杆锚固范围内形成不了有效的组合梁,且该段巷道直接顶厚度相对增大,达到2.2～2.8米,超过锚杆锚固段0.2～0.8米,直接顶与老顶发生离层,锚杆仅锚固在冒落层中,未能锚固到直接顶内,锚杆起不到有效的悬吊作用,从而造成巷道失稳.事故发生后在冒落段巷道及其附近共有三根锚索：1#锚索位于断裂构造上盘侧,对下盘岩层不能起到有效的锚固；2#和3#锚索对冒落岩块起到了悬吊加固作用,但是通过近似计算,冒落岩块的总重量为：8m×5.5m×2.5m×1.5t/m3×10（t与KN换算）等于1650KN,超过了两根锚索的极限承载强度,导致两根锚索被拉断.
〈3〉、该矿现行的锚杆支护设计均以工程类比法,因而其合理性缺乏理论上的论证,地质条件发生变化了,支护参数没有改变,致使锚杆支护失效,引发事故.
〈4〉、补救措施不及时.在发生冒顶事故前,已发现该段巷道吊肚子,表明巷道顶板已发生离层,但没能引起足够的重视,既没有向有关单位汇报,也没有采取补救措施,直至事故发生.此时如采取积极的修护措施,如壁后注浆加固,补架棚,补打加长的锚杆,加补锚索等,就可避免冒顶事故的发生.
4.预防措施
〈1〉必须加强工程质量监测.现行的监测方法一般有：施工前采用顶板光纤窥视仪探查顶板岩性条件、施工后的巷道按一定距离安装顶板离层指示仪、测力锚杆、围岩深部多点位移计等监测顶板下沉量,其中顶板离层仪使用较早,也较为普遍.
〈2〉对巷道交叉点、峒室,地质构造、顶板破碎等特殊地段增设观测设备,重点检测,重点控制.
〈3〉矿井应根据不同的地质条件进行支护参数的设计,确保从技术层面上消除隐患.在施工前期及施工中应充分重视地质条件的变化,针对不同的地质条件有针对性地调整支护参数,比如增加锚杆长度,缩小锚杆间排距及锚索间距等,以提高顶板的稳定性及支护强度.
〈4〉锚杆支护施工工艺繁琐,人为影响因素多.如锚杆的角度,锚杆孔的深度,锚杆支护的“三径”匹配情况,锚杆预应力与锚固力的大小,托盘与煤壁的紧贴程度等,而每一道工序的施工偏差均对锚杆支护质量有较大的影响,因而提高施工人员素质,消除以上人为因数的影响,对预防顶板事故的发生有积极的意义.
5.成功案例
自这起冒顶事故发生后,矿领导高度重视,投入大量资金引进设备,培训人员,并和有关科研院校进行技术合作,合理选定锚网梁索支护的技术参数,根据现场施工锚索孔的情况确定锚索的长度,保证锚索锚入直接顶板深度不低于0.8m～1.0m,加强了开窝处、岔门、地质构造、顶板破碎重点地点的观测,在2007年6月施工Ⅳ311掘进工作面切眼时,f31测点前24m开始14m长度段,虽然锚索长度达到8～10m长,但仍然为泥岩,第5根锚索4m就进入砂岩顶板,如图1所示,分析巷道顶板有一隐伏构造,掘进施工时补强了2根锚索,并在该地段加设一组（三线）顶板离层仪,一根长度10.5m观测锚索生根段顶板活动情况；一根长度5m观测锚索中段、锚杆顶部复合顶板活动情况；一根长度2m观测锚杆顶部复合顶板活动情况,开始7天一个小班观测一次,顶板移进量变化不大,以后一个圆班观测一次,到第18天时,顶板移进量增加,5m的观测线进入红色危险状态、2m的进入预警状态,而10.5m的观测线仍处在安全状态,根据顶板离层仪预警指示分析,复合顶板只在5m段以下发生离层下沉,而锚索锚固段仍起作用,因地制宜仅采取将该段间隔增补锚索的补救措施,控制了顶板移进量,解除预警,直到78天后切眼服务结束,不仅以较少地投入成功地避免了冒顶事故,也为利用顶板离层仪合理、科学观测,预防控制顶板一例成功的典范,大大推进煤巷锚网梁索支护整体安全技术水平.
6.结论
煤巷锚网梁索支护是一项复杂的系统工程,从工程地质条件评价,支护参数的设计,支护材料的加工,现场施工等进行检测控制,合理修改选择支护参数,实行全方位、全过程动态控制,才可更好地安全应用于生产实践,而顶板离层仪能有效检测顶板,且安装简单、成本低廉、使用方便等,正被广泛推广应用.
作者简介
王亚（1986.7-）,男,民族：汉,籍贯：安徽萧县,职称：助理工程师,2006年7毕业于安徽理工大学（专科）,采矿工程专业,2009年2月参加中国矿业大学成人高等教育,本科学历,采矿工程专业,通讯地址：安徽省淮南市潘集区贺疃乡朱集西煤矿,邮编232098,E-mail：1027663588@.com.
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