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摘要：文章根据陈坜煤矿的岩性特点，对改扩建工程掘进施工中的巷道支护方式进行研究，选择了安全、经济、合理并适用于该类岩层掘进的支护方式，预防了顶板事故的发生，从而促进矿井安全生产管理和提高企业经济效益。
关键词：支护方式选择；顶板事故；预防措施
中图分类号：TD327.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）08-0174-01
1 问题的提出
陈坜煤矿原来为地方小煤矿，1997年投产，设计生产能力3万t/a。由于受产业政策影响，2010年被省属国有企业整合并购，并于2011年进行改扩建，建设规模和设计生产能力为6 万t/a。改扩建工程设计掘进及扩刷工程量4000多米，在施工过程中发现矿井围岩稳定性不仅变化大，而且围岩较为破碎；断层较多，层理发育，围岩易风化脱层；断面较大时易冒顶，导致安全的不稳定因素增多，不仅给安全造成较大压力，也给改扩建工程进度和经济性之间形成矛盾。因此，加强掘进巷道支护方式选择和顶板事故预防研究，确保施工安全和提高经济效益是必须解决的重要课题。
2 矿井原有巷道支护方式
①矿井开采煤层及围岩情况。矿区开采煤层主采煤层为B5煤层，倾角平缓，平均厚度1.1 m，煤层较不稳定。煤层顶板岩性为粉砂岩、砂质泥岩，底板岩性为细砂岩。矿井大小断层较多，围岩稳定性级别跨度大，受构造破坏地段岩性较破碎，顶板较易垮落。矿井开拓过程中，遇这些地段易产生冒顶、片帮等工程地质问题。
②矿井改扩建前巷道支护情况。矿井改扩建前支护方式主要有木支架、水泥支架、旧钢管支架。主要是原来巷道断面小，巷道宽度在1.8 m左右，基本能满足。但存在木支架易腐烂；水泥支架笨重，难架高，占巷道面积；旧钢管支架不受压。
3 矿井围岩及采取支护情况
由于矿井改扩建工程建设，随着国家安全生产标准提高，矿井生产规模扩大及区段延深，提升、运输、供电、通风等系统都进行了较大变化，加大了巷道断面。造成顶板暴露风化面积加大，顶板更易冒落。原有的水泥支架、钢管支架不能在现有施工巷道中使用，矿井巷道掘进初期以喷浆为主。由于矿井扩建初期，围岩资料收集不全，没有相应的措施来保证支护的安全。进行支护设计时，只能进行简单的工程类比，没有可靠依据。同时，由于巷道断面较大，掘进时采用中深孔爆破作业，对围岩破坏较大。而且复杂的地质条件，造成支护形式跟不上围岩变化。为了确保安全，就用木支架进行临时支护，造成后期进行重新支护，严重制约工程进度和提高工程造价。因此，在认真分析现场岩性变化、巷道用途及服务年限不同，分别选取以下几种支护方式。
①喷浆支护。在岩性比较好、破碎程度不高地點，采用喷浆支护，防止风化效果较好。主要优点是速度快、成本低。缺点是在岩性较破碎或层理发育地点不能使用。
②锚杆（锚喷）支护。在顶板层理发育，受压后断裂脱层的巷道使用。锚杆主要加大顶板层理之间拉力，增加喷浆则防止层理氧化，防止脱层。主要优点是成本低、架设快、不占用巷道断面空间。缺点是受到条件限制，破碎地点不能使用，施工打眼较为困难。
③金属支架。根据国家推广“以钢代木”，矿井也积极推广使用。主要在运巷压力较大、岩性较破碎使用。主要优点是安全适用，可以复用，架设方便。缺点是成本高，初期投入大。
④砌碹支护。采用碎石和混凝土砌碹。在岩性破碎、断层破碎带、压力较大及机房峒室等地点使用。主要优点是抗压能力强，帮顶不冒落。缺点是造价高，进度慢。
4 顶板事故的预防及巷道支护方式的选择
4.1 顶板事故的基本特点及原因
①发生顶板事故的特点。冒顶段普遍较小，且发生在地质条件变化的地段。如小断层、岩石破碎、顶板裂隙发育、墙拱交接区边缘有极易发生离层的弱面存在等。冒顶地点都发生在成巷部分，交叉点段。
②顶板事故的原因。对地质条件变化掌握不到位，不能及时了解和掌握施工现场的顶板情况，无法采取及时有效的措施来应对条件的变化。在类似条件巷道支护设计的对照应用中，降低支护等级，强调支护成本，忽视技术问题；调进尺考核，忽视施工质量控制监测；特殊地段设计的支护方案落实不到位。虽然矿井在巷道支护技术攻关和推广应用的总体安全形势较好，但也存在的一些问题。特别是在维护期长的静态临界巷道冒顶现象表现为突发性、超常规性和大规模性三个特点。因此必须系统地研究，根据围岩性质总结出一整套科学、合理、可行的巷道支护方式，实现巷道支护技术的本质安全。
4.2 巷道顶板事故预防
①支护巷道的特点。巷道支护的目标是在尽量低的支护成本条件下使巷道围岩稳定，防止围岩产生危害性塌落，并保持有足够的使用断面。其支护巷道的特点有：围岩松软、破碎，节理、层理发育，支护的对象是破裂煤岩体，围岩稳固性能差；受地质构造影响，围岩结构及物理力学性质变化大，构造应力也有很大差别；在构造强烈作用下围岩变形剧烈，绝对变形量大；巷道工程量大，服务时间短，支护结构必须简单实用，造价低廉。以上这些特点决定了安全可靠性研究必须充分考虑技术经济的优越性和可行性。
②预防顶板事故措施。为了保证支护安全性和预防顶板事故的发生，必须做好支护方式选择和采取一些相应的措施，从支护手段的源头上保证安全可靠。第一，井巷位置的合理布置。在设计中，选择坚硬均质岩体内进行布置井巷位置，并从施工和维护角度加以充分考虑，避免在应力集中区内布置巷道。第二，选择合理爆破作业方式。前期由于采用中深孔爆破，装药量大，对围岩破坏也大。因此，要求尽量采用光爆技术，合理布置炮眼，减少用药量，采用毫秒起爆等措施，减少爆破对巷道稳定性的影响，提高巷道成型，保持围岩完整性，提高巷道围岩的自身的“承载”能力。第三，采取合理设计保障。根据施工过程的跟踪、观察、分析，建立一套较为科学合理、适应矿井支护条件变化频繁的支护方案和设计参数调整方法，既要避免冒顶事故发生，又不能使设计参数过于保守，造成材料的浪费和掘进速度降低。第四，采取技术管理保障。分析评价已有的施工管理措施、经验、教训，总结快速施工技术，形成一套贯穿施工过程的行之有效的技术管理规范，在井下施工过程管理中提供详细的技术管理指导，确保实施过程中的安全可靠。
③合理选择支护方式。根据围岩情况合理选择支护方式，有效控制顶板和降低成本。在围岩较稳定，以采用喷浆为主；在顶板层理发育则增加锚杆支护；在石门或运巷围岩较为破碎，锚喷不能满足的前提下，则采用金属支架，并配以处理过的旧油桶加工成的铁皮进行背帮顶；在机房硐室和岩性破碎且压力较大则采用砌碹支护。
5 应用效果小结
通过总结经验教训，以及对陈坜煤矿围岩与支护方式的研究、分析，比较各种支护方式的优缺点和适用条件，能根据围岩变化合理选择支护方式，有效控制顶板事故的发生。基本解决各种支护技术的安全可靠性问题，形成支护手段保障和安全保障技术体系，为技术和管理手段提供了良好的安全保障。基本实现支护技术和巷道顶板管理技术的本质安全，使企业也取得良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 孙景权.巷道顶板事故预防及断面优化探讨[J].中国新技术新产品，2012，（8）.
关键词：支护方式选择；顶板事故；预防措施
中图分类号：TD327.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）08-0174-01
1 问题的提出
陈坜煤矿原来为地方小煤矿，1997年投产，设计生产能力3万t/a。由于受产业政策影响，2010年被省属国有企业整合并购，并于2011年进行改扩建，建设规模和设计生产能力为6 万t/a。改扩建工程设计掘进及扩刷工程量4000多米，在施工过程中发现矿井围岩稳定性不仅变化大，而且围岩较为破碎；断层较多，层理发育，围岩易风化脱层；断面较大时易冒顶，导致安全的不稳定因素增多，不仅给安全造成较大压力，也给改扩建工程进度和经济性之间形成矛盾。因此，加强掘进巷道支护方式选择和顶板事故预防研究，确保施工安全和提高经济效益是必须解决的重要课题。
2 矿井原有巷道支护方式
①矿井开采煤层及围岩情况。矿区开采煤层主采煤层为B5煤层，倾角平缓，平均厚度1.1 m，煤层较不稳定。煤层顶板岩性为粉砂岩、砂质泥岩，底板岩性为细砂岩。矿井大小断层较多，围岩稳定性级别跨度大，受构造破坏地段岩性较破碎，顶板较易垮落。矿井开拓过程中，遇这些地段易产生冒顶、片帮等工程地质问题。
②矿井改扩建前巷道支护情况。矿井改扩建前支护方式主要有木支架、水泥支架、旧钢管支架。主要是原来巷道断面小，巷道宽度在1.8 m左右，基本能满足。但存在木支架易腐烂；水泥支架笨重，难架高，占巷道面积；旧钢管支架不受压。
3 矿井围岩及采取支护情况
由于矿井改扩建工程建设，随着国家安全生产标准提高，矿井生产规模扩大及区段延深，提升、运输、供电、通风等系统都进行了较大变化，加大了巷道断面。造成顶板暴露风化面积加大，顶板更易冒落。原有的水泥支架、钢管支架不能在现有施工巷道中使用，矿井巷道掘进初期以喷浆为主。由于矿井扩建初期，围岩资料收集不全，没有相应的措施来保证支护的安全。进行支护设计时，只能进行简单的工程类比，没有可靠依据。同时，由于巷道断面较大，掘进时采用中深孔爆破作业，对围岩破坏较大。而且复杂的地质条件，造成支护形式跟不上围岩变化。为了确保安全，就用木支架进行临时支护，造成后期进行重新支护，严重制约工程进度和提高工程造价。因此，在认真分析现场岩性变化、巷道用途及服务年限不同，分别选取以下几种支护方式。
①喷浆支护。在岩性比较好、破碎程度不高地點，采用喷浆支护，防止风化效果较好。主要优点是速度快、成本低。缺点是在岩性较破碎或层理发育地点不能使用。
②锚杆（锚喷）支护。在顶板层理发育，受压后断裂脱层的巷道使用。锚杆主要加大顶板层理之间拉力，增加喷浆则防止层理氧化，防止脱层。主要优点是成本低、架设快、不占用巷道断面空间。缺点是受到条件限制，破碎地点不能使用，施工打眼较为困难。
③金属支架。根据国家推广“以钢代木”，矿井也积极推广使用。主要在运巷压力较大、岩性较破碎使用。主要优点是安全适用，可以复用，架设方便。缺点是成本高，初期投入大。
④砌碹支护。采用碎石和混凝土砌碹。在岩性破碎、断层破碎带、压力较大及机房峒室等地点使用。主要优点是抗压能力强，帮顶不冒落。缺点是造价高，进度慢。
4 顶板事故的预防及巷道支护方式的选择
4.1 顶板事故的基本特点及原因
①发生顶板事故的特点。冒顶段普遍较小，且发生在地质条件变化的地段。如小断层、岩石破碎、顶板裂隙发育、墙拱交接区边缘有极易发生离层的弱面存在等。冒顶地点都发生在成巷部分，交叉点段。
②顶板事故的原因。对地质条件变化掌握不到位，不能及时了解和掌握施工现场的顶板情况，无法采取及时有效的措施来应对条件的变化。在类似条件巷道支护设计的对照应用中，降低支护等级，强调支护成本，忽视技术问题；调进尺考核，忽视施工质量控制监测；特殊地段设计的支护方案落实不到位。虽然矿井在巷道支护技术攻关和推广应用的总体安全形势较好，但也存在的一些问题。特别是在维护期长的静态临界巷道冒顶现象表现为突发性、超常规性和大规模性三个特点。因此必须系统地研究，根据围岩性质总结出一整套科学、合理、可行的巷道支护方式，实现巷道支护技术的本质安全。
4.2 巷道顶板事故预防
①支护巷道的特点。巷道支护的目标是在尽量低的支护成本条件下使巷道围岩稳定，防止围岩产生危害性塌落，并保持有足够的使用断面。其支护巷道的特点有：围岩松软、破碎，节理、层理发育，支护的对象是破裂煤岩体，围岩稳固性能差；受地质构造影响，围岩结构及物理力学性质变化大，构造应力也有很大差别；在构造强烈作用下围岩变形剧烈，绝对变形量大；巷道工程量大，服务时间短，支护结构必须简单实用，造价低廉。以上这些特点决定了安全可靠性研究必须充分考虑技术经济的优越性和可行性。
②预防顶板事故措施。为了保证支护安全性和预防顶板事故的发生，必须做好支护方式选择和采取一些相应的措施，从支护手段的源头上保证安全可靠。第一，井巷位置的合理布置。在设计中，选择坚硬均质岩体内进行布置井巷位置，并从施工和维护角度加以充分考虑，避免在应力集中区内布置巷道。第二，选择合理爆破作业方式。前期由于采用中深孔爆破，装药量大，对围岩破坏也大。因此，要求尽量采用光爆技术，合理布置炮眼，减少用药量，采用毫秒起爆等措施，减少爆破对巷道稳定性的影响，提高巷道成型，保持围岩完整性，提高巷道围岩的自身的“承载”能力。第三，采取合理设计保障。根据施工过程的跟踪、观察、分析，建立一套较为科学合理、适应矿井支护条件变化频繁的支护方案和设计参数调整方法，既要避免冒顶事故发生，又不能使设计参数过于保守，造成材料的浪费和掘进速度降低。第四，采取技术管理保障。分析评价已有的施工管理措施、经验、教训，总结快速施工技术，形成一套贯穿施工过程的行之有效的技术管理规范，在井下施工过程管理中提供详细的技术管理指导，确保实施过程中的安全可靠。
③合理选择支护方式。根据围岩情况合理选择支护方式，有效控制顶板和降低成本。在围岩较稳定，以采用喷浆为主；在顶板层理发育则增加锚杆支护；在石门或运巷围岩较为破碎，锚喷不能满足的前提下，则采用金属支架，并配以处理过的旧油桶加工成的铁皮进行背帮顶；在机房硐室和岩性破碎且压力较大则采用砌碹支护。
5 应用效果小结
通过总结经验教训，以及对陈坜煤矿围岩与支护方式的研究、分析，比较各种支护方式的优缺点和适用条件，能根据围岩变化合理选择支护方式，有效控制顶板事故的发生。基本解决各种支护技术的安全可靠性问题，形成支护手段保障和安全保障技术体系，为技术和管理手段提供了良好的安全保障。基本实现支护技术和巷道顶板管理技术的本质安全，使企业也取得良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 孙景权.巷道顶板事故预防及断面优化探讨[J].中国新技术新产品，2012，（8）.