破碎顶板巷道超前支护的实践与认识.doc

行业资料：_破碎顶板巷道超前支护的实践与认识单位：_部门：_日期：_年_月_日第 1 页 共 12 页破碎顶板巷道超前支护的实践与认识1前言孙村煤矿开采深度达到-1100m水平，距地面的垂直距离为1300m。井田内断层比较发育，共有主要断层26条(落差10450m)，大中型断层19条，均为正断层，倾角4580，一般6570。断层走向有NW、NE、近SN，以NE向为主。断层发育以高角度正断层为主，岩性较差，部分煤层的顶底板为破碎的软岩，在四层底板及八层附近是破碎的泥岩；另外，随着深度增加，断层条数增多，落差增大，断裂构造越加复杂。由于受深部地应力、矿压的影响，在穿层掘进、断层、破碎带、复合顶板及煤柱周围，煤岩体破碎压力大，掘进施工期间由于煤岩体松动破碎，顶板易掉顶、片帮，难以再进行锚杆支护，漏顶处需进行穿顶，过后需复棚，施工难度大，安全不能保证，往往造成施工进度慢，给安全造成较大的威胁，也严重影响锚杆的推广应用。针对这一突出问题，孙村煤矿在破碎顶板巷道的施工时，采取了提前打管缝锚杆的超前支护技术，通过近年来的摸索和实践，取得了明显的效果。2超前支护的施工方法2.1半圆拱锚网喷巷道的超前支护遇构造、托顶煤及顶板破碎时，采用以下措施：首先将巷道的永久支护支到掘进工作面，每次爆破前，紧跟掘进工作面再采用风钻配22mm六棱中空钎子，在巷道掘进工作面施工方向沿巷道的轮廓以3045角向围岩内打入一排超前金属管缝锚杆(33mm1800mm)并压网，每排一般不少于5根，间距0305m，打超前管缝锚杆作辅助临时支护。当超前支护施工完毕后，根据超前支护的距离开始打眼。打眼时循环进尺07m，爆破前最大空顶03m，爆破后最大空顶10m，掘进工作面软岩部分采用密打眼(周边眼距缩至300mm)、预留保护层、少装药等方法，减轻对围岩的破坏。爆破后先进行敲帮问顶，严格执行敲帮问顶制度，人员站在支护完好的安全地点，用长度大于15m的长把工具，摘除危岩悬矸(包括掘进工作面)后再进行初喷。初喷厚度不小于30mm，一般在3050mm，初凝20min后开始前移前探梁，初喷期间严禁人员进入空顶区。人员站在支护完好的安全地点进行操作，一人持喷头，一人辅助照明并负责联络，观察顶帮安全和喷射质量，前探梁使用3英寸及以上钢管制作，长度不小于32m；吊环的强度要与前探梁的强度相匹配。上吊环的锚杆必须留有足够的丝扣，一般不小于40mm，以保证吊环的牢固。前探梁到掘进工作面的端面距不得大于03m。用方木、木篦与顶板按实，用木楔固定。做好临时支护后，在临时支护的掩护下进行永久支护的打眼、挂网、安装锚杆等工序。在压力增大，变形严重时，及时进行顶板锚索加固，锚索间排距25m25m，由巷道正中向两侧对称布置2排，锚索长度不小于6m，滞后掘进工作面根据压力大小控制在010m内进行。2.2平顶锚网带巷道的超前支护遇构造、托顶煤及顶板破碎时，采用的施工方法与半圆拱锚网喷巷道的超前支护基本相同，区别主要有：金属管缝锚杆施工的方向不同，平顶锚网带巷道的超前支护紧跟掘进工作面，在巷道顶板方向以3045向围岩打入一排超前金属管缝锚杆(33mm1800mm)并压网，施工的管缝锚杆数量也相应改变。爆破后，往前移前探梁，没有初喷这道工序。托顶煤施工时，锚索加固更及时，一般滞后掘进工作面不大于3m，锚索布置在巷道顶板中间位置，呈双排布置，排距20m，锚索间距30m。3超前支护的效果及简要分析孙村矿近几年来在巷道过断层破碎带、软岩、托顶煤等施工中，采用提前打金属管缝锚杆超前支护，结合缩小循环进尺和空顶，坚持小循环，以保持围岩强度，对破碎松软围岩起到了较好的超前支护作用，有效地控制了顶板，杜绝漏顶事故的发生，也促进了锚杆支护的大面积推广，巷道锚杆的支护率达到100%。实践证明，超前施工金属管缝锚杆是一种有效的前探支护，施工工艺简单，操作方便，掘进速度快，它能够及时有效地加固破碎松软围岩，与永久支护连成一体，效果非常明显。另外，超前支护能起到超前卸压的作用，对防止冲击地压的发生也具有一定的作用。分析管缝锚杆超前支护所起的作用，主要是巷道开挖后，破坏了围岩原始应力的平衡，引起围岩应力的重新分布。在破碎松软围岩中，围岩受开挖影响而破裂、碎胀，破裂、碎胀的围岩作用在支撑体上，碎胀的围岩黏合性差，本身强度很小，而支承压力来压迅速，当支承压力没有及时支护或支护强度不够时，将导致巷道的冒顶、片帮，这也是初期锚杆支护难以推广的主要原因。而提前施工管缝锚杆进行超前支护后，由于锚杆有一定的张拉作用，提高巷道围岩承载能力，对围岩起到一定的加固作用；另外，由于破碎围岩的空顶比较小，超前支护的管缝锚杆一端被永久支护的锚杆和网悬吊，一端打在掘进工作面的岩体中受岩体的支撑作用，所以给破碎围岩很好的支撑作用，保持了破碎围岩的稳定，有效地控制了破碎围岩的冒落。4结论通过采用超前支护，有效地控制了破碎松软围岩，结合爆破后的初喷，有效地控制了顶板，杜绝漏顶事故的发生，也促进了锚杆支护的大面积推广。5超前支护存在的问题超前支护采用超前注浆时，由于深部压力大，注浆较困难，另外，注浆的工序比较复杂，给施工带来一定的困难，所以推广较慢。超前支护的锚杆比较单一，目前使用的仅是管缝锚杆，以后产品的种类需进一步开发。目前对超前支护的认识不够深刻，机理尚需进一步研究，特别是超前支护和冲击地压防治的关系。支护的工艺需进一步改进，使前探支护和永久支护有机地结合起来，起到有效的加固作用。在破碎围岩的施工中，提前打前探锚杆进行超前支护，结合爆破后的初喷可以代替前探梁作为临时支护。第 5 页 共 12 页破碎顶板的管理及防治破碎顶板系指岩层强度低、节理裂隙发育、整体性差、自稳能力低，在工作面控制区范围内维护困难的顶板。破碎顶板极易发生漏垮型局部冒顶事故，给安全生产带来许多不利因素。局部冒顶范围虽然较小，有时不过在1-2或3-5架支架范围内，但它所占的冒顶死亡事故的比例却很大，在人们的习惯认识上称局部冒顶事故为“零打碎敲”事故，正因为这样，往往容易被忽视。防止这类事故发生的难度要比防止大型冒顶事故的发生难得多，因此研究破碎顶板的冒顶机理和规律，寻找解决破碎顶板的支护和控制措施显得十分重要，下面浅谈一下因地质因素而造成的破碎顶板冒顶事故的管理与防治。1.0破碎顶板冒顶的机理及规律破碎顶板多发生在断层带、褶曲、节理裂隙穿旧巷隙的地段，由于以上地质构造的存在造成该处的顶板下沉和节理裂隙的发育较严重，岩块十分破碎，主要表现在顶煤或顶板强度较低，在矿山压力的作用下极易断裂折断，有时顶板表现为较碎的几米直径的块状，甚至粉末状。1.1由于地质变动过程中岩层受拉或挤压、受剪切力的作用将岩层切断形成断层，破坏了顶板的完整性，使断裂面附近顶板裂隙发育、破碎，断层面间多充以粉状或泥状物，断层面比较光滑，使上、下盘间的岩石无粘结力，尤其是断层面成为导水裂隙时，更是彼此分离而且构造应力和残余应力改变了原岩的应力场分布和应力的大小，因此，断层附近容易发生局部冒顶，而且改变了初次放顶、初次来压、周期来压步距，使顶板管理失去了规律性。1.2由于地壳运动使地层岩石不再能承受住水平压力而出现褶曲，使褶曲内的构造应力和残余应力影响到原岩层应力场的分布和应力的大小，容易在背斜和向斜区域聚集大量的弹性能。特别是小褶曲在受采动影响时，使顶板局部破碎，垮落的破碎岩石易推倒支架，引起局部冒顶。1.3由于煤层受挤压作用的影响，使挤压的煤、岩层变薄，而且顶板挤压后会形成许多节理、裂隙滑动面，使顶板大多变的非常破碎，工作面在经过破碎面时，容易造成局部冒顶。由于原生或构造的影响，使煤、岩层存在大量的节理、裂隙，这些节理、裂隙使顶板形成了单独、孤立的“人字形”、“草帽花”、“锅底石”等形状的岩块，由于其单独和孤立性，容易脱落造成局部冒顶，甚至有时把支架推倒，造成大冒顶。原生或构造裂隙因与工作面的位置关系不同而会造成不同的冒顶事故，主要是节理裂隙面与工作面线的关系不同而造成伞檐、探头煤、顶板下沉、水平移动、台阶错动，特别是在顶板具有含水层或老塘积水条件下，倾向煤层的斜裂隙使回采空间淋水增加，降低了直接顶的岩石强度，从而造成工作面片帮、局部冒顶，甚至造成大面积推倒棚的冒顶事故。2.0对破碎顶板管理所采取的措施破碎顶板的主要特点就是其破碎性。破碎顶板允许暴露的时间较短，暴露面积小，如得不到及时支护易发生漏顶事故，如得不到及时有效地控制，漏顶范围越来越大，造成较大的冒顶事故，为了防止破碎顶板发生漏跨型灾害，必须在局部发生以前就要妥善地控制住顶板，使其不形成薄弱环节或者在发生局部漏顶以后及时加以封堵，加强支护、限制局部漏顶的面积进一步扩大。为此，根据破碎顶板的冒顶机理规律，防止局部冒顶事故的发生，必须采取有针对性的措施。2.1加强生产地质工作，在工作面回采前必须提供详细的地质说明书，包括工作面地质构造变化、断层产状、褶曲和破碎带、节理裂隙、水的情况。2.2采区技术员和主管工程师在回采过程中，必须及时掌握工作面的断层的性质、小褶曲的构造、顶板岩性、破碎带等实际情况，预测可能冒顶的范围、性质，并制定切实可行的、有针对性的措施。2.3加强职工培训教育，使职工充分认识到局部冒顶的危害及加强工程质量的重要性。要求将工作做得很细，对采、支、回等主要工种人员要反复进行局部冒顶机理的教育，要总结防止局部冒顶的经验，把局部冒顶事故的发生控制在最小的范围。2.4加强循环进度和作业工序管理。单体支柱工作面，由于支护阻力较小，顶底板移近量大，在我矿工作面日进2米和2天进1米的顶板破碎状况就有明显差别，只要达到日进2米，就很大程度的改善了顶板状况，保证了顶板的完整性。在作业工序上，保证落煤和放顶不同时进行，杜绝因放顶与落煤同时进行而造成局部冒顶。2.5节理裂隙发育的镶嵌形顶板，大多发生煤壁侧，时间大多在放炮后，在永久支架尚未建立的空顶阶段内，因此，我矿采用超前挂梁、提前打探板等方法，缩短梁端至煤壁的距离来控制局部冒顶。2.6及时超前支护、插背严实处理局部空顶（空洞）来防止冒顶及抽冒，当直接顶因顶板破碎、疏松而冒顶形成空洞时，要及时在空顶区域架设木垛、插背严实。2.7加强对落差较小的小断层带处的支护。我矿现场作业时将断层与工作面斜交，尽量缩小断层与工作面的接触面，采取局部依次过断层的方法；并在局部过断层处采取延长控顶距、密集插背，质量达到“稳”、“紧”、“均”、“齐”的办法；待放顶步距增大后，再一次回收断层处的支柱；放炮落煤采取打浅眼、少装药、放小炮的控顶办法来减少震动破坏。由于采取了加密支架、缩小控顶距、断层附近打木垛、斜撑支断层面、放小炮等措施，从而达到了断层带处有效控制局部冒顶的效果。2.8破碎顶板岩层大多已经丧失了自身的支持能力，此时顶板岩层只有靠支架支持才能维持稳定，作用在支架上的力量是既定的破碎岩块的“定载荷”重量。综采、综放工作面必须做到破碎顶板杜绝漏顶现象的发生。一旦发生漏顶现象造成支架顶梁上方发生了空洞，使支架无法对其上方顶板进行有效支护而使其处于无支护状态时，在矿山压力的作用下就会继续发生断裂折断以至漏顶。为防止局部漏顶，首先要考虑到支架的选型，防止支架前梁及伸缩前梁段相邻支架间的架缝过大，我矿原来选用的ZFSB44001628型支架，前梁与伸缩前梁段相邻支架间的架缝有时达到了0.2米以上，破碎顶板的碎煤、碎矸极易从架缝中漏下而造成支架上方空顶，以致经常发生冒、漏顶事故。后来的ZFSB38001628型支架有所改进，大大减少了漏顶事故的发生，在支架本身存在缺陷的时候，为减少破碎顶板漏煤、漏矸现象的发生，我矿采用了在有顶板破碎预兆之前铺菱形网的办法加强预防从而达到了预期效果；在顶板发生根本好转的情况下停止铺网，从而又减少吨煤成本。姚桥矿采煤三队使用的YFJ22001624型放顶煤液压支架，架缝更小，几乎没有发生过漏煤、漏矸现象而发生冒、漏顶事故。2.9破碎顶板的漏顶现象不仅发生在支架架缝，更多的发生在支架前方，即梁端位置，由于支架本身无法支护到梁端位置，梁端位置处于空顶状态。对于综采、综放工作面来说，最好尽量减少梁端距，如有可能梁端距为零最好。在片帮严重的工作面，支架本身无论如何也不能支撑到煤壁而留下无支护空间，在这种情况下，要采用临时支护的办法来控制顶板。我们采取的措施是利用直径大于300mm、厚度大于150mm、长度2.43m的半圆木进行一梁三柱紧贴煤帮进行临时支护，当采煤机割到该位置时进行更改单体，这种办法在收面期间较为实用，在平时的正常回采过程中相对影响时间较长，针对后一种情况，我们可采用直径28mm或直径32mm的螺纹钢在支架前梁下0.1m处向煤体里打设走向超前。根据顶板的破碎度确定螺纹钢的间距，螺纹钢的间距一般控制在300500mm之间，螺纹钢的打设一定要跟工作面的仰俯角基本保持一致，防止螺纹钢窜入支架下方影响生产。打设螺纹钢对顶板能起到支撑作用，为防止在过支架过程中老塘侧螺纹钢被顶板压下，可在支架上设半圆木或大板给螺纹钢一个支撑点，打设螺纹钢的方向尽可能垂直断层面。2.10在过破碎顶板时，支架工要坚持采用带压擦顶移架，尽量减少顶板下沉量，为增加支架带压移架速度，可根据工作面支架高度选用配套的单体过支架，将单体底部打在相邻支架的底座窝内，上方打在要移支架的前梁上方进行协助移架，同时煤机司机在过断层时要避免进刀位置选在断层附近，同时割煤时尽可能满足从断层的上盘向下盘推进显著顶板和断层面的摩擦力支撑。因此加强工作面的现场管理、规范职工的操作行为十分重要。通过对破碎顶板的冒顶特点及机理规律进行分析，我们采取了以上的一系列措施，使我矿顶板的局部冒顶事故得到了控制。因此，为了有效控制局部冒顶，必须制定控制局部冒顶的针对性措施，加强对破碎顶板的管理与观测，并对局部冒顶事故进行统计，总结规律，以便采取对策，做到防患于未然，减少甚至杜绝破碎顶板漏冒顶现象的发生。第 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