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摘要：煤矿掘进巷道顶板事故是影响煤矿安全生产的主要因素之一，为了确保煤矿生产安全，必须采取一定的措施预防煤矿掘进巷道顶板事故的发生。文章对煤矿掘进巷道顶板事故的预防措施进行了探讨。
关键词：煤矿；掘进巷道；顶板事故；预防措施
中图分类号：TD322 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）07-
煤矿巷道顶板事故指的是矿工在采煤的时候，顶板突然冒落，最终导致采煤人员伤亡、采煤设备损坏、采煤工程停止。一般情况下，根据煤体的强度以及煤体层理发育程度，确定断面形状以及支护形式。在实际生产过程中，巷道可能出现断层，顶板容易松动或者破碎。因此，研究断面形状、支护形式对顶板事故的影响，可以改善巷道围岩的受力情况以及变形情况，有效预防煤矿顶板事故。
1 进行断面优化预防煤矿掘进巷道顶板事故的发生
1.1 采取措施，优化巷道的断面
煤矿巷道断面选用拱形顶板、直墙与弧形底角的形状，不仅施工快捷简便，还能够改善巷道围岩的受力状态，提高巷道围岩的承载能力。通过数字模拟软件以及图像处理技术，比较弧形底角的巷道断面和常规直角巷道断面，计算它们的受力情况和变形情况。经过检测发现，弧形底角断面与直角断面相比，剪应力减少了43%，最大主应力和最小主应力分别减少43%、69%，巷道顶板下沉量减少2%，底鼓量减少了42%。
1.2 优化结构，防止巷道冒顶
在煤矿的巷道中，经常采用支护形式是锚杆和锚索联合的组合拱。组合拱的作用主要是悬吊作用和加固拱作用。组合拱可以承担冒落岩层以及软弱岩层的重量，还可以增加岩体的硬度，防止巷道围岩的松动变形，加固拱的作用。
当巷道走向与岩层倾向之间的夹角很小的时候，可以向岩层中打入一根长1.8m的锚杆。如果巷道的顶板不破碎，打入锚杆的方向可以与巷道的拱形边缘垂直，在这种情况下，锚杆的悬吊作用比较小。如果巷道的顶板破碎，锚杆打入的方向应该随着岩层的倾向而变化。
当巷道走向与岩层倾向之间的夹角非常大的时候，无法将锚杆的另一侧打入到岩层，此时，联合拱起不到悬吊作用和加固拱的作用。如果另外一侧的岩层不稳定，那么就会加快岩层的破裂和分离，锚杆就会失去加固作用。
在设计锚杆支护形式的时候，不仅要考虑岩层的厚度，还要考虑岩层与巷道之间的夹角，根据实际巷道情况，选择不同长度的锚杆或者选择用锚索代替锚杆，从而达到加固的作用。
2 改善支护施工形式预防煤矿掘进巷道顶板事故的发生
巷道围岩在高应力的作用下，由于向巷道内挤入，所以很容易发生软化以及破碎的现象，而巷道的顶板受到挤压，很容易发生弯曲变形的现象。另外，巷道内经常会出现底鼓现象。因此，巷道的支护施工非常重要。
2.1 巷道支护的设计原则
在巷道的支护施工过程中，一定要遵守支护原则：支护设计以护为基础，采用带压和让压支护，采用高强度的锚杆和锚索支护，控制巷道围岩的受压情况和变压情况；以加强支护为重点，防止巷道岩层的破碎和脱落，防止锚杆和锚索的失效，防止巷道由于局部变形而遭到损坏。
2.2 掘进巷道的支护形式
2.2.1 预留煤柱支护。预留煤柱是传统的巷道支护形式。由于巷道的上区段为运输平巷，下区段为回风平巷，在上区段与下区段之间预留一定宽度的煤柱，使回风平巷避开支撑压力的峰值区。预留煤柱支护技术非常简便，而且还有利于通风和排水。但是预留煤柱支护也存在一定的缺点，预留煤柱支护的支护费非常高，煤柱的损失非常大，而且巷道的维护非常困难。煤柱的支撑压力传播到底部时，会对临近巷道的稳定以及临近煤层的开采造成一定的影响，还会成为冲击地压的安全隐患。
2.2.2 矿用支护型钢。矿用支护型钢主要有U形钢和工字钢，矿用支护型钢主要用于圆形、半圆拱形以及椭圆形的巷道断面。矿用支护型钢的韧性非常好，矿用支护型钢还具有非常高的抗拉、抗压以及抗剪强度。由于使用环境非常恶劣，使用条件相当复杂，因此，矿用支护型钢的性能要求非常高。
巷道的支架需要承受横向载荷以及纵向推力，所以巷道支架两个方向上都应该具有足够的承载负荷能力，矿用支护型钢断面的集合参数取决于抗弯截面模量，抗弯截面模量应该与巷道支架的承载负荷能力数值接近。另外，矿用支护型钢的集合形状与支架的可缩性能还存在着一定的关系，尤其是对U形钢影响。所以，矿用支护型钢的集合形状在锁紧和滑移的时候，应该满足矿用支护型钢接触面面积大、滑移平稳、受力状况良好的要求。
2.2.3 可缩性支架。金属支架的承载负荷能力包括实际承载能力以及极限承载能力。可缩性支架在收缩阶段表现出来的承载能力就是实际承载能力，实际承载能力取决于连接件和支架的工作状况。可缩性支架在刚性阶段表现出来的最大承载能力就是极限承载能力，极限承载能力的标准是不出现塑性变形。一般情况下，极限承载能力大于实际承载能力，而可缩性支架最理想的状态就是实际承载能力与极限承载能力接近。
2.2.4 锚杆支护。锚杆是锚固在巷道岩层内的杆状物，锚杆可以加强巷道围岩的稳定。围岩与锚杆共同形成了锚杆支护系统。煤矿巷道的地质环境不同，锚杆的功能也不同。目前，我国的锚杆支架主要三种：摩擦式锚杆，比如缝管式锚杆等；机械式锚杆，比如楔缝式锚杆等；粘结式锚杆，比如水泥砂浆锚杆以及树脂锚杆等。锚杆支护主要是为了加固巷道围岩，加强巷道围岩的稳定性。锚杆支护可以使巷道围岩从载荷体变成围岩承载体。根据相关研究，在地质条件相同的情况下，比较金属支护和锚杆支护的作用，发现巷道围岩的移近量减少了一半。在实际煤矿巷道支护过程中，当单体锚杆无法控制巷道围岩的时候，我们还可以采用组合锚杆的支护形式。组合锚杆有两种形式：一种是树脂锚杆支护形式，树脂锚杆的掩护网可以选择金属菱形网和金属经纬网等，在实践中效果较好的树脂锚杆有：W型钢带和M型钢带等；另外一种是桁架锚杆支护形式，桁架锚杆由锚杆、拉紧器以及垫块等组成。
3 结语
根据实际地质条件与岩层性质，选择合适的巷道断面形状以及巷道支护方式，优化断面设计、防止巷道冒顶，可以有效加固巷道围岩，保障巷道的质量，预防顶板事故，减少煤矿工人的操作危险。
参考文献
[1] 郑伟.浅谈新疆焦煤集团1890煤矿掘进巷道支护方式
[J].能源技术与管理，2012，（3）：78-79.
[2] 林大力.煤矿掘进巷道顶板事故预防及断面优化研究
[J].现代矿业，2011，（4）：90-92.
[3] 马华，刘飞.井巷中巷道的断面设计与支护[J].煤矿现代化，2011，（4）：67-68.
[4] 葛春贵.回采巷道支护设计决策系统的设计与实现[J].煤炭科技，2009，（3）：45-47.
[5] 张伟，要择强.复杂地质条件下巷道支护方式优化研究
[J].河北煤炭，2010，（1）：33-34.
作者简介：高如林（1976-），男，安徽来安人，安徽淮北矿业集团涡北煤矿安监处工程类助理工程师，研究方向：采矿工程。
（责任编辑：叶小坚）
关键词：煤矿；掘进巷道；顶板事故；预防措施
中图分类号：TD322 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）07-
煤矿巷道顶板事故指的是矿工在采煤的时候，顶板突然冒落，最终导致采煤人员伤亡、采煤设备损坏、采煤工程停止。一般情况下，根据煤体的强度以及煤体层理发育程度，确定断面形状以及支护形式。在实际生产过程中，巷道可能出现断层，顶板容易松动或者破碎。因此，研究断面形状、支护形式对顶板事故的影响，可以改善巷道围岩的受力情况以及变形情况，有效预防煤矿顶板事故。
1 进行断面优化预防煤矿掘进巷道顶板事故的发生
1.1 采取措施，优化巷道的断面
煤矿巷道断面选用拱形顶板、直墙与弧形底角的形状，不仅施工快捷简便，还能够改善巷道围岩的受力状态，提高巷道围岩的承载能力。通过数字模拟软件以及图像处理技术，比较弧形底角的巷道断面和常规直角巷道断面，计算它们的受力情况和变形情况。经过检测发现，弧形底角断面与直角断面相比，剪应力减少了43%，最大主应力和最小主应力分别减少43%、69%，巷道顶板下沉量减少2%，底鼓量减少了42%。
1.2 优化结构，防止巷道冒顶
在煤矿的巷道中，经常采用支护形式是锚杆和锚索联合的组合拱。组合拱的作用主要是悬吊作用和加固拱作用。组合拱可以承担冒落岩层以及软弱岩层的重量，还可以增加岩体的硬度，防止巷道围岩的松动变形，加固拱的作用。
当巷道走向与岩层倾向之间的夹角很小的时候，可以向岩层中打入一根长1.8m的锚杆。如果巷道的顶板不破碎，打入锚杆的方向可以与巷道的拱形边缘垂直，在这种情况下，锚杆的悬吊作用比较小。如果巷道的顶板破碎，锚杆打入的方向应该随着岩层的倾向而变化。
当巷道走向与岩层倾向之间的夹角非常大的时候，无法将锚杆的另一侧打入到岩层，此时，联合拱起不到悬吊作用和加固拱的作用。如果另外一侧的岩层不稳定，那么就会加快岩层的破裂和分离，锚杆就会失去加固作用。
在设计锚杆支护形式的时候，不仅要考虑岩层的厚度，还要考虑岩层与巷道之间的夹角，根据实际巷道情况，选择不同长度的锚杆或者选择用锚索代替锚杆，从而达到加固的作用。
2 改善支护施工形式预防煤矿掘进巷道顶板事故的发生
巷道围岩在高应力的作用下，由于向巷道内挤入，所以很容易发生软化以及破碎的现象，而巷道的顶板受到挤压，很容易发生弯曲变形的现象。另外，巷道内经常会出现底鼓现象。因此，巷道的支护施工非常重要。
2.1 巷道支护的设计原则
在巷道的支护施工过程中，一定要遵守支护原则：支护设计以护为基础，采用带压和让压支护，采用高强度的锚杆和锚索支护，控制巷道围岩的受压情况和变压情况；以加强支护为重点，防止巷道岩层的破碎和脱落，防止锚杆和锚索的失效，防止巷道由于局部变形而遭到损坏。
2.2 掘进巷道的支护形式
2.2.1 预留煤柱支护。预留煤柱是传统的巷道支护形式。由于巷道的上区段为运输平巷，下区段为回风平巷，在上区段与下区段之间预留一定宽度的煤柱，使回风平巷避开支撑压力的峰值区。预留煤柱支护技术非常简便，而且还有利于通风和排水。但是预留煤柱支护也存在一定的缺点，预留煤柱支护的支护费非常高，煤柱的损失非常大，而且巷道的维护非常困难。煤柱的支撑压力传播到底部时，会对临近巷道的稳定以及临近煤层的开采造成一定的影响，还会成为冲击地压的安全隐患。
2.2.2 矿用支护型钢。矿用支护型钢主要有U形钢和工字钢，矿用支护型钢主要用于圆形、半圆拱形以及椭圆形的巷道断面。矿用支护型钢的韧性非常好，矿用支护型钢还具有非常高的抗拉、抗压以及抗剪强度。由于使用环境非常恶劣，使用条件相当复杂，因此，矿用支护型钢的性能要求非常高。
巷道的支架需要承受横向载荷以及纵向推力，所以巷道支架两个方向上都应该具有足够的承载负荷能力，矿用支护型钢断面的集合参数取决于抗弯截面模量，抗弯截面模量应该与巷道支架的承载负荷能力数值接近。另外，矿用支护型钢的集合形状与支架的可缩性能还存在着一定的关系，尤其是对U形钢影响。所以，矿用支护型钢的集合形状在锁紧和滑移的时候，应该满足矿用支护型钢接触面面积大、滑移平稳、受力状况良好的要求。
2.2.3 可缩性支架。金属支架的承载负荷能力包括实际承载能力以及极限承载能力。可缩性支架在收缩阶段表现出来的承载能力就是实际承载能力，实际承载能力取决于连接件和支架的工作状况。可缩性支架在刚性阶段表现出来的最大承载能力就是极限承载能力，极限承载能力的标准是不出现塑性变形。一般情况下，极限承载能力大于实际承载能力，而可缩性支架最理想的状态就是实际承载能力与极限承载能力接近。
2.2.4 锚杆支护。锚杆是锚固在巷道岩层内的杆状物，锚杆可以加强巷道围岩的稳定。围岩与锚杆共同形成了锚杆支护系统。煤矿巷道的地质环境不同，锚杆的功能也不同。目前，我国的锚杆支架主要三种：摩擦式锚杆，比如缝管式锚杆等；机械式锚杆，比如楔缝式锚杆等；粘结式锚杆，比如水泥砂浆锚杆以及树脂锚杆等。锚杆支护主要是为了加固巷道围岩，加强巷道围岩的稳定性。锚杆支护可以使巷道围岩从载荷体变成围岩承载体。根据相关研究，在地质条件相同的情况下，比较金属支护和锚杆支护的作用，发现巷道围岩的移近量减少了一半。在实际煤矿巷道支护过程中，当单体锚杆无法控制巷道围岩的时候，我们还可以采用组合锚杆的支护形式。组合锚杆有两种形式：一种是树脂锚杆支护形式，树脂锚杆的掩护网可以选择金属菱形网和金属经纬网等，在实践中效果较好的树脂锚杆有：W型钢带和M型钢带等；另外一种是桁架锚杆支护形式，桁架锚杆由锚杆、拉紧器以及垫块等组成。
3 结语
根据实际地质条件与岩层性质，选择合适的巷道断面形状以及巷道支护方式，优化断面设计、防止巷道冒顶，可以有效加固巷道围岩，保障巷道的质量，预防顶板事故，减少煤矿工人的操作危险。
参考文献
[1] 郑伟.浅谈新疆焦煤集团1890煤矿掘进巷道支护方式
[J].能源技术与管理，2012，（3）：78-79.
[2] 林大力.煤矿掘进巷道顶板事故预防及断面优化研究
[J].现代矿业，2011，（4）：90-92.
[3] 马华，刘飞.井巷中巷道的断面设计与支护[J].煤矿现代化，2011，（4）：67-68.
[4] 葛春贵.回采巷道支护设计决策系统的设计与实现[J].煤炭科技，2009，（3）：45-47.
[5] 张伟，要择强.复杂地质条件下巷道支护方式优化研究
[J].河北煤炭，2010，（1）：33-34.
作者简介：高如林（1976-），男，安徽来安人，安徽淮北矿业集团涡北煤矿安监处工程类助理工程师，研究方向：采矿工程。
（责任编辑：叶小坚）