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1、巷道围岩控制与监测v原岩应力及巷道周围应力分布v开采对巷道围岩应力的影响v巷道顶板事故的影响因素（棚式及锚杆支护的事故分析）v棚式及锚杆支护质量监测第二章 巷道顶板事故影响因素第一节第一节 概概 述述一、问题的提出v我国国有煤矿我国国有煤矿巷道顶板事故死亡人数过去一直占全部事故死亡人数过去一直占全部顶板事故死亡人数的顶板事故死亡人数的20左右。左右。 二、顶板岩层压力与棚式支架相互作用关系v20世纪世纪7080年代我国煤层巷道以金属棚式支架作年代我国煤层巷道以金属棚式支架作为主要支护手段，为主要支护手段，v20世纪世纪80年代以后我国年代以后我国煤巷树脂锚杆支护技术迅速发支护技术迅速发展，在支
2、护理论、支护技术、支护参数设计及施工工展，在支护理论、支护技术、支护参数设计及施工工艺等方面已形成系统。艺等方面已形成系统。v90年代中后期，已形成一整套先进的锚杆直护技术。年代中后期，已形成一整套先进的锚杆直护技术。（一）巷道围岩压力v这种围岩这种围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力，统称为或塌落岩石的重力，统称为围岩压力。四种类型：。四种类型：1、松动围岩压力：以重力的形式：以重力的形式2、变形围岩压力：挤压支架：挤压支架3、膨胀围岩压力：体积增大而施：体积增大而施 加支护上的力。加支护上的力。4、冲击和撞击围岩压力：弹性变形能的突然释放、：
3、弹性变形能的突然释放、覆岩剧烈运动。覆岩剧烈运动。变形机制不同变形机制不同（二）棚式支护的巷道顶板事故的主要类型v从顶板压力与棚式支架的相互作用关系角度，巷道从顶板压力与棚式支架的相互作用关系角度，巷道顶板事故归纳为顶板事故归纳为“压”、“漏”、“推”三个基本三个基本类型。类型。v压垮型冒顶事故是指事故是指垂直于棚式支架的顶板压力于棚式支架的顶板压力压坏巷道支巷道支架而导致的顶板事故；架而导致的顶板事故；v漏冒型冒顶事故是指巷道事故是指巷道无支护部分或支护支护部分或支护失效部分部分(非压坏非压坏)的松散顶板因体积力作用冒落所导致的顶板事故；的松散顶板因体积力作用冒落所导致的顶板事故；v推垮型冒
4、顶事故则是指事故则是指平行于棚式支架的顶板力于棚式支架的顶板力推倒巷道支巷道支架而导致的顶板事故。架而导致的顶板事故。v当然，由于事物的复杂性，有些顶板事故包括上述的两种或当然，由于事物的复杂性，有些顶板事故包括上述的两种或三种的三种的综合类型。类型。 三、锚杆巷道破坏形式（一）锚杆作用机理v通过锚入围岩内部的杆体，改变围岩本身的通过锚入围岩内部的杆体，改变围岩本身的力学状态。v锚杆在巷道周边围岩内部对围岩加固，形成锚杆在巷道周边围岩内部对围岩加固，形成围岩承载体，有利，有利于围岩的稳定。于围岩的稳定。v国内外现场对比试验表明，在同一条件下锚杆支护与国内外现场对比试验表明，在同一条件下锚杆支护
5、与刚性金属金属支架支护比较，巷道围岩支架支护比较，巷道围岩移近量减少一半左右。减少一半左右。锚杆的锚固力：1、托锚力：锚杆托板对围岩的预紧力，径向支护力；：锚杆托板对围岩的预紧力，径向支护力；2、粘锚力：粘结剂对围岩施加粘结力，锚杆杆体的轴力；：粘结剂对围岩施加粘结力，锚杆杆体的轴力；3、切向锚固力：限制围岩沿弱面滑动或张开。：限制围岩沿弱面滑动或张开。 (二)锚杆支护巷道的破坏形式巷道周围锚固巷道周围锚固体的破坏主要体的破坏主要是是脆性破坏。其破坏形式为其破坏形式为锚固体自由面锚固体自由面的的张裂破坏和和锚固体内部的锚固体内部的剪胀破坏。 （三）锚杆支护巷道顶板事故的主要类型v托锚力失效导致
6、的失效导致的漏冒型冒顶事故型冒顶事故v粘锚力失效导致的失效导致的松脱型冒顶事故型冒顶事故v切向锚固力失效导致的失效导致的挤压型冒顶事故型冒顶事故v综合类型冒顶事故综合类型冒顶事故第二节第二节 顶板岩层力学性质及冒落特征顶板岩层力学性质及冒落特征v顶板顶板岩层结构是发生巷道顶板事故的主要影响因素。是发生巷道顶板事故的主要影响因素。v顶板岩层结构及冒落特征分为以下五种顶板岩层结构及冒落特征分为以下五种基本形式：一、一、镶嵌型围岩坠矸：人字形、层间亲合力较弱人字形、层间亲合力较弱二、二、离层围岩片帮冒顶：复合顶板岩层复合顶板岩层三、三、松散破碎围岩塌漏抽冒：胶结性及稳定性差胶结性及稳定性差四、四、块
7、状围岩断裂冒顶：块状围岩呈砌体结构块状围岩呈砌体结构五、五、软岩膨胀变形毁巷：拱顶破坏、两帮内挤及普遍拱顶破坏、两帮内挤及普遍底鼓的全面膨胀状态。底鼓的全面膨胀状态。第三节第三节 巷道顶板事故影响因素巷道顶板事故影响因素一、自然因素v1、围岩性质及结构特征、围岩性质及结构特征v2、巷道埋深和煤层倾角、巷道埋深和煤层倾角v3、地质构造和地应力分布、地质构造和地应力分布v4、水的影响、水的影响二、开采技术因素v1、工作面回采技术影响因素、工作面回采技术影响因素v2、巷道掘进技术影响因素、巷道掘进技术影响因素三、巷道顶板事故统计分析第三章 棚式支架巷道顶板事故分析第一节第一节 棚式支架巷道顶板事故基
8、本形式棚式支架巷道顶板事故基本形式1、压垮型冒顶v压垮型冒顶事故是指压垮型冒顶事故是指垂直于巷道顶板岩层层面的顶板于巷道顶板岩层层面的顶板作用力作用力压断或或压坏支撑力不够、刚度不足的巷道支架支撑力不够、刚度不足的巷道支架而导致的顶板事故。而导致的顶板事故。v压垮型冒顶有以下表现冒顶有以下表现形式： 巷遭开口、交岔点、贯通老巷处硬板岩石压垮型冒顶；巷遭开口、交岔点、贯通老巷处硬板岩石压垮型冒顶； 复合顶板、滑移面岩层压垮型冒顶；复合顶板、滑移面岩层压垮型冒顶； 工作面切眼、端头、绕道掘进头压垮型冒顶。工作面切眼、端头、绕道掘进头压垮型冒顶。2、推垮型冒顶v推垮型冒顶事故是指型冒顶事故是指平行于
9、巷遭顶板岩层层面的顶于巷遭顶板岩层层面的顶板力板力推倒稳定性差的巷道支架而导致的顶板事故。稳定性差的巷道支架而导致的顶板事故。v推垮型冒顶有以下表现型冒顶有以下表现形式：v 倾斜、急倾斜巷道推垮型冒顶；倾斜、急倾斜巷道推垮型冒顶；v 中、下分层巷道推垮型冒顶。中、下分层巷道推垮型冒顶。3、漏冒型冒顶v漏冒型冒顶事故是指巷道型冒顶事故是指巷道无支护部分或支护支护部分或支护失效部部分分(非压坏非压坏)的镶嵌岩块或松散顶板因岩层体积力作的镶嵌岩块或松散顶板因岩层体积力作用冒落所导致的顶板事故。用冒落所导致的顶板事故。v漏冒型冒顶有以下表现型冒顶有以下表现形式：v 掘进迎头大面积空顶漏冒型冒顶；掘进迎
10、头大面积空顶漏冒型冒顶；v 翻修支架漏冒型冒顶；翻修支架漏冒型冒顶；v 支架间漏冒型冒顶。支架间漏冒型冒顶。 4、复合型冒顶v复合型冒顶主要是地质条件变化引起上述两种或三型冒顶主要是地质条件变化引起上述两种或三种冒顶类型的组合。种冒顶类型的组合。v造成巷道顶板事故的造成巷道顶板事故的地质因素有：有：v 巷道通过断层、褶曲等构造变动剧烈的地巷道通过断层、褶曲等构造变动剧烈的地带；带；v 巷道穿过岩性突变地带；巷道穿过岩性突变地带；v 采深大或地下水侵入。采深大或地下水侵入。第二节第二节 压垮型冒顶事故的机理及预防措施压垮型冒顶事故的机理及预防措施一、巷道开口、交岔点、贯通老巷处顶板岩石压垮型冒顶
11、 第二节第二节 压垮型冒顶事故的机理及预防措施压垮型冒顶事故的机理及预防措施3、预防巷道开口、交岔点、贯通老巷处顶板岩石压垮型措施 （1）预防巷道开岔处冒顶的措施如下：）预防巷道开岔处冒顶的措施如下：v 开岔口应开岔口应避开原来巷道冒顶的范围。原来巷道冒顶的范围。v 必须在开口抬棚必须在开口抬棚支设稳定设稳定后再再拆除原巷道棚腿，不得过早除原巷道棚腿，不得过早拆除，切忌先拆棚腿后支抬棚。拆除，切忌先拆棚腿后支抬棚。v 注意选用抬棚材料的注意选用抬棚材料的质量与规格，保证抬棚有足够的强度。，保证抬棚有足够的强度。巷道交岔点的支架棚梁和棚梁联锁成一体。巷道交岔点的支架棚梁和棚梁联锁成一体。v 开帮
12、与被开帮的巷道之间要保持一定的开帮与被开帮的巷道之间要保持一定的夹角。根据阳泉、。根据阳泉、平顶山等局矿经验，一般开岔贯通的两条巷遭之间的交角在平顶山等局矿经验，一般开岔贯通的两条巷遭之间的交角在4590之间为好。之间为好。 （2）加强掘进巷道贯通的安全技术措施：）加强掘进巷道贯通的安全技术措施：v 掘进掘进巷道贯通时必须制定专项安全措施。时必须制定专项安全措施。v 与采空区或旧巷贯通，必须事先绘制测量图，搞清采空区与采空区或旧巷贯通，必须事先绘制测量图，搞清采空区或旧巷内的或旧巷内的水、火、瓦斯情况，并根据煤矿安全规程情况，并根据煤矿安全规程)的的有关规定，制订专项安全措施，严格贯彻执行。有
13、关规定，制订专项安全措施，严格贯彻执行。v 对头掘进贯通的巷道，必须准确测量贯通距离，绘制测量贯通的巷道，必须准确测量贯通距离，绘制测量图，并由测量人员及时填绘施工进度。当两个掘进进工作面图，并由测量人员及时填绘施工进度。当两个掘进进工作面相距相距20m时，必须时，必须停止一个头，实行单头作业，并且必须保，实行单头作业，并且必须保持被停掘进头的正常通风。持被停掘进头的正常通风。v 贯通前贯通前510m起，根据顶板完整情况和压力大小，架棚起，根据顶板完整情况和压力大小，架棚掘进巷道应掘进巷道应缩小循环进尺和棚距，严格按质量标准搞好支护。循环进尺和棚距，严格按质量标准搞好支护。v 加固抬棚长度加固
14、抬棚长度不小于设计永久抬棚长度，并且应大于巷道设计永久抬棚长度，并且应大于巷道贯通断面，戗柱、点柱采用材质坚硬的圆木制作，直径不应贯通断面，戗柱、点柱采用材质坚硬的圆木制作，直径不应小于小于18cm。 二、复合顶板、滑移面岩层压垮型冒顶（一）冒顶的特点及原因v复合顶板就是离层型顶板。就是离层型顶板。v巷道掘出后，顶板下部岩层岩石强度巷道掘出后，顶板下部岩层岩石强度低、分层、分层薄，其挠度比上部岩层大，而上、下部岩层间其挠度比上部岩层大，而上、下部岩层间粘结力很很小，因此下部岩层与上部岩层形成小，因此下部岩层与上部岩层形成离层。v典型的复合顶板有如下三个典型的复合顶板有如下三个特征： 煤层顶板由
15、下煤层顶板由下“软软”上上“硬硬”不同岩性的岩层组成；不同岩性的岩层组成； “软软”、“硬硬”岩层间夹有煤线或薄层软弱岩层；岩层间夹有煤线或薄层软弱岩层； 下部下部“软软”岩层的厚度通常情况下不小于岩层的厚度通常情况下不小于0.5m，而且不大于而且不大于3.0 m。（三）预防复合顶板、滑移面岩层压垮型冒顶技术措施v 巷道施工前必须摸清巷道施工前必须摸清地质构造及顶板结构。v 在滑动构造发育地带，要在滑动构造发育地带，要加强硬板管理，开拓中严禁沿滑脱硬板管理，开拓中严禁沿滑脱面掘进，防止冒顶事故的发生。面掘进，防止冒顶事故的发生。v 保证支架有保证支架有足够的支护阻力和支护强度，拱形支架的卡缆是
16、的支护阻力和支护强度，拱形支架的卡缆是决定支架阻力大小的主要因素之一，开滦矿务局规定拱形支架决定支架阻力大小的主要因素之一，开滦矿务局规定拱形支架的卡缆的卡缆扭紧力矩不得小于不得小于240kNm。v 施工巷道迎头施工巷道迎头10 m使用使用防倒器，安装架间拉杆以增加支架，安装架间拉杆以增加支架的稳定性和整体性。工作面出现的稳定性和整体性。工作面出现“伞槽伞槽”应先处理掉。应先处理掉。v 合理选择巷道合理选择巷道位置且掘进且掘进时间，根据离层型围岩特征，采用，根据离层型围岩特征，采用适应的金属拱形适应的金属拱形可缩性支架，支架顶和帮必须插严背实。支架，支架顶和帮必须插严背实。v 严格控制能引起顶
17、板严格控制能引起顶板震动及及活动加剧的工序，在复合顶扳下的工序，在复合顶扳下掘进时，爆破断面应略小于设计断面轮廓线。缩小空顶距离，掘进时，爆破断面应略小于设计断面轮廓线。缩小空顶距离，以便爆破后及时扶棚。以便爆破后及时扶棚。（二）预防切眼、绕道掘进头压垮型冒顶技术措施（二）预防切眼、绕道掘进头压垮型冒顶技术措施v 地质条件不好的情况下，大跨度巷道不采用一次掘够全宽的地质条件不好的情况下，大跨度巷道不采用一次掘够全宽的施工方法，采用施工方法，采用小断面掘进后，再掘进后，再扩帮的施工方法。的施工方法。v 要搞好支架的要搞好支架的壁后充填。支架上顶和两帮必须插严背实，空。支架上顶和两帮必须插严背实，
18、空顶处必须充填严实或用木垛接顶。严禁使用金属液压支柱和木顶处必须充填严实或用木垛接顶。严禁使用金属液压支柱和木支护混合支护。支护混合支护。v 指定专人负责指定专人负责检查和处理顶板。根据顶板稳定情况及时采取顶板。根据顶板稳定情况及时采取适当的临时支护。适当的临时支护。v 采用打密眼、打浅眼，少装药的爆破方法，要严格采用打密眼、打浅眼，少装药的爆破方法，要严格控制能引能引起顶板震动及引起顶板活动加剧的工序。起顶板震动及引起顶板活动加剧的工序。三、工作面切眼、绕道掘进头压垮型冒顶第三节第三节 推垮型冒顶事故的机理及预防措施推垮型冒顶事故的机理及预防措施一、倾斜、急倾斜煤(岩)层巷道推垮型冒顶1、冒
19、顶的特点及原因v推垮型冒顶大部分都发生在推垮型冒顶大部分都发生在斜巷。由于顶板岩层沿层面方向的约束条由于顶板岩层沿层面方向的约束条件受到破坏，巷道上部顶板岩层在件受到破坏，巷道上部顶板岩层在自重作用下产生自重作用下产生沿层面方向下滑的方向下滑的力力T。当沿层面方向运动的顶板岩层范围较大，侧向力超出当沿层面方向运动的顶板岩层范围较大，侧向力超出某一限度后，支架因不能承受某一限度后，支架因不能承受侧向力作用而被推倒或作用而被推倒或推垮。推垮。3、预防倾斜、急倾斜煤(岩)层巷道推垮型冒顶措施v 保证支架有保证支架有足够的支护阻力，尤其是支架架设后的支护阻力，尤其是支架架设后的初始工作阻力。考虑到巷道
20、冒顶时垮落的岩石常的初始工作阻力。考虑到巷道冒顶时垮落的岩石常常以常以动载荷作用于支架上，取一定的作用于支架上，取一定的安全系数。v 安装架间安装架间拉杆以增加支架的稳定性和整体性。以增加支架的稳定性和整体性。v 搞好支架的搞好支架的壁后充填。支架上顶和两帮必须插严。支架上顶和两帮必须插严背实，空顶处必须充填严实或用木垛接顶，不能给背实，空顶处必须充填严实或用木垛接顶，不能给予岩块自由活动的空间。予岩块自由活动的空间。v 严格控制能引起顶板严格控制能引起顶板震动及引起顶板及引起顶板活动加剧的加剧的工序。工序。二、厚煤层中、下分层巷道推垮型冒顶v掘进厚煤层中下分层平巷时，往往由于以下几方面掘进厚
21、煤层中下分层平巷时，往往由于以下几方面原因引起上分层金属网的坠落、推垮支架：引起上分层金属网的坠落、推垮支架：v（1）由于上分层开采后，顶板冒落碎矸之间粘结力）由于上分层开采后，顶板冒落碎矸之间粘结力很弱。掘进迎头空顶后若不及时支护，金属网上部很弱。掘进迎头空顶后若不及时支护，金属网上部的碎矸会很快下沉引起的碎矸会很快下沉引起网坠。v（2）迎头附近的支架由于没有背实刹紧，或者支架）迎头附近的支架由于没有背实刹紧，或者支架下部有浮矸，浮煤时，支架不吃力。金属网兜内的下部有浮矸，浮煤时，支架不吃力。金属网兜内的矸石重量和顶板的压力，使金属网承受很大的张力，矸石重量和顶板的压力，使金属网承受很大的张
22、力，当达到极限时，当达到极限时，网兜会突然崩裂，兜内的矸石冲出。，兜内的矸石冲出。使周围支柱卸压倾倒，形成推垮型冒顶。使周围支柱卸压倾倒，形成推垮型冒顶。v（3）支架间背顶不严引起）支架间背顶不严引起空顶，或者局部出现，或者局部出现网破现象时，会出现支架空挡间小网坠或局部漏冒现象。现象时，会出现支架空挡间小网坠或局部漏冒现象。这种现象如果得不到及时控制，小网坠与漏冒将逐这种现象如果得不到及时控制，小网坠与漏冒将逐渐扩大，形成推垮型冒顶。渐扩大，形成推垮型冒顶。v这类事故多发生在巷道在上分层冒落这类事故多发生在巷道在上分层冒落碎矸胶结性较差地段。地段。第四节第四节 漏冒型冒顶事故的机理及预防措施
23、漏冒型冒顶事故的机理及预防措施一、掘进迎头空顶作业漏冒型冒顶 1、掘进头冒顶的特点及原因（1）严禁空顶作业；）严禁空顶作业；（2）严格执行敲帮问顶制度；）严格执行敲帮问顶制度；（3）加强临时支护。）加强临时支护。个别岩块掉落或薄岩层脱落而造成、个别岩块掉落或薄岩层脱落而造成、空顶作业、空顶作业、掘进头冒顶事故一般无预兆。掘进头冒顶事故一般无预兆。特点措施二、翻修支架漏冒型冒顶v巷道翻修时由于围岩内巷道翻修时由于围岩内应力二次分布，顶板分布，顶板破坏范围扩大，巷道翻修作业地点极易出现扩大，巷道翻修作业地点极易出现 漏冒型冒顶。漏冒型冒顶。v据徐州矿务局统计，修护巷道改、替棚时顶据徐州矿务局统计，
24、修护巷道改、替棚时顶板因再次扰动而冒落，巷修顶板事故中有板因再次扰动而冒落，巷修顶板事故中有60是发生在是发生在修护改棚工序上。工序上。第五节第五节 综合类型冒顶事故的机理及预防措施综合类型冒顶事故的机理及预防措施v综合类型冒顶主要是地质条件变化引起上述两种或三类型冒顶主要是地质条件变化引起上述两种或三种类型的复合型冒顶事故。种类型的复合型冒顶事故。v造成巷道顶板事故的地质因素有：巷道通过造成巷道顶板事故的地质因素有：巷道通过断层、褶曲等构造变动剧烈的地带。等构造变动剧烈的地带。v水平构造应力比其他水平应力要高得多，是影响巷道比其他水平应力要高得多，是影响巷道顶板顶板冒落，底板，底板鼓起，以及
25、两帮，以及两帮内挤的主要因素。的主要因素。v漏冒型冒顶型冒顶也可能同时引起可能同时引起推垮型冒顶，型冒顶，压垮型冒顶型冒顶也可能发展成可能发展成推垮型冒顶。型冒顶。一、巷道通过断层时冒顶事故1、冒顶的特点及原因v断层的存在可断层的存在可改变顶板冒落的顶板冒落的一般规律，使顶板沿断规律，使顶板沿断层层切下。v无论是正断层还是逆断层，在断层无论是正断层还是逆断层，在断层下盘靠近靠近断层面附附近最易冒顶。近最易冒顶。v断裂带常以一主断层为常以一主断层为核心，在其两侧发育不同级别、，在其两侧发育不同级别、方向的方向的次级结构面。结构面。v断层破碎带断层破碎带压力主要影响主要影响下盘岩层，且倾角越，且倾
26、角越小影响影响范围越范围越大；v且且小倾角断层破碎带压力变化倾角断层破碎带压力变化缓、范围、范围大，大倾角断倾角断层则压力变化层则压力变化急，范围，范围小。3、巷道通过断层时冒顶事故预防措施v（1）提前）提前预测断层位置及其影响范围。断层位置及其影响范围。v（2）合理布置巷道：应采用圆形或拱形断面、巷道布置巷道：应采用圆形或拱形断面、巷道应布置在应布置在上盘岩层或或避开压力影响区、采取直交的压力影响区、采取直交的方式，缩小影响范围。方式，缩小影响范围。v（3）及时合理调整支护合理调整支护参数。v（4）加强巷道顶板）加强巷道顶板观测工作，减少人为因素。工作，减少人为因素。二、巷道穿过岩性突变地带掘进头冒顶预防措施：v（1）加强地质调查；）加强地质调查；v（2）缩短围岩暴露时间；）缩短围岩暴露时间；v（3）按规程操作，注意围岩稳定状况变化；）按规程操作，注意围岩稳定状况变化；v（4）减小空顶距离，及时支设临时支架，永久支架）减小空顶距离，及时支设临时支架，永久支架要跟上；要跟上；v（5）巷道支架背板要严实；）巷道支架背板要严实；v（6）及时打点柱支护突变带顶板。）及时打点柱支护突变带顶板。
