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煤巷冒頂事故成因,以及如何預防

發布時間:2019/4/17 15:39:49

帕特里克等依據巷道冒頂幾何形分了4 類: 半球形冒頂、拱形冒頂、小塊體冒頂、脫層冒頂。


美國學者韋爾依據印第安納州特殊地區地質條件將巷道冒頂分為6 類: 頁巖成碎屑或潮解冒頂、砂巖凸起冒頂、結核冒頂、煤柱片幫導致冒頂、黏土類冒頂、大塊體冒頂。


然而,巖體經過漫長的地質歷史發展,受多種因素影響如成因作用和構造運動等使巖體結構多樣性,而巷道存在于這樣的巖體環境中,在不同的巖體環境下,巷道冒頂機理、冒頂高度、危害程度、破 壞 體特征、冒頂區幾何形態等也不同。


龍巖連城煤礦發生一起巷道頂板巨石墜落事故,地下深110 m巨石埋壓2 名工人,塌落巨石長約4.5 m,寬約2.5 m,高約2 m,質量約5 t。


保德煤礦在回采過程中,巷道發生1 起冒頂事故,冒頂形態呈蝶葉形,頂板破 壞深度不對稱,此類巷道冒頂事故常伴有支護體的破 壞失效,巷道蝶葉冒頂形態素描。


在斷層附近巖體節理裂隙非常發育、巖體松散破碎的巷道附近某礦發生一起冒頂事故,冒落體積85 m3,冒頂規模長×寬×高為5.7 m×4.3 m×3.0 m,冒頂形態似呈近似自然拱,冒頂區的錨桿全部掉落。


煤巷冒頂事故分類


中國礦業大學(北京)馬念杰教授課題組基于近200 起煤巷冒頂事故,從圍巖體客觀存在的力學性質和結構特征角度,系統研究了巷道典型冒頂事故與圍巖體環境之間關系,提出了以煤巷冒頂控制為目標的新的冒頂成因分類標準及方法和相應的支護對策。


裂隙圍巖體巷道頂板局部塊體墜落型冒頂事故


巖體受多種因素影響造成圍巖體內裂隙增加,而巷道圍巖體被這些裂隙分割成具有不同幾何形狀和不同尺度的塊體,當巷道開挖后,巷道局部塊體暴露在鄰空面上,使某些塊體沿結構面滑移、失穩墜落。


在調研的巷道冒頂事故中,巷道橫向方向上塊體墜落時有發生,一般是小塊體墜落,塊體墜落高度不超過錨桿長度,而巷道縱向上塊體墜落偶爾也會發生,一般則是大塊體墜落,巷道縱向塊體事故危險程度高、冒頂規模大,損毀后果嚴重。


弱黏結層狀圍巖體巷道復合頂板垮落型冒頂


煤系地層具有明顯的層狀巖體結構特征,受不同沉積環境和地質運動的影響,巷道開挖后,頂板條件復雜多樣,同一條巷道的頂板巖層條件都會發生較大變化。


在調研的巷道頂板事故中,層狀復合頂板巷道冒頂事故占巷道冒頂事故總數的絕大部分,冒頂原因主要是頂板巖層間的組合劣化所致,即軟巖變厚、硬巖變薄或出現軟弱夾層等組合,造成錨桿( 索) 長度不能適應頂板巖層組合劣化后的高度,導致巷道個別地段發生冒頂事故。


蝶形塑性區碎裂圍巖體巷道頂板冒落型冒頂


在水平應力與垂直應力相差較大的構造應力區、高 支 撐壓力集中區和斷層等附近,原巖應力場常為雙向不等壓應力場,側壓系數一般不等于1,尤其是采動條件下,巷道圍巖雙向應力的比值隨著采動影響而發生改變,圍巖塑性區不再是圓形和橢圓形塑性區分布,巷道圍巖會出現一種像蝴蝶形狀的塑性區,簡稱蝶形塑性區。


當巷道圍巖載荷方向發生變化時,會使巷道圍巖塑性區發生旋轉,致使巷道圍巖產生不對稱破 壞,頂板破 壞深度一側明顯大于另一側,載荷方向變化會使蝶形塑性區的翼角部分出現在巷道頂板上方,容易產生冒頂,對巷道的維護極為不利。


松散圍巖體巷道頂板漏冒型冒頂


在調研的巷道冒頂事故中,還有相當一部分發生在斷層附近,主要包括:小斷層附近松散破碎頂板支護不當引起的冒頂以及隱含小斷層支護不當導致松散破碎頂板冒頂事故。


煤巷冒頂控制技術體系


針對煤巷頂板關鍵塊體墜落、層狀復合頂板垮落、蝶形塑性區碎裂頂板冒落和松散頂板漏冒特點,以煤巷冒頂成因為基礎分類,提出了冒頂控制技術體系:


冒頂控制技術體系


1.普通錨桿控制局部塊體墜落。


2.常規錨索控制小變形層狀復合頂板垮落。


3.專用錨索控制大變形蝶形塑性區碎裂頂板冒落。


4.聯合支護控制特殊條件頂板漏冒。


該支護對策可較好地控制煤巷冒頂事故,具體支護對策如下:


使用普通錨桿可以有效控制由節理裂隙等弱面切割產生的局部塊體墜落。


使用普通錨索能夠有效防止小變形巷道的弱黏結層狀復合頂板的梁式垮落。


對于大變形蝶形塑性區碎裂頂板巷道,采用普通錨索支護時經常發生破斷,需要使用具備變形性能的專用錨桿和錨索。


在地質破碎帶、松散軟弱巖層中的巷道,必須采用專門措施,極破碎處巷道可以采用注漿加固措施。


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