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1、掘进巷道顶板管理,主讲人：郑付亮 2011年2月,目录,一、顶板事故的危害 二、巷道支护方式 三、掘进顶板管理措施 四、冒顶事故的原因及预防,一、顶板事故的危害,顶板事故的危害很大，是煤矿生产的主要灾害之一。它能造成人员伤亡、设备损坏甚至终止生产。据资料显示在所有煤矿事故中顶板事故发生频率最高，占事故总起数的54.6%，占全部死亡人数的40%以上 20052009我国煤矿各类事故（比例图）,二、巷道支护方式,目前巷道支护方式主要有： 1、锚喷支护：锚杆支护、喷射砼支护、锚网喷支护、锚喷配合钢带等联合支护 2、架棚支护：金属支架、木支架，混凝土支架，其中金属支架又分为刚性支架及可缩性支架 3、砌
2、碹支护 4、锚索配合以上方式联合支护 其中架棚支护与砌碹支护均属被动支护，锚喷支护为主动支护。,二、巷道支护方式 锚喷支护,锚喷支护 锚杆与喷射混凝土联合支护的简称，二者又可单独使用。它具有施工速度快，施工机械化程度高，成本低及节约材料等优点。 （一）锚杆支护 1、锚杆支护作用原理 （1）悬吊作用原理 （2）组合梁理论 （3）组合拱理论 （4）销钉作用 （5）减小跨度作用,二、巷道支护方式 锚杆支护,（1）悬吊理论 锚杆支护将巷道顶板较软岩层悬吊在上部稳固的岩层上，在预加张紧力的作用下，每根锚杆承担其周围一定范围内岩体的重量，锚杆的锚固力应大于其所覆盖的岩体的重力。,二、巷道支护方式 锚杆支护
3、,（2）组合梁理论 按材料力学理论可知，无锚杆时巷道顶板岩石为叠合梁结构，在受到其上部围岩的应力作用后，各层单独变形，层与层之间容易产生滑移从而导致离层；而顶板采用锚杆支护时，锚杆穿过各层状岩层形成组合梁，共同抵抗围岩应力，故变形较小，从而起到支护的作用。,二、巷道支护方式 锚杆支护,（3）组合拱理论 在沿拱形巷道周边布置锚杆后，在预紧锚固力的作用下，每根锚杆都有一定的应力作用范围，只要取合理的锚杆间距，其应力作用范围会相互重迭，从而形成一连续的挤压加固带即厚度较大的组合拱，能更为有效地抵抗围岩应力，减少围岩变形，其支护效果明显好于普通砌碹支护,二、巷道支护方式 锚杆支护,（4）销钉作用 1、
4、将不稳定块体钉到深部稳定的围岩中； 2、软岩巷道围岩易发生压剪破坏，锚杆支护能限制岩体由于重力作用而滑动。 （5）减小跨度作用 巷道顶板打上锚杆，相当于在该处打上点杆，把巷道顶板岩石悬露的跨度缩小，从而提高了顶板岩层的抗弯曲能力。,二、巷道支护方式 锚索支护,预应力锚索加固围岩的实质是通过锚索对被加固的岩体施加预应力，限制岩体有害变形的发展，从而保持岩体的稳定。 在顶板上打注锚索后，由于锚固点在深部岩层上，根据悬吊理论，下部不稳定岩层通过锚索悬吊在稳定岩层上，同时由于锚索预应力作用，可以对下部岩层进行组合、加固。锚索加固一般不单独使用，配合支架、锚杆形成联合支护，使群体支护达到良好的效果。 预
5、应力锚索主要用在破碎、复合顶板、软岩和压力较大的巷道以及大跨度开切眼和巷道交岔点。,二、巷道支护方式 锚索支护,锚索加固示意图 锚索+锚杆加固应力图,二、巷道支护类型 喷射混凝土支护,1、作用原理 A、支撑作用 混凝土的抗压强度较高，能起到支撑围岩的作用，有效的控制围岩的变形和破坏 B、填充作用 由于混凝土的喷射速度较高，能有效的填充围岩裂隙、节理和凹穴的岩面 C、封闭作用 混凝土层封闭了围岩表面，隔绝了空气、水与围岩的接触，有效地防止了风化潮解引起的围岩破坏与剥落 D、转化作用 混凝土层与围岩紧密结合，能在结合面上传递各种应力，形成力学统一体，所以喷射混凝土具有把荷载转化为承载的作用,二、巷
6、道支护类型 联合支护,联合支护通常使用以下三种形式： 锚杆喷射混凝土支护 锚杆喷射混凝土金属网联合支护 架棚喷射混凝土联合支护,二、巷道支护类型 棚式支护,（二）架棚支护 棚式支护可分为可缩性支架和刚性支架 可缩性支架支护 分为两类：普通金属支架和U型钢支架。U型钢支架具有较强的可缩性，多用于地压大，受采动影响显著的采区巷道 刚性支护 采用木支架、金属支架及装配式钢筋混凝土支架，一般由一梁两柱组成。,三、掘进顶板管理,（一）顶板管理的主要内容 A、掌握巷道开掘后围岩体的应力分布情况及影响范围 B、从有利于巷道围岩的稳定性出发，合理选择巷道的施工方法，减少各工序对围岩的影响 C、合理控制控顶距离
7、，尽可能缩短工作面的空顶时间和空顶面积 D、施工中做好基础资料的积累和隐蔽工程的记录工作,三、掘进顶板管理,（二）顶板管理措施 A、巷道开口时的顶板管理 1、开口地点要选在顶板稳定、支护完好的区域，要避开地质构造区、压力集中区、顶板冒落区 2、新开口的巷道与原巷要保持较大的夹角 3、开口前要加固好临近支架 4、开口时要尽量用手镐挖掘，如需放炮，要坚持浅打眼、少装药、放小炮的原则，减少对围岩的扰动 5、新巷开口处要及时进行支护，尽量缩短顶板暴露时间和暴露面积。 B、过断层、裂隙构造带的顶板管理措施 1、正确使用超前支护，减小掘进时的控顶距和空顶时间 2、要坚持超前护顶，坚持短掘短支 3、采用架棚
8、支护时，适当缩小棚距 4、作业人员必须时刻注意顶板的变化，严格落实敲帮问顶制度,三、掘进顶板管理,C、有淋水掘进工作面顶板管理 1、通过水文地质工作，掌握水的来源及水量变化，采用预注浆封水、快硬砂浆堵水、截水槽等方法将水引出工作面 2、有淋水地段要加大支架密度、背严帮顶，提高支架的稳定性 D、沿空掘巷顶板管理措施 1、避开动压影响，巷道施工需在上区段回采结束，岩层活动完全稳定后再进行 2、减小掘进时空顶面积 3、巷道支架要加密，同时将下帮腿与底板的夹角缩小，并将帮顶用木板背严背实 4、擦边掘进时，如遇上区段巷道的棚腿外露时，其下帮棚腿不要抽调，可以捆绑上木板或者笆片上，起到挡矸帘作用,四、巷道
9、冒顶事故的原因及预防,巷道冒顶的原因 （一）地质因素 （1）巷道围岩松软或极易风化，如煤、页岩、变质岩 （2）巷道围岩节理发育 （3）巷道通过断层、褶曲等构造地带，岩层破碎 （4）巷道穿过岩层的岩性突然发生变化，在其交界处易发生塌冒，如石门透煤 （5）地下水侵入，削弱了岩石的稳定性,四、巷道冒顶事故的原因及预防,（二）设计因素 （1）巷道位置选择不当，使巷道处于不良地层中 （2）缺乏详细的地质、水文资料，使施工缺乏指导，减少应变措施 （3）支护形式与结构不合理，不足以承受地压 （三）施工因素 （1）对巷道穿过不良地层缺乏准备，施工措施不当或者错误 （2）不一次成巷，围岩长期暴露，造成风化、松动
10、、引起塌冒 （3）支护工作不符合设计要求，忽视质量，使支架不能充分发挥作用 （4）空顶距离过长，永久支护过远，临时支护失效 （5）炮掘时，未严格按照相关规定爆破 （6）危石处理不及时，引起危石坠落,四、巷道冒顶事故的原因及预防,顶板事故的预防 （1）合理布置巷道 （2）合理选择巷道的断面形状及尺寸 （3）坚持一次成巷，缩短围岩暴露时间 （4）严禁空顶作业 （5）巷道掘进过老巷、断层破碎带及淋水地带时，需编制专项措施 ，并严格按照措施施工 （6）严格要求巷道支架的规格质量 （7）及时修复变形折损支架。单巷掘进距离较长时要经常检查工作面后方巷道支架安全情况，发现有断梁折柱或变形严重的支架时，应及时加固维修。,谢 谢 大 家,