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煤矿掘进巷道顶板事故及合理防范方式研究

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  摘 要:近年来,随着我国经济对煤炭资源依赖程度的加深,我国煤炭产业的发展规模越来越大,煤矿开采也越来越深入。然而,随着我国煤矿工业的发展,由于设备和技术的落后,我国煤矿生产事故时有发生,尤其是煤矿隧道顶板事故发生率较高。煤矿开挖巷道顶板事故主要是指煤矿工人在进行开挖作业时,顶板突然掉落,造成人员伤亡和设备损坏的生产事故,从而迫使煤矿停产,影响煤矿生产效率。
  关键词:煤矿掘进巷道;顶板事故;合理防范方式
  1 做好断面优化工作,有效降低掘进巷道顶板事故发生率
  1.1 优化结构,避免发生巷道冒顶事故
  有效提高岩体的硬度,以防止巷道周围岩石的松动,以起到加固作用,防止事故发生的机会。它常被用来在岩石层上添加锚,以解决巷道方向和岩层趋势都很小的问题。当巷道顶板断裂时,不要使锚入巷道的方向垂直于巷道的拱缘。它应该随着岩层的倾斜而改变。这时,锚的悬挂非常大。另外一种相反的情况,当巷道的走向与岩层倾向直接的夹角比较大时,此时会导致锚杆的另一侧无法顺利的打入岩层内部,此时联合拱起就不能起到悬吊和加固的效果。
  1.2 优化巷道的断面情况
  在煤矿巷道施工过程中,可以根据具体的施工情况选择巷道。有常见的拱形屋顶形状、弯曲的底角和直墙,以有效提高施工进度和质量。通过优化巷道断面,可以有效提高巷道围岩的应力,进一步提高围岩的承载能力。借助图像处理技术和数字模拟软件,对常规直角巷道断面和弧形底角巷道断面的实际情况进行有效的分析,并对他们的变形情况和受力情况进行有效的分析,结果发现与直角断面相比,弧形底角断面剪应力降低了43%。
  2 巷道顶板事故的合理防范
  2.1 对巷道断面进行优化
  对于煤矿巷道段,需选用拱、直墙、曲底角等形状的顶板。这样不仅可以提高施工速度,而且可以改变围岩巷道的应力状态,提高围岩巷道的承载能力。在一般操作过程中,主要采用数字仿真软件和图像处理技术对计算机中弯曲地下通道和传统直角道路的截面进行比较,分别计算受力和变形。通过具体试验,我们可以看出弯曲的底角截面和直角截面的剪应力有差异,前者下降了43%,最大主应力和最小主应力分别下降了43%和69%.车顶深度和路基底鼓量分别下降2%和42%。
  2.2 对巷道结构进行优化
  煤矿巷道支护方式一般以锚杆和锚索组合拱为主。这种组合拱可以起到悬索和加固拱的作用,也可以承受掉下的岩层和薄弱的岩层的重量,提高了岩石的原有硬度,避免了巷道围岩的松动和变形。一旦巷道的方向和岩层倾向的角度相对较小,就可以向岩层注入1.8米长的锚。如果巷道顶板保持完好,混凝土注塑螺栓的方向必须与巷道拱垂直。在巷道顶板断裂的情况下,在岩石形成趋势的变化下,螺栓注入方向必须改变。一旦巷道方向与岩层倾向的夹角变大,锚杆无法成功注入岩层,关节拱就会失去悬挂和加固的功能。如果另一端的岩石不稳定,就会增加岩石破碎和分离的速度,进而使锚失去加固作用。
  3 采用合适的掘进巷道支护方式
  3.1 预留煤柱支护
  预留煤柱是一种传统的巷道支护方式。因为道路上层属于运输层,下层为回风层车道,上段和下段中间会预先预留一条固定宽度的煤柱,以帮助回风级车道合理支撑压峰区。实际上,预留煤柱支撑技术操作非常简单,通过这种技术还可以有效加强通风、排水的效果。但由于煤柱支护费用较高,实际使用中煤柱损失较大,后期巷道养护作业难度较大。一旦煤柱支撑压力被传递到底部,就会对附近道路的稳定性、煤层开采工作产生影响,也会为冲击压力埋下隐患。
  3.2 可缩性支架
  对于金属支撑,承载力主要包括实际承载能力和最终承载能力。可伸缩支承的承载力是收缩阶段的实际承载力。这种承载能力与连接部件和支承的工作条件直接相关。但刚性阶段可伸缩支撑的最大承载能力是最终承载能力,这是基于无塑性变形。通常,最终承载能力超过实际承载能力,可伸缩支撑的最佳运行状态是两种承载能力相似。
  3.3 矿用支护型钢
  矿井支护钢一般包括U型钢和i型钢两种。在煤矿开挖作业中,多用于圆形、椭圆形、半圆形拱形巷道。这种支护方法具有很高的韧性、抗拉性、抗压性、抗剪强度,对支护工作具有一定的优越性。采用支撐钢的适应环境比较恶劣,条件比较复杂,因此对性能也有非常严格的要求。巷道支护需要能够承受横向荷载和纵向推力。因此,巷道支护的各个方向都必须满足荷载要求。采用支撑钢的截面参数与抗弯截面模量有直接关系。另外,支承钢套的形状与支承的伸缩性能有密切的关系,尤其是u型钢的影响。基于此,当支撑钢套的形状处于锁定和滑动状态时,需要在接触面面积、滑移、力等许多方面满足其需要。
  4 结束语
  总而言之,煤矿巷道顶板事故的原因包括所选路段形状不适宜、巷道开挖设备和方法不适宜、巷道支护材料和方法不适宜等。选择合适的断面形状,合适的巷道设备和方法,选择合适的材料质量和方法。在优化断面设计时,应优化巷道的断面、结构和支护结构,这不仅有利于保证巷道顶板的安全。提高煤矿工人的生产效率和人身安全。只有在安全的环境下,才能保证煤矿生产的质量,促进我国煤矿工业的进一步发展。
  参考文献:
  [1]王义成,胡加斌.煤矿掘进巷道顶板事故预防措施研究[J].山西煤炭管理干部学院学报,2014,27(1):50-53
  [2]安树河,车光蕾.浅析煤矿掘进巷道顶板事故预防[J].城市建设理论研究(电子版),2013,10(18):66-67
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