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[摘 要]锚网梁索支护因其施工方便、成本低廉等已被普遍推广，又因其利用顶板离层仪观测锚网梁索联合支护顶板离层情况，针对性地采取补救措施，可有效避免顶板事故，本文由一起事故案例分析，到利用顶板离层仪观测顶板离层成功避免了类似冒顶事故的发生，对煤矿煤巷锚杆支护有一定的借鉴指导意义。
[关键词]锚网梁索 冒顶事故 分析 对策 顶板离层仪
中图分类号：TD326.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0378-01
1、概述
皖北煤电集团公司孟庄煤矿主采煤层为3煤，采用高挡普采，3煤层厚度为1.2m～3.6m平均厚度为2.4m，倾角15°～22°，煤层赋存较为稳定。煤层直接顶为泥质砂岩，厚度0.8～1.2m基本顶为粉砂岩及中粒砂岩，厚度1.6～7.2m，平均厚度3.6m。巷道断面为倒梯形，设计宽×高（中高）=4.0m×3.0m，采用锚网梁索联合支护，其支护材料规格为：
锚杆：帮顶均采用￠18×2000mm的左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，顶部锚固力70KN，帮部锚固力50KN，间排距750×750mm。
网：采用8#镀锌镀锌铁丝网，网孔为菱形，规格为60×60mm。
梁：采用两根12#钢筋焊制而成的梯形梁，宽度为60mm，其长度与顶部斜宽及两帮高度相适应。
锚索：￠15.24mm×5000mm的钢绞线，在巷道中间位置呈单直线型布置，间距为5m。
托盘：用22#U型钢加工而成，长360mm，中间加焊150×150×8mm的钢板提高其强度，预紧力为100KN。
2、事故的发生情况
2006年7月12日中班，正在回采的Ⅲ315工作面运输巷在距离皮带机头15米处发生一起冒顶事故：冒顶区长×宽×高=8.5m×5.5m×2.2m～2.8m，所幸事故发生在交接班期间，没有造成人员伤亡，但堵塞巷道，埋压运输机，直接造成工作面停产，且事故后的修护施工的难度和危险性都较大。
冒顶段为锚网梁索支护，发生事故与巷道的施工时间相隔8个月，表现为顶板连同锚杆整体离层冒落，锚索剪断，煤壁向巷道内折帮塌跨。
3.原因分析
通过现场的观测，综合分析事故原因如下：
〈1〉、安全監测不完善，没能及时发现顶板离层破坏。锚网梁索支护有很大的隐蔽性，监控尤其重要。针对顶板的监测，设备缺乏，手段不完善，并未采用顶板光纤窥视仪提前查明顶板岩性条件，也未安装围岩深部多点位移计，仅每隔50m安装一台顶板离层仪，介于期间的地质构造特殊地段却没有安装顶板离层仪进行有效监控，检测点布局的局限，其时效性也滞后，因而巷道的失稳未能及时发现并进行有效的分析与控制，是事故发生的主观原因。
〈2〉、地质条件的变化是引起这起事故的主要原因。现场在冒落处发现-落差1.5米的倾向断层，受断裂构造的影响，顶板节理发育，有淋水现象，顶板稳定性较差，因而在锚杆锚固范围内形成不了有效的组合梁，且该段巷道直接顶厚度相对增大，达到2.2～2.8米，超过锚杆锚固段0.2～0.8米，直接顶与老顶发生离层，锚杆仅锚固在冒落层中，未能锚固到直接顶内，锚杆起不到有效的悬吊作用，从而造成巷道失稳。事故发生后在冒落段巷道及其附近共有三根锚索：1#锚索位于断裂构造上盘侧，对下盘岩层不能起到有效的锚固；2#和3#锚索对冒落岩块起到了悬吊加固作用，但是通过近似计算，冒落岩块的总重量为：8m×5.5m×2.5m×1.5t/m3×10（t与KN换算）=1650KN，超过了两根锚索的极限承载强度，导致两根锚索被拉断。
〈3〉、该矿现行的锚杆支护设计均以工程类比法，因而其合理性缺乏理论上的论证，地质条件发生变化了，支护参数没有改变，致使锚杆支护失效，引发事故。
〈4〉、补救措施不及时。在发生冒顶事故前，已发现该段巷道吊肚子，表明巷道顶板已发生离层，但没能引起足够的重视，既没有向有关单位汇报，也没有采取补救措施，直至事故发生。此时如采取积极的修护措施，如壁后注浆加固，补架棚，补打加长的锚杆，加补锚索等，就可避免冒顶事故的发生。
4.预防措施
〈1〉必须加强工程质量监测。现行的监测方法一般有：施工前采用顶板光纤窥视仪探查顶板岩性条件、施工后的巷道按一定距离安装顶板离层指示仪、测力锚杆、围岩深部多点位移计等监测顶板下沉量，其中顶板离层仪使用较早，也较为普遍。
〈2〉对巷道交叉点、峒室，地质构造、顶板破碎等特殊地段增设观测设备，重点检测，重点控制。
〈3〉矿井应根据不同的地质条件进行支护参数的设计，确保从技术层面上消除隐患。在施工前期及施工中应充分重视地质条件的变化，针对不同的地质条件有针对性地调整支护参数，比如增加锚杆长度，缩小锚杆间排距及锚索间距等，以提高顶板的稳定性及支护强度。
〈4〉锚杆支护施工工艺繁琐，人为影响因素多。如锚杆的角度，锚杆孔的深度，锚杆支护的“三径”匹配情况，锚杆预应力与锚固力的大小，托盘与煤壁的紧贴程度等，而每一道工序的施工偏差均对锚杆支护质量有较大的影响，因而提高施工人员素质，消除以上人为因数的影响，对预防顶板事故的发生有积极的意义。
5.成功案例
自这起冒顶事故发生后，矿领导高度重视，投入大量资金引进设备，培训人员，并和有关科研院校进行技术合作，合理选定锚网梁索支护的技术参数，根据现场施工锚索孔的情况确定锚索的长度，保证锚索锚入直接顶板深度不低于0.8m～1.0m，加强了开窝处、岔门、地质构造、顶板破碎重点地点的观测，在2007年6月施工Ⅳ311掘进工作面切眼时，f31测点前24m开始14m长度段，虽然锚索长度达到8～10m长，但仍然为泥岩，第5根锚索4m就进入砂岩顶板，如图1所示，分析巷道顶板有一隐伏构造，掘进施工时补强了2根锚索，并在该地段加设一组（三线）顶板离层仪，一根长度10.5m观测锚索生根段顶板活动情况；一根长度5m观测锚索中段、锚杆顶部复合顶板活动情况；一根长度2m观测锚杆顶部复合顶板活动情况，开始7天一个小班观测一次，顶板移进量变化不大，以后一个圆班观测一次，到第18天时，顶板移进量增加，5m的观测线进入红色危险状态、2m的进入黄色预警状态，而10.5m的观测线仍处在安全状态，根据顶板离层仪预警指示分析，复合顶板只在5m段以下发生离层下沉，而锚索锚固段仍起作用，因地制宜仅采取将该段间隔增补锚索的补救措施，控制了顶板移进量，解除预警，直到78天后切眼服务结束，不仅以较少地投入成功地避免了冒顶事故，也为利用顶板离层仪合理、科学观测，预防控制顶板一例成功的典范，大大推进煤巷锚网梁索支护整体安全技术水平。
6、结论
煤巷锚网梁索支护是一项复杂的系统工程，从工程地质条件评价，支护参数的设计，支护材料的加工，现场施工等进行检测控制，合理修改选择支护参数，实行全方位、全过程动态控制，才可更好地安全应用于生产实践，而顶板离层仪能有效检测顶板，且安装简单、成本低廉、使用方便等，正被广泛推广应用。
作者简介
王亚（1986.7-），男，民族：汉，籍贯：安徽萧县，职称：助理工程师，2006年7毕业于安徽理工大学（专科），采矿工程专业，2009年2月参加中国矿业大学成人高等教育，本科学历，采矿工程专业，通讯地址：安徽省淮南市潘集区贺疃乡朱集西煤矿，邮编232098，E-mail：[email protected]。
[关键词]锚网梁索 冒顶事故 分析 对策 顶板离层仪
中图分类号：TD326.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0378-01
1、概述
皖北煤电集团公司孟庄煤矿主采煤层为3煤，采用高挡普采，3煤层厚度为1.2m～3.6m平均厚度为2.4m，倾角15°～22°，煤层赋存较为稳定。煤层直接顶为泥质砂岩，厚度0.8～1.2m基本顶为粉砂岩及中粒砂岩，厚度1.6～7.2m，平均厚度3.6m。巷道断面为倒梯形，设计宽×高（中高）=4.0m×3.0m，采用锚网梁索联合支护，其支护材料规格为：
锚杆：帮顶均采用￠18×2000mm的左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，顶部锚固力70KN，帮部锚固力50KN，间排距750×750mm。
网：采用8#镀锌镀锌铁丝网，网孔为菱形，规格为60×60mm。
梁：采用两根12#钢筋焊制而成的梯形梁，宽度为60mm，其长度与顶部斜宽及两帮高度相适应。
锚索：￠15.24mm×5000mm的钢绞线，在巷道中间位置呈单直线型布置，间距为5m。
托盘：用22#U型钢加工而成，长360mm，中间加焊150×150×8mm的钢板提高其强度，预紧力为100KN。
2、事故的发生情况
2006年7月12日中班，正在回采的Ⅲ315工作面运输巷在距离皮带机头15米处发生一起冒顶事故：冒顶区长×宽×高=8.5m×5.5m×2.2m～2.8m，所幸事故发生在交接班期间，没有造成人员伤亡，但堵塞巷道，埋压运输机，直接造成工作面停产，且事故后的修护施工的难度和危险性都较大。
冒顶段为锚网梁索支护，发生事故与巷道的施工时间相隔8个月，表现为顶板连同锚杆整体离层冒落，锚索剪断，煤壁向巷道内折帮塌跨。
3.原因分析
通过现场的观测，综合分析事故原因如下：
〈1〉、安全監测不完善，没能及时发现顶板离层破坏。锚网梁索支护有很大的隐蔽性，监控尤其重要。针对顶板的监测，设备缺乏，手段不完善，并未采用顶板光纤窥视仪提前查明顶板岩性条件，也未安装围岩深部多点位移计，仅每隔50m安装一台顶板离层仪，介于期间的地质构造特殊地段却没有安装顶板离层仪进行有效监控，检测点布局的局限，其时效性也滞后，因而巷道的失稳未能及时发现并进行有效的分析与控制，是事故发生的主观原因。
〈2〉、地质条件的变化是引起这起事故的主要原因。现场在冒落处发现-落差1.5米的倾向断层，受断裂构造的影响，顶板节理发育，有淋水现象，顶板稳定性较差，因而在锚杆锚固范围内形成不了有效的组合梁，且该段巷道直接顶厚度相对增大，达到2.2～2.8米，超过锚杆锚固段0.2～0.8米，直接顶与老顶发生离层，锚杆仅锚固在冒落层中，未能锚固到直接顶内，锚杆起不到有效的悬吊作用，从而造成巷道失稳。事故发生后在冒落段巷道及其附近共有三根锚索：1#锚索位于断裂构造上盘侧，对下盘岩层不能起到有效的锚固；2#和3#锚索对冒落岩块起到了悬吊加固作用，但是通过近似计算，冒落岩块的总重量为：8m×5.5m×2.5m×1.5t/m3×10（t与KN换算）=1650KN，超过了两根锚索的极限承载强度，导致两根锚索被拉断。
〈3〉、该矿现行的锚杆支护设计均以工程类比法，因而其合理性缺乏理论上的论证，地质条件发生变化了，支护参数没有改变，致使锚杆支护失效，引发事故。
〈4〉、补救措施不及时。在发生冒顶事故前，已发现该段巷道吊肚子，表明巷道顶板已发生离层，但没能引起足够的重视，既没有向有关单位汇报，也没有采取补救措施，直至事故发生。此时如采取积极的修护措施，如壁后注浆加固，补架棚，补打加长的锚杆，加补锚索等，就可避免冒顶事故的发生。
4.预防措施
〈1〉必须加强工程质量监测。现行的监测方法一般有：施工前采用顶板光纤窥视仪探查顶板岩性条件、施工后的巷道按一定距离安装顶板离层指示仪、测力锚杆、围岩深部多点位移计等监测顶板下沉量，其中顶板离层仪使用较早，也较为普遍。
〈2〉对巷道交叉点、峒室，地质构造、顶板破碎等特殊地段增设观测设备，重点检测，重点控制。
〈3〉矿井应根据不同的地质条件进行支护参数的设计，确保从技术层面上消除隐患。在施工前期及施工中应充分重视地质条件的变化，针对不同的地质条件有针对性地调整支护参数，比如增加锚杆长度，缩小锚杆间排距及锚索间距等，以提高顶板的稳定性及支护强度。
〈4〉锚杆支护施工工艺繁琐，人为影响因素多。如锚杆的角度，锚杆孔的深度，锚杆支护的“三径”匹配情况，锚杆预应力与锚固力的大小，托盘与煤壁的紧贴程度等，而每一道工序的施工偏差均对锚杆支护质量有较大的影响，因而提高施工人员素质，消除以上人为因数的影响，对预防顶板事故的发生有积极的意义。
5.成功案例
自这起冒顶事故发生后，矿领导高度重视，投入大量资金引进设备，培训人员，并和有关科研院校进行技术合作，合理选定锚网梁索支护的技术参数，根据现场施工锚索孔的情况确定锚索的长度，保证锚索锚入直接顶板深度不低于0.8m～1.0m，加强了开窝处、岔门、地质构造、顶板破碎重点地点的观测，在2007年6月施工Ⅳ311掘进工作面切眼时，f31测点前24m开始14m长度段，虽然锚索长度达到8～10m长，但仍然为泥岩，第5根锚索4m就进入砂岩顶板，如图1所示，分析巷道顶板有一隐伏构造，掘进施工时补强了2根锚索，并在该地段加设一组（三线）顶板离层仪，一根长度10.5m观测锚索生根段顶板活动情况；一根长度5m观测锚索中段、锚杆顶部复合顶板活动情况；一根长度2m观测锚杆顶部复合顶板活动情况，开始7天一个小班观测一次，顶板移进量变化不大，以后一个圆班观测一次，到第18天时，顶板移进量增加，5m的观测线进入红色危险状态、2m的进入黄色预警状态，而10.5m的观测线仍处在安全状态，根据顶板离层仪预警指示分析，复合顶板只在5m段以下发生离层下沉，而锚索锚固段仍起作用，因地制宜仅采取将该段间隔增补锚索的补救措施，控制了顶板移进量，解除预警，直到78天后切眼服务结束，不仅以较少地投入成功地避免了冒顶事故，也为利用顶板离层仪合理、科学观测，预防控制顶板一例成功的典范，大大推进煤巷锚网梁索支护整体安全技术水平。
6、结论
煤巷锚网梁索支护是一项复杂的系统工程，从工程地质条件评价，支护参数的设计，支护材料的加工，现场施工等进行检测控制，合理修改选择支护参数，实行全方位、全过程动态控制，才可更好地安全应用于生产实践，而顶板离层仪能有效检测顶板，且安装简单、成本低廉、使用方便等，正被广泛推广应用。
作者简介
王亚（1986.7-），男，民族：汉，籍贯：安徽萧县，职称：助理工程师，2006年7毕业于安徽理工大学（专科），采矿工程专业，2009年2月参加中国矿业大学成人高等教育，本科学历，采矿工程专业，通讯地址：安徽省淮南市潘集区贺疃乡朱集西煤矿，邮编232098，E-mail：[email protected]。