顶板管理及灾害防治培训讲义Word下载.docx

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（2）锯砍棚料时注意事项：

锯砍棚料时应将木料放平稳，不许发生滚动。

砍料时，要注意附近人员和行人的安全，斧头和斧把不能碰在障碍物上。

砍料人不得将脚伸到砍料处近旁。

及时清除黏连在斧头上的木屑，注意木料上的木节、钉子，避免砍滑伤人。

锯、砍料的地点，应避开风、水管路和电缆。

木支架质量轻，加工容易，易架设和具有一定强度，能适应多变的地质条件，同时，当地压突增时还会发出警号声响，所以，它在井下巷道使用得最早，应用也最广。

但是，木支架有很多缺点，如强度低，易腐朽，不耐火和不防火，不能阻水，不防围岩风化和使用年限短且木材资源紧张等，故使用逐渐减少。

2.金属支架

金属支架具有坚固、耐用、防火、架设方便，可制成各种构件，可回收复用等优点。

金属梯形支架有两种类型，一种为梯形刚性支架，另一种为梯形可缩性支架。

一般多用梯形刚性支架，梯形可缩性支架应用较少。

梯形刚性支架为一梁两柱结构。

梁柱连接方式多采用在柱腿上焊接一块槽板，梁上焊接一块挡板，限制梁和柱腿接口处的位移。

为了防止柱腿受压陷入底板，可在腿下焊一块钢板底座。

梯形可缩性支架，也是一梁两柱结构。

顶梁用矿用工字钢，柱腿用U形钢，由两节构件组成，用卡缆连接，具有可缩性能。

架设梯形金属支架时应遵守下列规定：

（1）严禁混用不同规格、型号的金属支架，棚腿无钢板底座的不得使用，卡缆构件要齐全。

（2）严格按中、腰线施工，并及时返线，保证巷道的坡度和方向。

（3）柱腿要靠紧梁上的挡块，不准打砸梁上焊接的矿用工字钢挡块。

（4）梁、腿接合处不吻合时，应调整梁腿斜度和方向，严禁在缝口处打入木楔。

（5）按作业规程规定背帮背顶，并用木楔刹紧，前后棚之间必须上紧拉杆和打上撑木。

（6）固定好前探梁及防倒器。

3.装配式钢筋混凝土支架

装配式钢筋混凝土支架简称钢筋混凝土支架。

它可分为两大类，一类是普通混凝土支架，另一类是预应力混凝土支架。

钢筋混凝土支架适应于地压稳定，断面小于12m2巷道，但应避免用于受采动影响的巷道。

架设钢筋混凝土支架必须遵守下列规定：

（1）所用支架构件应无开裂、露筋现象，支架接口处要垫上经防腐处理的20～30mm厚的木垫板。

（2）找正支架时，不准用大锤直接敲打支架；

必须敲打时，应垫上木块等可塑性材料，保护支架不被损坏。

（3）钢筋混凝土支架支护巷道一般采用预制水泥板背帮背顶，梁、柱不准直接与顶帮接触。

（4）在煤和软岩巷道中，钢筋混凝土支架紧跟工作面时，必须采取防止炮崩的加固措施，确保不崩倒、崩坏钢筋混凝土支架。

（二）拱形支架

金属拱形支架可分为两类，即普通金属拱形支架和U形钢拱形支架。

普通金属拱形支架多采用工字钢、矿用工字钢或轻型钢轨制造，没有可缩性，一般仅作巷道临时支护或与锚喷支护巷道联合支护用。

U形钢拱形支架采用U形钢制造，具有可缩性，多用于地压大，受采动影响显著的采区巷道。

普通金属拱形支架分为无腿、有腿和铰接3种。

无腿拱形支架适用于两帮岩石较为稳定的巷道，有腿拱形支架适用于围岩较稳定、压力中等的巷道，铰接拱形支架适用于岩层松软和受采动影响较大的采区巷道。

U形钢拱型支架可分为半圆拱、直腿三心拱和曲腿三心拱3种。

架设拱形支架时应遵守下列规定：

1.拱梁两端与柱腿搭接吻合后，可先在两侧各上一只卡缆，然后背紧帮、顶，再用中、腰线检查支架支护质量，合格后即可将卡缆上齐。

卡缆拧紧扭矩不得小于150Nm。

2.U形钢搭接处严禁使用单卡缆。

其搭接长度、卡缆中心距均要符合作业规程规定，误差不得超过10％。

（三）架棚支护安全注意事项

1.现场应有班、组长负责指挥协调架棚作业。

架棚是由多人分工合作进行的集体活动，为了保证架棚作业安全、有条不紊地进行，应有班、组长负责指挥协调架棚作业。

2.严格执行敲帮问顶制度。

架棚前，必须指派有经验的工人按操作规程严格执行敲帮问顶制度，并有专人监护，将浮矸活石清理干净。

如果处理活石时可能有危险，或遇有撬不掉的危岩，必须设置专门的临时支护，其规格质量应符合作业规程的规定。

3.必须检查工作地点支架的质量。

架棚前应检查工作地点支架的质量，发现不合格的支架，必须先处理后施工。

整理维护支架由外向里，逐棚进行，先支新棚再拉老棚。

4.必须采用金属前探梁等临时支护，严禁空顶作业。

架棚支护的巷道，放炮后必须立即在工作面向前移动前探支架，没有采用金属前探梁等临时支护的，一律停止作业。

前探支架的固定方式、位置和根数要符合作业规程的规定。

5.注意操作安全，保证支护施工质量。

按操作规程作业，并按设计规定要求架设，以保证支架的稳定性，防止松散围岩漏顶，造成各支架受力不均而压坏压垮支架。

二、砌碹支护

砌碹支护是以料石、砌块为主要原料，以水泥砂浆胶结，或以混凝土现场浇灌而成的连续体支护。

砌碹支护对围岩能够起到防止风化的作用，具有坚固、耐久、防火、阻水、通风阻力小、材料来源广、便于就地取材等优点。

缺点是施工复杂，劳动强度大，成本高，进度慢。

一般使用在巷道服务年限超过10年以上围岩十分破碎同时很不稳定、且有大面积淋水和部分淋水及水质有化学腐蚀的地段。

砌碹支护在砌碹前要按作业规程要求，在巷道断面进行刷帮、挑顶和拆除临时支架。

在砌碹过程中，需要立碹胎、模板和拆模，施工工序复杂，而且由于砌碹支护劳动强度大，大多只在地质条件复杂的时候采用，因此，施工时应特别注意安全。

砌碹支护施工安全注意事项：

1.砌碹施工工艺复杂，区队干部应与工人一起跟班作业，及时处理施工中出现的事故隐患，保证安全施工。

2.施工前应对施工地点的支护情况、环境等作全面检查，发现不安全因素，要及时处理，处理后方可进行工作。

3.掘砌基础的工作必须在临时支护的保护下进行。

挖基础沟槽时，一般用风镐、手镐挖掘，岩石特别坚硬时，可打浅眼、少装药放炮将岩石崩松，但必须制定专门的安全措施，防止崩倒临时支架。

挖基础沟槽前，要对空帮部位进行安全检查。

4.立碹胎时要配足人员，由班长或经验丰富的工人统一指挥，保证立胎工作的安全。

在砌拱过程中，要经常检查工作台的稳定性，不许在工作台上存放过多的料石，防止工作台倒塌。

5.回胎时要配足人力，在班长或老工人的统一指挥下进行。

回收人员必须站在安全的地点，退路必须畅通，严禁无关人员在其附近停留。

6.有冒顶危险的地区不能掘、砌平行作业。

巷道围岩破碎时要短段掘砌。

7.在上山掘进和砌碹平行作业时，在砌碹工作面上方5～10m，要设置安全挡。

在下山掘进和砌碹平行作业时，除在下山上部设置安全挡以外，砌碹和掘进工作面的上方5～10m处也要设置，以防跑车。

同时对砌碹处的材料和工具等都要有安全存放措施，防止向下滚动伤人。

三、锚喷支护

锚喷支护是锚杆支护、锚杆与喷浆以及喷射混凝土联合支护的总称。

（一）锚杆支护

锚杆支护就是在巷道掘后，先向围岩打眼，在眼孔内锚入锚杆，把巷道围岩予以加固，充分利用围岩自身的强度，从而达到支护巷道的目的。

锚杆不同于一般的支架，它不只是消极地承受巷道围岩所产生的压力和阻止破碎岩石的冒落，而是通过锚入围岩内的锚杆来改变围岩本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而稳定的岩石带，锚杆与围岩共同作用而达到支护巷道的目的。

因此说，锚杆支护是一种积极防御的支护方法。

1.锚杆支护作用的原理

（1）悬吊作用。

在层状岩层中，锚杆将下部不稳定的岩层悬吊在上部稳固的岩层上。

锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量，如图8—21所示。

（2）组合梁作用。

在没有稳固岩层的薄层状岩层中，锚杆将薄层岩石锚固成一个岩石板梁，提高顶板的承载能力。

决定组合梁稳定性的主要因素是锚杆的锚固力及杆体强度和岩层性质，如图8—22所示。

图8—21悬吊作用图8—22组合梁作用

（3）挤压加固作用。

在块状围岩中，锚杆可将巷道周围的危石彼此挤紧，对岩石起到挤压加固作用，在围岩周边一定厚度的范围内形成一个不仅能维持自身稳定，而且能阻止其上部围岩松动和变形的加固拱，从而能保持巷道的稳定性，如图8—23所示。

（4）减小跨度作用。

巷道顶板打上锚杆，相当于在该处打上点柱，因此，就相当于把巷道顶板岩石悬露的跨度缩小了，从而提高了顶板岩层的抗弯曲能力，如图8—24所示。

图8—23挤压加固作用图8—24减小跨度作用

2.锚杆支护形式

锚杆支护按组合构件可分为7类支护：

①单体锚杆；

②锚杆网；

③锚杆钢带；

④锚杆梁；

⑤锚杆桁架；

⑥锚杆锚索；

⑦多种组合，包括锚带网、锚梁网、锚杆桁架网、锚带（梁）网索等。

根据巷道围岩稳定性，采用合适的锚杆支护形式。

表8—1为巷道围岩分类与锚杆支护形式对照表。

表8—1巷道围岩分类与锚杆支护形式对照表

巷道类别

稳定情况

基本支护形式

备注

I

非常稳定

不支护

端锚

单体锚杆支护

Ⅱ

稳定

顶板较完整：

单体锚杆+大托板

端锚、加长锚固

顶板较破碎：

锚杆+网；

锚杆+W钢带+网

Ⅲ

中等稳定

压力较大，顶板较完整：

锚杆+W钢带

压力较大，顶板较破碎：

锚杆+W钢带+网+锚索

Ⅳ

不稳定

压力大：

锚杆+W钢带+网+锚索；

桁架锚杆+网+锚索

端锚、加长或全长锚固

V

极不稳定

压力很大，顶板较完整：

锚杆+网+金属可缩支架

全长锚固

压力很大，顶板较破碎：

锚杆+网+金属可缩支架+锚索

压力很大，底臌严重：

环形可缩性支架+锚杆+锚索

各类支护应选择合理的参数，以便达到最佳的支护效果。

锚杆杆体的直径、长度及形状，托盘的材质、强度，树脂锚固剂的技术特征等，都决定着锚杆在巷道内的布置。

（1）锚杆布置方式。

锚杆的布置一般有“三花”布置、“五花”布置和矩形布置等，锚杆的间排距一般取0.6m、0.8m和1.0m，顶板条件良好或采用联合支护方式时可取1.0m和1.2m。

（2）锚固方式。

锚杆的锚固方式可分为端头锚固、加长锚固和全长锚固。

应根据锚杆杆体性能和围岩强度来选择锚固方式。

如圆钢锚杆宜选用端头锚固，螺纹钢锚杆可采用加长或全长锚固；

硬岩层中可采用端头锚固，破碎软岩及煤层中宜采用加长锚固或全长锚固。

（3）树脂锚固剂。

树脂锚固剂与不同材质的杆体配套已成为现代锚固工程的最佳材料。

它黏结能力强，固化速度快，耐久性好，抵御外界和人的影响因素能力强，安全可靠性高，产品质量稳定，贮存期长。

锚固剂中，由两种不同成分严格按科学配方分隔包装组成。

安装时，锚固剂放入锚杆孔内，用锚杆安装机械带动杆体高速旋转，搅破薄膜后，两种成分互相混合，立即发生化学反应，其凝胶时间可按设计要求在十几秒到几小时准确调控。

在安装锚杆时，应严格按照锚固剂的技术特征进行操作。

表8—2为树脂锚固剂主要技术特征。

表8—2树脂锚固剂主要技术特征

型号

凝胶时间／min

固化时间／min

搅拌时间／min

备注

CK

0.5～1.0

≤5

10～15

超快型

K

1.5～2.5

≤7

10～l5

快型

Z

3.0～6.0

≤12

25～30

中型

M

10～20

≤30

30

慢型

（4）钻孔、锚杆、树脂药卷直径的合理匹配。

锚杆支护的目的是控制巷道围岩变形破坏，使巷道围岩保持稳定。

锚杆锚固力的大小直接关系到其控制围岩变形的能力。

为了使锚杆获得最大的锚固力，并且能够顺利安装，煤巷锚杆钻孔直径应为28mm。

当使用无纵筋左旋螺纹钢锚杆时，钻孔直径与锚杆直径之差应在4～10mm之间，最佳值为5～6mm；

当使用带纵筋螺纹钢筋锚杆时，钻孔直径与锚杆直径之差应在6～12mm之间，最佳值为7～8mm。

树脂药卷直径与钻孔直径之差为5mm左右。

3.锚杆支护施工安全注意事项

（1）巷道锚杆支护施工必须有作业规程，并且严格按作业规程的规定组织施工。

（2）锚杆眼必须按作业规程要求的间距和排距布置，锚杆至迎头的间距必须小于锚杆的设计排距。

（3）打眼前，必须敲帮问顶，撬掉活矸，按规定架设临时支护，严禁空顶作业。

钻眼时应按事先确定的眼位标志处钻进。

钻完后应将眼内的岩粉和积水吹（掏）干净。

（4）锚杆眼应做到当班打的眼当班锚。

锚杆的外露长度要符合作业规程的规定，一根锚杆上不允许上两个托板或螺帽。

（5）锚杆眼必须按照规定角度打眼，不得打穿皮眼或沿顺层面、裂缝打眼。

（6）使用树脂锚杆时应用防护手套，未固化的树脂药包和固化剂具有毒性和腐蚀性，应避免与皮肤接触。

破损的药包应及时处理，严禁树脂药包接触明火。

（7）锚杆安装时的预应力必须符合作业规程的规定，否则将可能导致重大事故的发生。

例如：

1990年10月1日，某矿西三采区12304副巷掘进工作面发生了一起大面积冒顶重大事故。

冒顶区24根水泥锚杆中脱落17根，当场死亡6人。

事故原因是该矿处在推广锚杆支护的初期，对锚杆支护的原理认识不清，作业人员没能按要求操作，安装锚杆时，几乎所有螺帽都没有拧紧，造成大面积冒顶。

（二）喷射混凝土支护

喷射混凝土是将水泥、砂、石子按一定比例混合搅拌后，送入混凝土喷射机中，用压缩空气将干拌和料送到喷头处，在喷头的水环处加水后，高速喷射到巷道围岩表面，起到支护作用的一种支护形式和施工方法；

是一种不用模板，没有浇注和捣固工序的快速、高效的混凝土施工工艺。

喷射混凝土支护具有及时、密贴、早强、封闭的特点。

根据使用机具或施工方法的不同，喷射混凝土大致可分为干式喷射法、半湿式喷射法和湿式喷射法。

目前，使用较多的是半湿式喷射法，半湿式喷射法采用的是潮料。

潮料就是先将喷射混凝土的骨料在地面或井下矿车内用水浇透，停放最少10小时以上，其含水率保持在7％～8％，然后按水泥配比拌和过筛即称为潮料。

使用潮料可以使喷射混凝土各工序操作地点的粉尘浓度大大降低。

1.喷射混凝土支护作用原理

（1）支撑作用。

喷射混凝土支护具有良好的物理力学性能，特别是抗压强度较高，可达20MPa以上，因此能起到支撑作用。

又因其中掺有速凝剂，使混凝土凝结快，早期强度高，紧跟掘进工作面起到及时支撑围岩的作用，有效地控制了围岩的变形和破坏。

（2）充填作用。

由于喷射速度很高，混凝土能及时地充填围岩的裂隙、节理和凹穴，大大提高了围岩的强度。

（3）隔绝作用。

喷射混凝土层封闭了围岩表面，完全隔绝了空气、水与围岩的接触，有效地防止了风化潮解而引起的围岩破坏与剥落；

同时，由于围岩裂隙中充填了混凝土，使裂隙深处原有的充填物不致因风化作用而降低强度，也不致因水的作用而使原有的充填物流失，使围岩保持原有的稳定性和强度。

（4）柔性支护作用。

喷射混凝土的粘结力大，同时喷层较薄，具有一定的柔性，它既能和围岩粘贴在一起产生一定量的共同变形，使喷层中的弯距大为减小，甚至不出现张应力，又能对围岩变形加以控制。

2.喷射混凝土支护安全施工注意事项

（1）在使用喷射机前，应对其进行全面检查，发现问题及时处理。

喷射机要专人操作。

处理机械故障时必须切断电源、风源。

送风、送电时必须通知有关人员，以防发生事故。

（2）初喷前，要先敲帮问顶，清除危岩活石，以保证作业安全。

初喷应紧跟迎头，喷体支护的端头距工作面的距离必须符合作业规程的规定。

（3）喷射中发生堵管时，应停止作业。

处理堵塞的喷射管路时，在喷枪口的前方及其附近，严禁有其他人员，以防突然喷射和管路跳动伤人。

疏通堵管采用敲击法。

（4）在斜井和巷道中使用的长距离钢管或塑料管要定期转动，使其磨损均匀。

作业中要经常检查输料管和出料弯头处有无磨薄、击穿现象，发现问题及时处理。

（5）较高巷道喷顶时，要搭设可靠的工作台或用机械手喷射。

喷射手应配两人，一人持喷头喷射，一人辅助照明并负责联络、观察顶板及喷射情况，以确保安全。

（6）向喷射机送料人员要站在安全地点。

斜巷悬车上料时，车下方必须设挡车柱。

（7）喷射机必须保持密封性能良好，防止漏风和粉尘飞扬，加强工作面通风。

（8）喷射作业中粉尘的来源主要是水泥和砂粒中的矽尘飞扬。

长期吸入粉尘，会危害工人的身体健康。

凡从事喷射作业的人员，必须佩戴劳动保护用品。

喷射前应开启降尘设备和设施。

（三）锚喷联合支护

1.锚杆喷射混凝土支护

对比较破碎的、节理裂隙发育比较明显的岩层，巷道掘进后围岩稳定性较差，容易出现局部或大面积冒落，一般应采用锚杆喷射混凝土支护。

这种支护方式既能充分发挥锚杆的作用，又能充分发挥喷射混凝土的作用，两种作用相结合，有效地改进了支护的效能，因而得到广泛应用。

一般情况下，爆破后应首先及时初喷混凝土封闭围岩，紧接着打入锚杆，随后在一定距离内复喷到设计厚度。

2.锚杆喷射混凝土金属网联合支护

对于特别松软破碎和断层带，或围岩稳定性差、受爆破震动较大的巷道，宜选用锚、喷、网联合支护。

设置金属网的主要作用是防止收缩而产生裂隙，抵抗震动，使混凝土应力均匀分布，避免局部应力集中，提高喷射混凝土支护能力。

金属网用托板固定或绑扎在锚杆端头，为便于施工和避免喷射混凝土时金属网背后出现空洞，金属网格不应小于200mm×

200mm。

喷射厚度一般不应小于100mm，以便将金属网全部覆盖住，并使金属网至少有20mm厚的保护层。

3.钢架喷射混凝土联合支护

在软岩巷道中，掘进后先架设钢架，允许围岩收敛变形，基本稳定后再进行喷射混凝土支护，把钢架喷在里面，有时也打一些锚杆，控制围岩变形。

这样，钢架自身仍保持相当的支护能力，同时，被喷射混凝土裹住后又起到了“钢筋加固”的作用，而喷射混凝土层有一定的柔性，对围岩基本稳定后的变形量也可以适应。

四、锚索支护

（一）锚索支护原理

传统的锚索支护一般适合于煤矿井下大断面硐室和巷道的补强和加固。

锚索钻孔和吨位一般较大，而且采用注浆锚固，不适用于回采巷道的施工。

小孔径树脂锚固预应力锚索加固技术是近年来研制和开发的一种适合煤巷掘进期间按正规循环施工的支护技术。

其最大特点是采用树脂药卷锚固，通过专用装置可以像安装普通树脂锚杆一样用锚索搅拌树脂药卷对锚索锚固端进行加长锚固，其安装孔径仅为28mm左右，用普通单体锚杆机即可完成打孔、安装。

预应力锚索加固围岩的实质，就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，由于锚索的锚固点在深部稳定岩层中，根据悬吊理论，使下部不稳定岩层通过锚索悬吊在上部稳定岩层中，起到了悬吊顶板的作用，同时由于锚索预紧力作用，对已有锚杆支护的下部岩层进行组合、加固。

锚索能有效地控制顶板下沉，减少支架、锚杆受力，使群体支护达到良好的效果。

小孔径预应力锚索主要用在破碎、复合顶板回采巷道，放顶煤开采沿煤层底板掘进的巷道，软弱和压力较高的回采巷道，以及大跨度开切眼和巷道交岔点。

小孔径预应力锚索一般不单独作为巷道支护方式，往往与锚杆支护一起形成一种联合支护方式，锚索能够起到补强的作用。

（二）锚索主要支护参数

钻孔直径28～30mm

锚索直径15～24mm

最大长度8m

最大锚固力260kN

预紧力120～230kN

锚固长度1200～1600mm

锚索材料包括索体、索具和托板；

索具配套机具有高压防爆电动油泵（或手动泵）、张拉千斤顶、锚索尾部切割器等。

（三）锚索操作要求

1.施工前的准备

（1）施工设备的检查。

施工前要备齐钢绞线、锚固剂、托盘、索具等支护材料和锚杆钻机、套钎、锚索专用驱动头、张拉油缸、高压油泵、锚索尾部切割器、注浆泵等专用机具及常用工具。

（2）锚杆钻机的检查。

锚杆钻机打眼前应检查以下内容：

①检查所有操作控制开关，所有开关都应处在“关闭”位置。

②检查油雾器工作状态，确保油雾器充满良好的润滑油。

③清洁风水软管，检查其长度及与锚杆机连接情况。

④检查锚杆机械是否完好。

⑤检查是否漏水，及时更换水密封。

⑥安装钻杆前检查钻头是否锋利，检查钻杆中孔是否畅通，严禁使用弯曲的钻杆打眼。

（3）检查工作面的安全情况。

打锚索眼前应敲帮问顶，检查施工地点的围岩和支护情况。

并根据锚孔设计位置要求，确定眼位，做出标志。

2.锚索的安装

（1）打锚索眼的操作要求。

①竖起钻机把初始钻杆插到钻杆接头内，观察围岩，定好眼位，使钻机和钻杆处于正确位置。

钻机开眼时，要扶稳钻机，先升气腿，使钻头顶住岩面，确保开眼位置正确。

②开钻。

操作者站在操作臂长度以外，分腿站立保持平衡。

先开水，后开风。

开始钻眼时，用低转速，随着钻孔深度的增大，调整到合适转速，直到初始锚孔钻进到位。

在软岩条件下，锚杆机用高速钻进，要调整气腿推进力，防止糊眼；

在硬岩条件下，锚杆机用低速钻进要缓慢增加气腿推进力。

③退钻机，接钻杆，完成最终钻孔。

④锚索眼必须与巷道岩面垂直，眼深误差为±

50mm，偏差为±

l50mm。

⑤锚索打眼完后，先关水，再停风。

⑥按要求打注浆孔。

（2）安装、锚固锚索。

①检查锚索眼及注浆孔质量，不合格的及时处理。

②把锚索末端套上专用驱动头、拧上导向管并卡牢。

③将树脂药卷用钢绞线送入锚索孔底，使用两个以上树脂药卷时，按超快、快、中速顺序自上而下排列。

④用锚