锚杆支护事故案例

1.非稳定岩层变厚超过锚杆(索)长度

非稳定岩层是指对顶板岩层变形破坏起控制作用的软岩(煤)及中硬岩层。此类事故共发生48起，占调查事故总数的29. 63 %，其中直接顶板泥岩层厚变大超过锚杆(索)长度的发生冒顶事故39起，占调查事故总数的20. 07%；煤层顶板层厚变大超过锚杆(索)长度的发生冒顶事故2起。常见的非稳定岩层有泥岩、砂质泥岩、泥质胶结的粉砂岩和煤层，当支护不当时，极易导致顶板冒落。

某矿12208运输巷宽3. 6 m，中高2. 4 m，采用Φ20 mm×2 200 mm高强锚杆，间排距为800 mm×800 mm；采用Φ15.24 mm×5.5 m锚索，锚固深度5. 0 m，间距3. 6 m。2003年2月4日发生一起长7. 8 m，宽3. 6m，高4. 5 ～5 m的大规模冒顶事故。根据现场收集的资料看，冒落带直接顶板泥岩厚度由设计时的4. 4 m变为6. 3 m，锚杆、锚索均未锚入稳定岩层中。事故巷道的冒顶特征如图2-1所示。

图2-1非稳定岩层变厚超过锚杆长度导致冒顶

2.稳定岩层变薄

 稳定岩层是指对顶板岩层稳定起控制作用的硬岩层。此类事故共发生19起，占调查事故总数的11. 73 ％。例如，某矿戊9－22140切眼宽6 m，中高3. 2 m，采用Φ20 mm×2 200 mm高强锚杆，间排距为800 mm×800 mm；采用Φ15. 24 mm×6. 5 m锚索，锚固深度6. 0 m，间距2.4m。2002年11月27日，发生一起长40 m、宽6 m,高6. 5 m的大规模冒顶事故。事故巷道的冒顶特征如图2-2所示。

当切眼刷大尚剩8 m时，发现中部顶板有掉碴现象，两帮有片帮现象，随即在下平巷安全出口向上25～65 m处发生冒落，顶板冒落至其上的10＃煤层，6. 5 m长的锚索随顶板冒落被拔出。至中班18时，又向上冒落20 m，总长达60 m，从冒落现场来看，9与10＃煤层间7～9 m厚粉砂岩变为冒落时的4. 06 m，稳定岩层变薄，使锚索锚固段位于10＃煤层弱面中，大大降低了锚索的锚固承载作用。

图2-2硬岩层变薄导致冒顶

3.顶板一定范围内出现软弱夹层

此类事故共发生32起，占调查事故总数的19. 75％。软弱夹层层厚一般在几毫米至几十毫米之间，而普通锚杆无法将其纳入锚固范围之内，此类顶板条件极易诱发顶板垮落。例如，某矿E2－704回风巷宽4. 2 m，中高2. 8 m，顶板采用Φ20 mm×200 mm、巷帮采用Φ18 mm×2 000 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为700 mm×700 mm。2002年4月23日，掘进工作面直接顶板泥岩与基本顶砂岩间突然出现50 mm厚的一层煤线，在掘进后7天(距掘进工作面29 m)，发生长9. 4 m，宽4. 2 m，高2. 35 m的大规模冒顶。事故巷道的冒顶特征如图2-3所示。

图2-3软弱夹层导致巷道冒顶

4.顶板出现小断层

对已揭露出的小断层支护不当导致的冒顶事故共发生15起，占调查事故总数的9.26％。如：某矿43下01轨顺宽4. 3 m，中高3. 0m，采用Φ20 mm×2 200 mm螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×800mm。锚索规格：Φ15.24 mm×6.5 m，锚固深度6. 0 m，间距2. 4 m。2001年5月8日，发生一起长5. 7 m、宽4. 3 m、高3 m的大规模冒顶事故。在该事故中，冒顶区顶板锚杆全部随着冒落岩层掉落，造成3人死亡。事故巷道冒顶特征如图2-4(a)、(b)所示。

 冒顶区距迎头1. 7 m，冒落体积85 m3，现场锚索空锚7. 6 m。该冒顶区内有落差0. 9 m及1.0 m的复合断层，顶板泥岩厚度3 m,顶板岩石破碎，裂隙发育，未打锚索段除迎头两排锚杆外均已冒落，冒落体周边岩体呈近似自然拱。

图2-4 小断层支护不当导致的冒顶事故

 平面图；(b)剖面图

5.巷道附近出现隐含小断层

巷道附近一定范围内的隐含小断层直接导致的冒顶事故共发生10起，占调查事故总数的6.17％。例如，某矿1106工作面运输巷宽2. 8 m，中高2. 5 m，采用Φ20 mm×2 400 mm螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×800mm。1999年7月23日，发生了一起长8.3 m、最大宽度5 m、高4 m的大规模冒顶事故。事故巷道冒顶特征如图2-5(a)、(b)所示。

通过对冒顶区进行调查，发现该段上帮有一个隐含小断层，断层与巷道斜交，倾角为20°～25°，落差0. 6 m，断层面十分光滑，巷道顶板所打5根2. 4 m长锚杆端头刚好锚在断层下盘断层面附近，加上该段岩层为泥岩、粉砂岩，本身就十分破碎，于是断层下盘沿断层面垮落，造成冒顶。

图2-5隐含小断层直接导致的冒顶事故(单位：m)

(a)平面图；(b)剖面图

6.节理发育

 由于地质构造运动的作用，岩层节理发育，多组节理互相切割，破坏了岩体的完整性，在支护不当时，极易导致大规模的楔形冒落。节理导致的冒顶事故共有7起，占调查事故总数的4. 32％。例如，某矿1122工作面下平巷宽3. 2m，中高2. 5 m，采用Φ20 mm×2 000 mm螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×800 mm。锚索规格：φ15. 24 mm×4. 5 m，锚固深度4. 0 m，双排锚索，间距2. 4m。2002年9月21日，连续发生了两起大的楔形冒落，冒落岩体长×宽×高为(20～30) m×(2. 8～3. 2) m×(0. 8～2. 5)m。冒落体断面形状为三角形，冒落面比较光滑。事故巷道的冒顶特征如图2-6所示。

 冒顶前，发现有部分锚杆失效(断裂)；冒顶后，部分锚索被拉断。事故后观测发现，由于煤层褶曲构造引起顶板局部变化，斜交节理发育，导致巷道顶板楔形冒落。

图2-6节理导致的冒顶事故

7.围岩出现镶嵌型结构

镶嵌型围岩结构多为锅底型、人字型、鱼背型、升斗型、长条型及草帽型等不规则形状、大小不等，当起支托作用的煤被采出，极有可能发生冒顶事故，其中，锅底矸引起的冒顶事故2起，古槽引起的冒顶事故1起，因陷落柱引起的冒顶事故1起，占调查事故总数的2.5％。例如，某矿1813下运料巷宽3. 2 m，中高2. 5 m，采用φ20 mm×2 000 mm螺纹钢锚杆，间排距为700 mm×700 mm。锚索规格：φ15. 24 mm×6. 0 m，锚固深度6. 0 m，单排锚索，间距3. 0 m。2001年6月24日，发生大规模冒顶，冒顶长10 m，宽3. 2 m，最大高度6m。事故巷道冒顶特征如图2-7所示。

冒顶事故的主要原因是巷道顶板出现具有裂隙弱面的“锅底矸”，当全部暴露后，已发生突然冒落。

图2-7“锅底矸”导致巷道冒顶

8.高地应力引起的冒顶

高地应力导致的冒顶事故发生4起。例如，某矿2302工作面切眼宽5. 8 m，中高2. 6 m，采用φ20 mm×2400 mm螺纹钢锚杆，间排距为700 mm×700 mm。锚索规格：φ15.24 mm×5.5 m，施工顺序为先掘进一宽3. 0 m巷道，然后再扩大到宽5. 8 m。2000年11月2日，发生一起长24 m、宽3. 0 m、高0. 7～3. 2 m的大规模冒顶事故。

事故巷道冒顶特征如图2-8所示。工作面总体为一向斜构造，切眼与向斜轴部平行相距8 m。在巷道掘进82 m(掘后2天)，距迎头6m左右发生大规模冒顶。冒顶前的典型征兆是锚索破断、听到啪啪的响声，并有多个锚杆尾部断裂，冒顶段共安设锚索20根，破断13根，另有5根悬在周边围岩上，但锚索锚具均已脱落。

事故发生后，通过现场测试及对有关资料、数据的计算分析得知，该切眼靠近向斜轴部，处于应力集中区。最大水平应力为18.5MPa，比其他地点高41％，为矿井范围内最高的。说明采用上述支护方式满足不了该高应力区域巷道支护。

图2-8 构造应力导致巷道冒顶

9.次生应力引起的冒顶

次生应力引起的冒顶几乎总会与上部或下部邻近面(层)的二次采动有关，或与未充分冒落的盘区产生的挤压或压力过载有关。由多煤层开采引起的次生应力或压力过载会造成底鼓、煤柱压人底板和顶板及切割顶板等各种形式的配合作用，支护不当时极易导致冒顶。此类冒顶事故共发生6起。例如，某矿S2－704工作面回风平巷宽5. 0 m，中高2. 6 m，采用φ20 mm×2 400 mm螺纹钢锚杆，间排距为700 mm×700 mm。锚索规格：15. 24 mm×5. 5 m，间距2. 4 m。2000年4月9日，发生一起长25 m、宽5. 0m、高2. 6～3. 5 m的大规模冒顶事故。事故巷道冒顶特征如图2-9所示。

S2－704综采工作面上临S2－702采空区，下临S2－706采空区，顶部有S2－406综采工作面正在回采。S2－406工作面与S2－704工作面层间距为14m左右，由厚层状泥岩和粉砂岩组成。S2－704工作面回风平巷与S2－702工作面运输平巷之间净煤柱尺寸为4m。S2－406工作面超前S2－704工作面80 m回采。冒顶位置距当时采煤工作面直线间距40 m，冒顶前围岩变形严重，顶板下沉0. 5m以上，两帮最大移近量为1..5 m，底板最大底鼓量为0. 8 m，维护比较困难。

冒顶事故的原因：S2－704工作面两侧均临采空区，形成孤岛工作面和应力集中区。回风平巷冒顶又受S2－406工作面和本工作面双重采动影响，采动引起的次生应力较大，加之直接顶较厚，岩性较为破碎。设计上，锚杆的长度(2. 4 m)不能满足强度要求，锚索(长度3. 8 m)虽有300～500 mm已锚入稳定岩层，终究数量较少，强度较低，冒顶区内的多数锚索被拉断而发生冒顶。

图2-9 次生应力导致巷道冒顶

10.地下水的影响

此类事故共发生6起。富水顶板中的水通过次生应力造成的围岩裂隙进入软及中硬岩层中，使岩石强度急剧下降，甚至发生崩解或体积膨胀。水可使岩石或裂隙间的摩擦系数和变形模量下降。地下水压力还有水楔作用，使裂隙内产生张力作用。地下水对岩体稳定性极为不利，因顶板水引发的大规模冒顶事故时有发生。

11.空气中的水分对顶板的软化

此类大规模冒顶事故发生2起。在潮湿的煤矿，空气中的水分对顶板的影响主要是使泥质岩类顶板岩石逐步软化或潮解，逐渐崩解，最后形成软泥状非固结状态。

例如，我国东北某特大型现代化矿区，1999年主采煤层为4－2 , 7－2煤层，锚杆支护煤巷比重占到65％。近年来随着煤巷锚杆支护比重增加，煤巷复合顶板“季节效应”问题越来越突出。每当进入炎热季节，煤巷顶板就发生潮解、鳞片剥落、片状掉落，锚杆尾端切(剪)断失效，甚至局部突发冒顶。其中锚杆尾端断裂失效率高达20％，占全年尾端断裂锚杆总量的95％。炎热季节冒顶事故占全年总量的98％。这一问题造成煤巷锚杆支护的比重明显下降。为扭转锚杆支护滑坡、徘徊的局面，该矿区于1999年开展了煤巷复合层顶板“季节效应”控制技术研究，提出强化非主应力面抗剪强度、抑制风化的复合技术，研制出该技术的核心—TFB－X锚杆，控制复合层顶板变形破坏“季节效应”，已取得了较好的效果。

12.未及时支护

 在巷道施工遇到构造带或巷道两帮片帮严重时，本应及时采取加强支护措施而由于种种原因未及时采取，从而导致冒顶事故。如遇断层带应采取打锚索或架棚作为加强支护措施，现场出现锚索已经安设而未及时张拉，随后导致冒顶。或已发现巷道顶板下沉量较大，应及时架棚维护而未及时架设导致冒顶。或两帮片帮严重，顶板跨度加大，而不及时补打锚杆或锚索导致冒顶等。此类大规模冒顶事故发生5起。

13.“三径”匹配不合理

 “三径”匹配不合理是指锚索或锚杆直径、孔径、锚固剂直径三径匹配不合理，尤其是孔径远大于锚索直径时，锚固剂未送至孔底、多半在孔深的一半处锚固，锚索张拉时初锚力也可达到设计要求，但锚索的深锚悬吊作用已大打折扣。由此导致的冒顶事故具有很大的隐蔽性，只有冒顶后才被发现。此类大规模冒顶事故发生2起。

14.施工中“偷工减料”

 如少装树脂药卷，将设计的3个树脂药卷改为1卷，造成锚固力不足；或截短锚杆，将2. 2 m锚杆截短为1. 6 m，正好该处有一弱面，引起冒顶。此类大规模冒顶事故发生2起。

15.锚固剂失效

 因锚固剂本身质量问题造成不凝固，或因安装过程中搅拌时间不足或过长造成锚固能力降低，从而导致锚杆支护失效。此类原因造成的冒顶事故1起。