摘要：为解决煤巷断层区顶板破断引起的冒顶事故，在简述该事故危害的基础上，对其产生原因、机制进行深入分析，然后提出相应的支护对策，为相关人员提供参考，有效预防断层区煤巷顶板破断冒顶事故发生。

　　关键词：煤巷断层区；顶板破断；破断机制；破断原因；支护措施

　　在煤矿生产中，断层区是煤巷的常见部分，其顶板破断现象可能引起冒顶事故，造成人员伤亡，因此有必要在明确煤巷断层区顶板破断冒顶问题危害的基础上，确定其产生机制与具体原因，从而制定合理有效的支护对策[1]。

　　1断层区煤巷顶板破断问题

　　在煤矿生产过程中，作为五大灾害之一，顶板破断事故至少占总死亡人数的40%，由此造成的伤亡人数可达到所有事故的一半。不同事故诱发因素之间以断层构造的所占比重相对较大，而且断层区域还有可能导致整个顶板发生断裂与垮落，由此带来极大伤亡。基于此，必须加大对断层区域顶板的研究力度，明确其破碎现象的产生机制与原因，进而制定针对性支护对策，这对保证煤矿生产安全有重要现实意义，必须得到相关人员的高度重视。就现有资料而言，对该问题进行的分析研究还比较少，未能形成统一研究成果，大部分研究都将断层及其周围巷道围岩结构作为主要分析对象，并未将断层真正纳入到整个受力体系当中[2]。对此，在实际工作中有必要结合矿区断层区实际情况，在明确顶板冒落产生原因的基础上，建立专门的受力模型，通过分析确定顶板破断现象的产生机制。然后将相应的研究成果引入到具体支护方案编制过程，掌握现场可提供的最大生产能力，保证支护作业顺利完成，并达到满意的支护成效，从而减少或彻底杜绝顶板冒落。

　　2断层区煤巷顶板破断产生原因

　　根据断层区煤巷顶板断裂事故的具体案例，可以看出，断层区巷道发生明显变形断裂最终导致坍塌的具体原因主要有以下几点：

　　1)地质条件发生突变。由于地质条件复杂，中煤巷道在施工过程中经常面临地质结构的突变，尤其是在断层破碎带等复杂围岩条件急剧恶化的实际情况下。此时，常规支护方案无法满足突变发生后提出的支护围岩结构的基本要求，极大地增加了冒顶事故的发生概率，增加了后续施工的安全风险[3]。

　　2)未能明确断层区煤巷顶板产生破断现象的机制。在遇到断层结构后，因为顶板构造比较复杂和特殊，未能正确认识到顶板发生变形破断现象的具体机制，导致后续围岩支护方案设计存在很大的盲目性，这样显然无法达到理想的支护效果

　　3)未能指定有针对性的围岩结构支护方案和方法。在断层区发生顶板事故的主要原因为没有充分考虑地质突变现象和没有做好支护方案设计，导致最终的支护方案欠合理，使断层构造产生以后无法立即得到及时有效的支护，使支护不能在最佳时机完成，导致顶板在施工中产生很大的安全风险与隐患[4]。

　　3断层区煤巷顶板破断产生机制

　　煤巷从断层的其中已盘穿越到另外一盘，比较危险的实际情况为从下降盘沿水平方向掘进到上升盘，因此需将这种情况作为主要研究对象，当软弱顶板结构层的厚度增加时，会使原支护方案无法实现对顶板结构变形的有效控制，产生类似于悬臂梁的复杂结构，最终因为悬臂岩梁发生破断现象使整个结构体系失稳。根据现有相关研究成果，为便于分析，可建立一个专门的弹性模型，即根据弹性力学理论完成求解，使跨高比与深梁要求相符。因断层可以分为正断层与逆断层，所以需分别建立相应的力学模型。

　　如果地质条件发生突变，将进一步恶化顶板的地质条件，削弱支撑结构的强度，并导致该地区顶板变形，最终导致坍塌。不断的归纳和总结有关研究成果，如果巷道顶板处在断层处，则有很大概率于横断面上出现不同程度的变形及塌落|。

　　因此，有必要重点分析轴向纵断面屋盖结构的变形现象及其断裂机理。有机结合厚度较大的顶板和既有支撑结构以及质地较硬的顶板，可形成一个有很强自稳能力的变形体，起到防止损坏的作用。若巷道在断层破碎带范围内穿过，则会使断层面得到一定程度的活化，当断层面完成活化后，其强度将进一步降低，无法承受较大的拉力与剪力。此外，断层的走向和巷道自身轴线大角度直接相交。

　　通过上述分析可初步确定断层区巷道顶板发生破断失稳现象后的结果支护建议：第一，切实加大支护结构整体强度，通过下表面所受均布荷载来减小上表面均布荷载与下表面均布荷载的比值，以此起到减小顶板最大有效剪应力分布的作用；第二，及时进行支护，通过减小下表面长度起到减小有效支护顶板跨高比的作用，进而防止顶板产生较大的最大有效剪应力分布；第三，注重下表面的支护设计与施工，并尽可能改善支护效果，防止顶板出现从下开始发展到上部的剥离而导致失稳，此外还能起到预防和有效治理尖点破坏现象，进一步防止失稳现象的发生[6]；第四，改善现实情况中所用支护方式，可考虑缩减跨度以及充分发挥弹性梁具有的特点等方式，进而实现对顶板结构受力状态的有效改变；第五，对逆断层而言，可在采用以上支护方法的基础上，适当增加断层表面下部围岩结构支护强度；最后，按照先刚性结构、后柔性结构、在刚性结构以及先抵抗、后避让、再次抵抗等原则完成支护方案的编制，这样除了能保证支护结构发挥出预期成效，还能调动围岩结构自身承载能力。

　　4断层区煤巷顶板破断支护对策

　　通过以上深入分析断层顶板断裂的机理和原因，结合现场实际情况，可采取以锚索梁支护和极端断裂区注浆加固处理为主的整体支护策略。这种支护方法使用专门设计的锚索箱梁来达到预期的支护效果，其核心部件包括以下部分：箱形支护梁，截面形式为Ⅱ型和锚索压力环，其让压量可以达到50 mm、高预应力锚索，此外还配有一系列附属构件。

　　此支护方案能良好满足以顶板深梁理论为基础进行分析研究提出的各项支护要求，理论上能对正、逆两种断层结构进行有效支护，具体表现在以下几方面：第一，相较于传统的锚索或锚杆支护系统，该支护系统的支护反力更大，使自由端的支护荷载大幅增大，减小上表面均布荷载与下表面均布荷载的比值，以此起到减小顶板最大有效剪应力分布的作用；第二，锚梁在长锚索的作用下，将作用在顶部的力直接传递给上部的稳定岩层。在箱式支撑梁的协同作用下，促进直顶由静态固定结构向超静态固定结构转变，从而有效改善整体受力状态；第三，在箱式支撑梁的作用下，支撑系统将所有预应力锚索应用于直接顶板，有效地增加了保护的表面积和预应力的实际扩散范围，从根本上加强了整个顶板的保护面，提高了保护效果，避免了顶板剥落和失稳的现象，使顶板结构始终保持完整与可靠；第四，将该锚索箱梁结构设置好以后，即可进行传力支护，待围岩压力达到某种程度后进行变形让压，之后借助箱梁具有的作用进行强力支护。这样不仅能良好保留围岩完整性，防止其强度大幅降低，而且还能释放围岩结构中的能量，最大限度发挥出围岩具有的承载能力[7]；最后，对于断层区中存在的极破碎部位，通过注浆锚杆和锚索实现联合加固，以此进一步保证围岩结构的完整性，提高结构自身承载力，使顶板结构始终保持在稳定状态。在掘进支护过程中还要充分考虑跨高比和顶板破断之间的关系，在及时支护的基础上，尽量减小跨高比。

　　5结语

　　煤巷断层区顶板破断是导致冒顶事故发生的主要原因之一，以上对煤巷断层区顶板破断现场的产生机制、原因进行了初步分析与总结，并提出相应的支护对策，旨在为实际煤矿生产提供可靠技术参考，从根本上解决煤巷断层区顶板破断问题，杜绝由此造成的冒顶事故。

　　参考文献

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　　[2]龙御.基于微震监测技术的煤炭开采临断层区冲击矿压预测研究[J].矿产与地质，2021，35（2）：309-314.

　　[3]冯兴隆，苗元丰，李争荣，等.拉底过断层区喷锚支护巷道稳定性研究[J].采矿技术，2021，21（1）：58-62.

　　[4]江辉，楚芹，崔禹婷.地震动脉冲参数对近断层区深水桥墩动力响应的影响分析[J].铁道学报，2015，37（8）：80-90.

　　[5]马董伟，陆晓春，陈德海，等.地震勘探在浅基岩断层区断层调查中的应用[J].工程地球物理学报，2015，12（4）：525-529.

　　[6]王沉，屠世浩，屠洪盛，等.采场顶板尖灭逆断层区围岩变形及支架承载特征研究[J].采矿与安全工程学报，2015，32（2）：182-186.

　　[7]蒋树屏，李鹏，林志.穿越活动断层区隧道的抗断设计对策[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2008，27（6）：1034-1036.