尹愛新

（山西潞安集團潞寧煤業(yè)有限責任公司，山西 寧武 036700）

巷道頂板含水層水是影響煤礦巷道穩(wěn)定性的主要因素之一。由于采動貫通水力通道，裂隙水和空區(qū)水與巷道圍巖長期接觸，巷道易產(chǎn)生片幫、冒頂?shù)葒乐氐南锏雷冃纹茐膯栴}，直接威脅到了礦井的安全生產(chǎn)。本文以潞寧煤礦31102工作面回風巷為研究對象，通過分析該巷道上部2#煤層與3#煤層之間的砂巖裂隙含水層水的特征，采用理論分析計算、現(xiàn)場實測等研究手段，對巷道含水頂板條件下圍巖穩(wěn)定性與水影響機理以及該類巷道控制技術展開研究，以達到安全生產(chǎn)的目的。

1 工程背景

潞寧煤礦屬于潞安礦業(yè)集團公司。目前，該礦主要開采侏羅紀2#和3#煤層，開采深度在300～550m，采用斜井開拓。31102工作面回風巷位于大同組第二段的三亞段中上部2#煤層之下，上距2#煤層27.10～35.88m，平均32.11m，整體位于22102采空區(qū)及部分22104采空區(qū)下部。巷道斷面為矩形，長4.2m，寬2.5m。具體的頂?shù)装迩闆r如表1所示。

影響31102工作面回風巷頂板穩(wěn)定性的主要因素之一是2#煤層與3#煤層之間的砂巖裂隙含水層水。該含水層水補給條件差，水頭較高，流量小，屬多年貯存下來的水。由于受掘進活動影響，裂隙水與巷道圍巖產(chǎn)生水-巖作用，導致裂隙發(fā)育，圍巖強度降低，巷道出現(xiàn)變形，對煤礦的安全造成了一定的影響。

表1 巷道頂?shù)装宓刭|情況分布表

2 水砂巖頂板巷道失穩(wěn)機理

根據(jù)有關含水巷道工程地質資料及巷道頂板變形破壞特征等研究成果可知，礦井水不僅弱化了巷道頂板強度，甚至引起巷道頂板錨固結構的變形失穩(wěn)。巷道水資源對頂板巖石強度的弱化原理如圖1所示。

圖1 含水巷道頂板強度弱化原理

（1）巷道開挖后原巖應力重新分布，巷道圍巖內出現(xiàn)應力集中，當這種應力大小超過了巖體本身的承載能力時便發(fā)生破壞，巷道圍巖會產(chǎn)生塑性變形并向深處擴展發(fā)生破裂并產(chǎn)生裂隙，這些裂隙連通了基本頂含水層。

（2）由于砂巖直接頂含有的大量吸水性黏土礦物在水的侵蝕作用下改變了巖石的物理力學性質，使得巖石的剛度和強度降低。

（3）在現(xiàn)場觀測時發(fā)現(xiàn)錨固劑在淋水的作用下，粘結強度降低，導致錨桿承載性能弱化，從而引起了31102工作面回風巷頂板失穩(wěn)。

3 含水砂巖頂板巷道支護

基于31102工作面回風巷含水砂巖頂板巷道失穩(wěn)的機理，首先對巷道頂板布置合理的疏水孔，降低礦井水對圍巖的弱化作用；其次采用錨桿（索）封孔、注漿加固等技術可以提高巷道圍巖的穩(wěn)定性；與此同時，高強度的支護材料能夠有效地強化圍巖弱面，控制巷道圍巖破壞范圍，實現(xiàn)含水頂板巷道的穩(wěn)定性控制。

3.1 巷道控制方案

（1）合理布置疏水孔。首先應對31102工作面回風巷進行專門的地質勘探，得知頂板含水層水的分布范圍及規(guī)律，采用布置探水鉆孔的手段科學放水，以減少含水層水對巷道頂板的侵蝕弱化作用。

（2）巷道圍巖封孔、加固技術。首先通過增加 31102工作面回風巷頂板錨桿（索）的錨固長度，利用樹脂錨固劑凝固后的特性封堵鉆孔，并隔絕空氣；其次，再利用注漿封堵錨固區(qū)域裂隙的技術提高支護強度，發(fā)揮錨固圍巖體的自承載性能，從而提升巷道圍巖穩(wěn)定性。

（3）錨桿（索）支護技術。由于砂巖吸水后會產(chǎn)生高膨脹應力，這就要求錨桿在支護時具有一定的剛度和延伸性，以此來提高巷道頂板的支護效能，減少巷道圍巖變形與破壞。同時，重視錨索的補充加強支護作用，將錨桿支護形成的次生承載體與含水層上部穩(wěn)定巖層連接在一起，形成較為穩(wěn)定的承載結構。

3.2 巷道支護參數(shù)

采用經(jīng)驗公式取值、理論計算等方法對31102工作面回風巷頂板及兩幫的錨桿（索）支護參數(shù)進行設計，初步確定頂板巷道支護采用錨桿、錨索組合支護系統(tǒng)。具體參數(shù)如圖2所示。

圖2 31102回風巷錨桿（索）支護參數(shù)

（1）巷道頂板支護

頂板每排采用Φ22-M24-2000mm的高強度螺紋鋼錨桿5根，間排距為950mm×1100mm。采用樹脂藥卷加長錨固，每根錨桿采用一支K2335型藥卷在上和一支Z2360型藥卷在下的錨固方式進行錨固。所有錨桿配套使用Φ24mm尼龍阻尼墊圈、球型墊和托板，托板規(guī)格為150mm×150mm×12mm的鋼托板，拱高不小于36m。垂直巷道頂部打設鋼絞線錨索補強，錨索為Φ22mm，1×19股高強度低松馳預應力鋼絞線，錨索配套安設防墜掛鉤或用雙股鐵絲吊掛。

（2）巷道兩幫支護

兩幫每排采用Φ22-M24-2000mm的高強度螺紋鋼錨桿5根，間排距為1000mm×1100mm。采用樹脂藥卷加長錨固，每根錨桿采用一支K2335型藥卷在上和一支Z2360型藥卷在下的錨固方式進行錨固。所有錨桿配套使用Φ24mm尼龍阻尼墊圈、球型墊和托板，托板規(guī)格為150mm×150mm×12mm的鋼托板，拱高不小于36mm。

4 巷道控制效果

為檢驗31102工作面回風巷頂板控制方案的合理性，對巷道圍巖變形情況進行現(xiàn)場調研。根據(jù)現(xiàn)場實測結果分析可知31102工作面回風巷頂板巷道自采用科學的控制方案以來，巷道圍巖的穩(wěn)定性得到明顯提高，巷道變形量小，且在較短時間內基本趨于穩(wěn)定，保證了巷道整體穩(wěn)定性。同時，也充分說明錨桿（索）支護設計是科學的、合理的，能夠滿足巷道支護的要求。

5 結論

（1）通過對31102工作面回風巷的含水頂板失穩(wěn)分析及現(xiàn)場實測，揭示了含水頂板巷道失穩(wěn)的機理。研究發(fā)現(xiàn)，砂巖在吸水后產(chǎn)生高膨脹應力及錨固劑的粘結強度降低，導致錨桿（索）的承載能力大幅下降，引起頂板垮落并發(fā)生冒頂事故。

（2）針對含水巷道頂板失穩(wěn)機理，提出了含水巷道頂板控制的技術措施。通過合理布置疏水孔、錨桿（索）支護技術等控制方案不僅提高了巷道支護的穩(wěn)定性和安全程度, 而且改善了井下作業(yè)環(huán)境,為礦井高產(chǎn)高效創(chuàng)造了良好條件。

（3）錨桿（索）支護技術在含水砂巖頂板運用后,巷道圍巖控制效果較好，巷道基本未出現(xiàn)變形，充分說明該支護設計是科學的，對于相同地質條件下巷道控制具有參考和借鑒價值。