泥质顶板大断面煤巷围岩稳定性控制技术

贾韶华

（潞安集团李村煤矿，山西 长治 046600）

1 工程概况

潞安集团李村煤矿1306 工作面北为1302 工作面、南为二采区2310 工作面、西为一采区大巷、东为井田边界煤柱，工作面上部地面多为耕地，地表平坦。1306 工作面开采3 号煤层，埋深均为500 m，煤层倾角平均4°，厚度平均在5.0 m； 一次采全高，循环进度0.8 m，日循环6 个；工作面区域内断层等构造较少，结构简单。1306 工作面运输巷断面为矩形，净宽5.2 m、净高3.4 m，采用综掘机掘进，其顶底板岩性特征见表1。

1306 运输巷在掘进过程中揭露的地质构造较简单，但巷道上方顶板存在较大厚度的泥岩与粉砂岩互层现象，吸水性强，整体状态较松散，受掘进扰动影响对巷道成型控制要求较高；巷道横跨宽度较大，一般支护方式对顶板形成承载整体的效果不明显，软弱顶板及两帮煤壁容易发生变形破坏；工作面资源量可采期达半年，运输巷成型后服务年限较长，对巷道稳定性提出了更高的要求。因此，1306 运输巷在掘进期间的围岩控制稳定性研究显得尤为必要。

表1 1306 运输巷顶底板岩性特征

2 1306 运输巷软弱顶板破碎机理分析

1306 运输巷直接顶为砂质泥岩与粉砂岩的层状互层，受地应力、构造应力和采动影响，其变形力学行为十分复杂，变形破坏方式有的沿结构面滑动，有的使结构面进一步张开，有的又形成了新的结构面，见图1。

1306 运输巷直接顶的松散状态，使得巷道顶板不能有效形成完整承载体，其破坏过程主要可以分为：①顶板冒落，上方岩层产生水平运动，互相剪切形成厚度较小的薄层；②薄层逐渐脱落形成较大空洞，上方顶板逐渐弯曲破断，不断挤压周围煤岩体；③周围煤岩体继续变成松散破碎状态，重复上述过程造成恶性循环。1306 运输巷埋深较大，煤岩体受地应力影响较严重，5.0 m厚的煤层，采动扰动更加剧了软弱顶板的破坏，造成层状岩体迅速破断，水平应力增大造成顶板挠曲变形，进而对巷道维护造成更大的难度。

图1 软弱互层顶板破坏形式

因此，在1306 运输巷围岩控制上，应着重提高顶板与两帮的综合承载能力，采用“帮顶同治”的方法来强化围岩控制效果。具体而言，需要强化巷道顶板与两帮的协同效果，既要充分发挥顶板整体承载的强度，又要保障两帮不会出现松软现象。巷道围岩承载整体性可通过锚网索支护来实现，而围岩强度增加则可以通过注浆加固的方式进行，从而达到1306 运输巷围岩的“帮顶同治”效果。

3 1306 运输巷围岩控制技术

3.1 巷道围岩联合支护技术

根据泥质软弱顶板破碎机理，1306 运输巷掘进期间围岩支护方式采用锚网索联合支护，支护方案及部分参数见图2。顶板支护：锚杆杆体为Ф20 mm×3 000 mm螺纹钢，间排距为800 mm×800 mm；树脂锚固剂型号为1 支MSCK2335 和1 支MSK2360；锚杆以巷道中心线对称布置，两侧顶角杆体与垂直方向成15°向外打设，施加预紧力矩不小于400 N·m，托盘型号为120 mm×120 mm×12 mm。锚索索体为Φ18.9 mm×7 300 mm钢绞线，间排距为1 300 mm×1 600 mm；树脂锚固剂型号为1 支MSCK2335 和3支MSK2360；索体为“三花”布置，全部垂直顶板以巷道中心线对称打设，平托盘型号300 mm×300 mm×16 mm，施加预紧力不小于350 kN。两帮支护：帮部仅采用锚杆支护，锚杆型号及间排距与顶部锚杆体相同，煤帮上下两根杆体与水平方向成15°分别斜向上和斜向下安设，所有杆体对称布置。菱形网单片规格2 000 mm×1 000 mm，网孔边长50 mm，单片搭接长度100 mm，彼此紧密相连；W型钢带尺寸为宽250 mm、厚3.0 mm，顶部钢带长度为5.0 m，两帮长度为3.2 m，钢带要与锚杆索接触密实。

图2 支护参数布置

3.2 破碎围岩注浆加固技术

1306 运输巷由于断面跨度较大，采用锚网索联合支护方式在普通构造或受动压影响较小时的效果较好，但如果遇到构造带或受较大回采扰动造成围岩破碎程度进一步加剧时，还需要对破碎围岩段进行注浆加固。根据相邻矿井工程实践，1306 运输巷确定采用顶板浅部注浆孔和深部注浆锚索结合的方式、在煤柱帮采用注浆锚索的方式进行加固处理，见图3。注浆材料为具有高水速凝特性的马丽散，水灰比确定为1.5∶1；注浆孔压力不大于2.0 MPa、深孔锚索可稍大一点。注浆管直径22 mm，钻孔深度2 500 mm，间排距1 600 mm×1 600 mm，每排两根以中心线对称布置； 顶板注浆锚索直径为22 mm，长度8 300 mm，间排距1 600 mm×1 600 mm，每排三根对称布置，两侧两根索体分别与垂直方向成20°；煤柱帮采用的注浆锚索直径为22 mm，长度为5 300 mm，间排距1 400 mm×1 600 mm，以巷帮中线对称布置，上下索体分别与水平方向成10°安设。

图3 注浆加固方案

3.3 工程应用效果分析

1306 运输巷在采用上述联合支护与注浆加固方式后，从掘进进尺30 m处开始布置测站，每50 m布置一个，共布置11 个，监测巷道段长度为500 m，监测时间6 个月。每个测站除布置表面位移监测计外，还在2 m、6 m位置分别布置浅基点与深基点离层监测仪，监测数据见表2。选取其中数值最大与最小的测站7 与测站11 的巷道表面位移变化见图4。

表2 监测数据汇总

图4 1306运输巷围岩控制效果

经过长时间监测，1306 运输巷顶板最大下沉量为73 mm，两帮最大移近量为147 mm；顶板最小下沉量为38 mm，两帮位移量最小量为52 mm，围岩变形量均在可控制范围内，巷道两帮及顶板都处于稳定状态。监测前20d巷道整体处于应力重新分布期，围岩变形逐渐增加但变形速率逐渐减小，之后表面位移变化逐渐趋于稳定，变形量增加幅度很小。根据深基点与浅基点顶板离层情况看，浅部离层量最大19 mm、深部离层量最大33 mm，可见1306 运输巷顶板整体维护较好，不会出现较大变形破坏情况。

4 结语

李村煤矿1306 工作面运输巷顶板为泥岩软弱夹层，在掘进服务期间，巷道顶板容易产生破坏变形难以控制。根据软弱顶板破坏机理确定采用锚杆索联合支护与注浆加固方式进行“帮顶同治”综合控制，其中注浆加固分别采取浅部注浆孔与深部注浆锚索综合方式。1306 运输巷现场表面位移监测显示巷道变形速率逐渐减小，监测20d后基本趋于稳定，1306 运输巷的围岩控制效果良好。