泥岩夹矸复合顶板稳定性控制技术研究及应用

李振环

（兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿，山东 菏泽 274705）

1 概述

赵楼煤矿7303 综放工作面东邻一采区与七采区边界，距一采区1304 工作面最近距离为120 m；南距设计的7305 工作面140～145 m；西距七采区回风巷220 m，距二集辅助巷下段174.8 m；北邻7301 工作面，设计沿空煤柱4.5 m。7303 工作面所采3 煤层煤厚6.4～8.2 m，平均7.2 m，内生裂隙发育，f为0.8～2.3，平均1.6。7303 切眼采用先导后刷的方式进行施工，巷道净宽8.8 m，净高3.8 m，设计采用锚网索配合29U 型钢梁联合支护，沿巷道走向支设两路液压单体支柱进行加强支护。巷道顶板采用Φ22 mm×2400 mm 的MSGLW-500 高强度螺纹钢锚杆，锚杆间排距为730 mm×800 mm；巷道帮部采用Φ20 mm×2000 mm 的MSGLW-500高强度螺纹钢锚杆，排距800 mm；顶板施工Φ22 mm×6200 mm 锚索进行加强支护，间排距为1600 mm×1600 mm。

2 切眼复合顶板控制难点分析

7303 切眼导硐顶板为3 煤夹矸层，岩性为泥岩，其上为3上煤，围岩强度低，完整性差，锚索无法锚固于3 煤顶板砂岩层位，不能达到兖矿煤巷锚杆支护技术规范中“锚索设计锚固力不小于180 kN，设计长度应确保锚固到稳定岩层中的长度≥1.0 m”的要求，巷道稳定性受到严重威胁。

综合分析该段巷道围岩变形监测数据，发现巷道顶板3 煤夹矸与3 煤界面处离层量大，该薄弱面为巷道顶板稳定性控制的关键因素，后续补强支护方案重点是改善结合面处岩石力学性质。在观测阶段，巷道顶板变形量持续增加，说明巷道原有支护体系不能满足巷道稳定性要求，顶板锚杆无法控制巷道顶板3 煤夹矸及3 煤层之间离层。根据悬吊理论分析，整体控制巷道顶板稳定的关键因素为顶板锚索，后续补强支护方案中高强度预应力锚索是确保巷道顶板稳定的关键控制点，锚索长度也应该在原支护方案的基础上适当增加，确保锚固端穿越顶板围岩离层发育区。对观测到的离层区及其附近围岩进行注浆充填，改善顶板围岩松碎区围岩力学性质也是预防巷道进一步变形的关键。

根据采区地应力实测数据，巷道施工位置最大水平主应力35.5 MPa，方向与该巷道近似垂直，对巷道稳定性也是一大不利因素。

3 切眼复合顶板控制

综合以上分析，切眼巷道补强支护的关键包括两点，分别为：采用大长度高强锚索将支护体系与深部稳定岩层联系为一个整体；采用注浆工艺改善围岩力学参数，提高巷道围岩自身抗形变能力。具体支护参数及形式如图1、图2，详细支护要求如下：

图2 全锚补强加固支护平面图（mm）

1）对巷道顶帮变形收缩部分处理，保证切眼矩形断面净宽不小于8.8 m，净高不小于3.8 m。

2）采用全长锚注支护技术进行补强加固，采用高强度中空注浆锚索，MZM-70 型高强无机注浆料作为巷道煤岩松碎体改性材料。注浆时采用多轮顺序注浆方式，将相邻的注浆锚索分为两组，先对其中一组锚索注浆，待浆液扩散半径稳定后，再对另一组注浆锚索开展注浆作业，提升注浆效果，减少巷道表面破碎岩体漏浆量，提升深部围岩浆液压力，提升支护效果。

3）顶板采用高强度注浆锚索长度8300 mm，间排距2000 mm×1600 mm，每排2 根，配合规格为300 mm×300 mm×16 mm 的锚索托盘使用，每根锚索使用一支CKb2350 和两支K2370 型锚固剂，配套钻孔直径42 mm。

4）注浆参数：采用MZM-70 型高强无机注浆锚固料作为注浆材料，水料比为1:3.5，注浆压力不低于7 MPa，注浆时机为中空注浆锚索施工完成后3～5 d 内。

4 应用效果分析

在7303 切眼靠近运顺侧80 m 处施工窥视孔，验证注浆材料扩散效果。窥视孔选在注浆锚索中间位置，距离最近的注浆锚索间距不小于1.0 m。采用窥视仪进行窥视，明显可以发现注浆材料有效填充了巷道顶板内部裂隙，增加了巷道顶板的完整性。

在7303 切眼补强支护段及原始支护段分别安设测点1、测点2，观测巷道围岩变形情况如图3。

图3 实测顶板下沉量图

分析图3 数据，采用高强度注浆锚索补强支护地点，巷道顶板下沉量快速稳定，施工后第17 天巷道变形量为50 mm，第23 天变形量为81 mm，基本达到稳定，观测期内最大下沉量85 mm。未采用高强度注浆锚索补强支护的原始支护地点，第55天巷道变形量为69 mm，第90 天巷道变形量为120 mm。在观测期内巷道变形量未达到稳定状态，最大下沉量199 mm，且有持续增大的趋势，说明巷道支护强度不足以满足实际需求，需要对巷道进行进一步补强支护。

5 结语

通过在泥岩夹矸复合顶板巷道的现场试验，中空注浆锚索注浆改性支护技术可有效改善泥岩夹矸复合顶板巷道围岩力学性质，提高巷道围岩自身承载能力，为矿井顶板安全管理和后期安全高效回采创造了有利条件。