盘区集中巷破碎顶板注浆加固技术研究

王风琨

（霍州煤电集团亿隆煤业，山西 霍州 031400）

赵庄二号井井田范围内地质构造复杂，断层、陷落柱、破碎带等地质构造十分发育，煤体物理力学性质条件恶化，巷道支护难度逐步增加。2103盘区集中巷服务年限约10年，掘进后一个月，突然出现顶板剧烈下沉，短时间内下沉量超过300mm，顶板下沉破碎，给投入使用造成较大安全隐患。本文针对2103集中巷破碎顶板展开研究，分析顶板下沉破碎原因，制定锚索补强和注浆加固方案。

1 工程背景

赵庄二号井2103巷为盘区集中巷，开口位置在西轨大巷北帮，位置见图1，巷道掘进后1个月内，，距离西轨大巷280m～550m范围，顶板出现急剧破碎、下沉现象，短时间内下沉量达300mm，然后趋于稳定。矿方提供地质资料显示，直接顶为砂质泥岩，厚度0.78m；直接顶为粉砂岩，厚度6m。

2103集中巷宽度5m，高度3.4m，顶板采用锚网索联合支护，每排6根锚杆，间距900mm，紧靠巷帮的锚杆距帮350mm，排距1000mm。顶锚索每排两根，间距2m，排距3m，呈“二·○·○·二”布置，靠近巷帮的锚索距帮1.6m。

图1 巷道位置关系图

2 顶板下沉原因分析

2.1 顶板岩性分析

采用ZDY800煤矿用全液压坑道钻机，配套50mm钻杆，75mm岩芯管和84mm金刚石取芯钻头，在2103盘区集中巷顶板破碎区，向顶板进行垂直打孔取芯，取芯深度10m，取芯数量2个。

岩芯取出后，送至岩石力学实验室，打磨加工成标准试样后，进行成分分析和物理力学参数测定，部分岩石试样如图2所示。

图2 部分标准试样

测定结果：1#岩芯砂质泥岩厚度3.7m，以上6.3m为粉砂岩；2#岩芯砂质泥岩厚度3m，以上7m为粉砂岩。砂质泥岩抗拉强度平均值为1.955MPa，单轴抗压强度平均值为12.5MPa，坚固性系数平均值为2.934，粘结力为14.428MPa，内摩擦角为29.4°，属于软岩；粉砂岩抗拉强度平均值为4.923MPa，单轴抗压强度平均值为159.60MPa，坚固性系数平均值为15.9，粘结力为32.77MPa，内摩擦角为47.1°。属于极坚硬类岩石

由测定结果可以看出，此区域顶板砂质泥岩厚度约3m～3.7m，与矿方提供顶板正常区域的0.78m差别较大，且砂质泥岩岩性弱，是顶板发生下沉的根本原因。

2.2 顶板锚索受力监测

在顶板锚索上安装MCS-400型锚索测力计，监测锚索受力状况，发现破碎区域顶板锚索平均受力在400kN以上，且部分锚索已经发生破断，说明顶板锚索支护强度严重不足，是顶板发生下沉的主要原因。

3 顶板注浆加固方案

3.1 顶板锚索补强

在距离西轨大巷巷口280～550m顶板破碎范围顶板进行锚索补强，在原两排锚索之间补打两排，每排三根，长度8.4m，呈“二·三·三·二”布置，补强后支护示意见图3。

图3 顶板锚索补强支护示意图

锚索采用1×19股高强度低松弛预应力钢绞线，Φ22mm，树脂加长锚固。顶锚索长度8.4m，锚固长度1970mm，预紧力不小于250kN。

3.2 顶板注浆

首先对顶板进行钻孔窥视，窥视深度10m，窥视结果表明：顶板上方0～3m离层、裂隙十分发育，顶板上方3～5.5m裂隙较少，5.5m以上没有发现裂隙，因此确定注浆钻孔垂直深度为5.5m。

顶板注浆钻孔布置：钻孔排距3m，每排3个，中间钻孔沿巷道中线，垂直于巷道倾向，与顶板水平方向夹角75°（方向指向巷道往里），两帮钻孔开孔位置均距离巷帮1m，仰角均为75°，孔深均为6m，孔径75mm。如图4所示。

图4 顶板注浆钻孔布置示意图

3.3 效果考察

锚索补强及注浆加固实施后，通过6个月的巷道变形量观测，发顶板下沉量不超过10mm，顶板下沉得到显著控制；通过顶板锚索测力计观测，锚索受力平均280kN且未发生明显变化；通过顶板锚索拉拔试验，锚固力均可达到35MPa以上。综上观测结果，顶板得到控制，不再发生明显变化。

4 结 论

1）通过顶板取芯、顶板锚索受力测试，发现顶板砂质泥岩厚度增大、锚索支护强度不足是2103集中巷顶板发生突然下沉、破碎的主要原因；

2）制定了顶板锚索补强方案，在钻孔窥视的基础上，进行了注浆钻孔设计；

3）效果考察表明，锚索补强和注浆加固后，顶板下沉量显著减小，锚索锚固力足够，受力均匀，顶板控制效果明显。