庞庞塔煤矿回采巷道顶板防治水技术研究

郝 海 涛

（霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿，山西 临县 033200）

0 引 言

对煤炭资源经过持续多年的大规模开采，赋存条件较好的煤炭资源已日益枯竭，而埋藏较深、赋存条件较差的煤炭资源则逐渐成为了我国开采的主要对象[1]，有时巷道不可避免的布置于具有弱富水性的地质构造带当中，受此影响巷道顶底板围岩条件急剧恶化，涌水量增加，若不对其进行及时治理，极有可能发生重大的安全事故[2]，造成难以挽回的损失，因此针对巷道围岩的防治水技术众多学者对此展开了详细研究[3-4]。

庞庞塔煤矿9- 3012 巷道在掘进过程中揭露一弱富水性区域，顶板淋水量急剧增加，底板积水严重，同时局部地区顶板下沉明显，两帮移近量较大，现有支护方式不能对巷道围岩稳定性形成较好的控制，为了保证回采工作面的采掘正常交替，对处于弱富水性区域巷道段的支护进行优化已成为了该矿当前急需解决的首要任务。

1 工程概况

庞庞塔煤矿9- 301 工作面所采煤层主要为9#煤层，该工作面埋深达到了550m，工作面沿走向布置沿倾向推进，其中工作面走向布置长度为150m,推进长度为1450m，采高为3m，采用综合放顶煤一次采全高的方法对9# 煤层进行回采，该工作面所采用的液压支架型号主要为ZF12000/22/35，共计101 架。9- 3012 巷道为9- 301 工作面的回采巷道，该巷道主要负责通风以及行人，净宽4.5m，净高3m，采用锚网梁+ 锚索支护，顶部选用φ20×2000mm 左旋螺纹钢高强锚杆，每排布置5 根，间排距为900mm×1000mm，巷道最外侧锚杆与竖直方向的夹角为15°，其余锚杆均垂直于顶板布置。顶板锚索在距巷道中心左右两侧900mm 处分别布置一根，排距为1000mm，锚索采用φ17.8×L6300mm的预应力钢绞线。帮部锚杆每排布置3 根锚杆，间排距为 1200mm ×1000mm， 顶锚杆距离顶板300mm，锚杆型号与顶板一致。在支护过程中锚杆统一施加预紧力65kN，锚索统一施加预紧力125kN。巷道支护断面如图1 所示。

该巷掘进总长度达到了1650m，巷道掘进至距开口位置740m 处时揭露一已探明的弱富水性区域，布置于该富水性区域中的9- 3012 巷道段预计达到了180m，巷道围岩稳定性受此富水性区域的影响，顶板淋水量较大，锚网索腐蚀严重，且多次出现返修，巷道破坏特征如图2 所示。

图1 巷道断面支护图

图2 锚网索腐蚀图

2 巷道顶板淋水来源

9- 3012 巷道揭露弱富水性区域时顶板淋水现象严重，根据该矿的水文地质资料显示，顶板水主要来源于大气降水以及附近河流的水流补给，同时巷道顶板深部存在着灰岩含水层，该灰岩富水性较弱，单位涌水量为0.038～0.096L/s.m。淋水段巷道顶板条件较差，受掘进扰动影响顶板围岩裂隙得到一定程度的发育，进而形成导水裂隙带，为顶板淋水创造了条件。

3 现场实测

3.1 巷道顶底板围岩力学参数测试

掌握淋水段巷道顶底板围岩的物理力学性质，对于探明巷道的破坏原因并对原支护方案进行优化具有重要意义。在巷道淋水段选取合适的位置打钻取芯，并将所取岩芯带回实验室通过岩石力学试验机对其力学参数进行测试，测试结果如表1 所示。

由表1 可知巷道的直接顶为泥岩和泥质灰岩，岩层厚度分别为2.5m 和4.3m，其中泥岩的抗压强度仅为18.4MPa，强度偏低，泥质灰岩的抗压强度则为25.67MPa，该岩层强度与泥岩相比有所提高。老顶则为细粒砂岩和炭质泥岩，厚度较厚，分别达到了8.5m 和10.4m，在测试过程中发现直接顶和老顶围岩中微小裂隙较为发育，该巷直接底和老底则分别为泥岩和粉砂岩。

表1 淋水段巷道顶底板围岩物理力学参数统计表

3.2 巷道顶板围岩矿物组分测试

顶板围岩的矿物组分对于巷道围岩稳定性同样具有重要影响，本文采用多功能X 射线衍射仪对所取顶板岩芯的矿物组分进行了测试，将测试所得的结果统计于表2 中。

表2 顶板围岩矿物组分测试结果

由表2 可知淋水段巷道顶板含有较多的高岭石、白云母以及石英，同时还含有少量的黄铁矿以及斜长石。其中高岭石遇水易膨胀，白云母、斜长石遇水则易水解，若顶板淋水现象严重则会给该巷的支护带来巨大挑战。

3.3 淋水顶板巷道原位拉拔测试

顶板的淋水现象必然会对锚杆（索）的锚固性能造成影响，为了探明淋水对其的影响大小，本文对淋水和非淋水条件下巷道锚杆（索）的锚固力进行了原位拉拔测试，并将所测得的数据统计于表3之中。

表3 9- 3012 巷道富水性区域段锚杆（索）锚固力检测结果

由表3 中的测试数据可知非淋水区段巷道顶板锚杆锚固力、左帮锚杆锚固力、右帮锚杆锚固力与淋水区段的巷道相比分别高出其值30.2%、4.7%以及5%，非淋水区段巷道锚索的锚固力与淋水区段巷道的相比则高出其值25.3%。由此可知顶板锚杆（索）的锚固力受淋水影响出现了一定程度的下降，帮锚杆的锚固力受淋水现象的影响较小。

4 巷道破坏原因分析

通过上述分析，可将淋水段巷道的变形破坏原因归结为如下几点：

1）顶板水主要来源于大气降水以及附近河流的水流补给，同时巷道顶板深部存在着富水性较弱的灰岩含水层，而该段巷道顶板围岩条件较差，在掘进扰动等因素影响下裂隙易发育，进而形成导水裂隙。

2）巷道直接顶中有一层2.5m 厚的泥岩，该岩层强度偏低，且矿物组分测试结果表明顶板围岩中含有较多的白云母、高岭石，遇水易膨胀软化，加速了巷道的变形破坏。

3）顶板锚杆（索）的锚固力受淋水影响下降明显，不能对顶板形成有效的支护。

4）巷道整体的支护强度偏低，帮部围岩不能对顶板形成较强的承载作用，同时顶板浅部围岩在锚杆（索）的作用下不能进行有效的加固组合。

5）没有对顶板水进行及时排放。

5 治理措施研究

1）为了更好的对顶板含水层中的水以及裂隙水进行排放，在掘进过程中布置疏水钻孔，疏水钻孔呈扇形布置，钻孔垂距不高于1.5m，钻孔平距为3m，疏水孔的直径为75mm。为了对顶板岩层中的水进行充分排放，疏水孔在浅部、深部交替布置，依据裂隙带的发育高度以及含水岩层的位置，疏水孔孔深最深为60m，其次为50m，最浅则为30m，钻孔与巷道轴向的夹角处于20°～60°范围内，止水套管则采用硬PVC 管，具体的疏水孔布置示意图如图3 所示。

图3 疏水钻孔布置示意图

2）对巷道的原支护方案进行相应优化，其中顶板锚杆在原方案的支护基础上排距缩短至900mm，长度加长至2500mm，直径加粗至22mm。锚索长度则加长至7000mm，直径加粗至21.6mm，排距缩减至900mm。帮部锚杆每排布置4 根，间排距缩减为800mm×900mm，锚杆型号同顶板一致，在支护过程中锚杆预紧力统一提高至85kN，锚索预紧力提高至160kN，优化后的巷道支护断面如图4 所示。

图4 优化后的巷道断面支护图

3）在掘进过程中若遇到顶板破碎带，可采取注浆加固的措施对其进行治理，注浆材料可选用马丽散，该材料具有粘度低、渗透性强、抗压性能高，反应后形成泡沫不易溶于水等优点，能够快速的封堵裂隙水，注浆压力不宜超过3MPa，注浆孔深度以及直径视具体情况而定。

4）巷道通过富水性区域后支护方案可采用原支护方案。

6 工程监测

治理措施实施后在新掘的巷道段中选取合适的位置布置测站，对其围岩变形进行了为期30 天的现场监测，监测结果显示9- 3012 巷道在治理措施治理下两帮移近量仅有74mm，顶板下沉量仅有56mm，单个锚索眼水量由原来的7.8m3/h 下降至1.5m3/h，减少了80.8%，顶板涌水量较大的现象得到了有效控制，巷道围岩稳定性显著提升。

7 结 论

1）淋水段巷道直接顶泥岩强度偏低，裂隙发育，且顶板围岩含有较多的白云母、高岭石，吸水易膨胀、软化，锚杆（索）锚固力受淋水影响下降明显，巷道整体支护强度偏低，不能形成有效的支护结构，在上述因素的共同影响下巷道围岩破坏严重。

2）针对巷道的变形破坏原因，本文提出了相应的治理措施，工程监测结果表明新掘巷道在治理措施的治理下围岩变形较小，顶板淋水较大的现象得到了有效抑制，满足矿井的正常安全生产。