頂板淋水軟巖巷道圍巖控制技術研究

郝曉輝

（山西汾西中興煤業有限責任公司，山西 交城 030500）

引言

錨網索支護常應用于巷道圍巖控制技術中，但是當掘進巷道所在區域內地質構造復雜、圍巖為軟巖且存在頂板淋水時，采用常規的支護技術難以確保巷道圍巖穩定[1-4]。為此，眾多的學者對復雜地質條件下巷道圍巖控制技術展開研究，其中姚強嶺等對巷道導水原因進行分析，并根據巷道圍巖、地質條件對支護方案進行設計，現場應用后有效控制了巷道圍巖變形；楊天鴻等對圍巖涌水給巷道支護影響進行分析。上述研究成果為淋水軟巖巷道圍巖控制提供了寶貴經驗借鑒。本文以山西某礦2506工作面運輸巷掘進為工程背景，對軟巖淋水巷道圍巖控制技術展開研究。

1 2506工作面概況

2506工作面回采5號煤層，厚度3.1 m、埋深245 m、傾角2~6°。2506運輸巷沿著5號煤底板掘進，設計掘進長度806 m，斷面為矩形（寬、高分別為4.5 m、3.0 m），巷道采用錨網支護。

5號煤層頂底板巖為承載能力低以及裂隙相對發育的泥巖、砂質泥巖，頂板砂巖含水層中含有一定量的裂隙水。2506運輸巷掘進至450 m位置時頂板出現淋水問題，淋水量為4.6 m3/h，巷道圍巖變形量增加。支護采用的錨網索出現銹蝕、頂板下沉量增加。

2 圍巖變形原因分析

2506運輸巷圍巖為承載能力以及強度較低的泥巖、砂質泥巖，在掘進至450 m位置圍巖變形量較大的主要原因是頂板淋水。根據現場情況，圍巖變形量大原因主要為：

1）隨著巷道的不斷掘進，圍巖應力重新分布，頂板裂隙與上覆砂巖含水層裂隙相聯通，使得頂板裂隙水沿著裂隙向巷道內涌出，頂板出現一定程度淋水。

2）2506運輸巷圍巖為泥巖、砂質泥巖，在水作用下圍巖裂隙發育，承載力進一步降低，隨著涌水時間增加頂板泥巖、砂質泥巖出現一定程度膨脹變形問題，從而加劇頂板下沉量。

3）頂板裂隙水中呈弱酸性，從錨桿、錨索孔中外滲過程中會嚴重銹蝕錨桿、錨索以及金屬網，降低支護體系整體強度，嚴重時甚至導致錨網索失效，從而使得圍巖變形量增加。

3 圍巖支護技術

從上述分析發現頂板淋水、圍巖為強度及承載能力較低的泥巖、砂質泥巖是導致巷道圍巖變形量較大的主要原因。為了確保巷道圍巖穩定，首先需要解決頂板淋水問題，然后通過增加巷道支護強度來實現圍巖穩定。為此，提出的支護措施為：頂板裂隙水疏排+圍巖支護加固+預應力錨桿（索）支護。

3.1 疏排頂板涌水

2506運輸巷頂板淋水水源為上覆砂巖裂隙水，本身該含水層富水性中等，僅局部位置可能存在影響巷道掘進問題，通過布置合理的疏排水鉆孔即可有效降低該含水層含水量，從而降低甚至杜絕掘進巷道頂板淋水問題。若采用定向鉆孔疏排頂板裂隙水則存在投入大問題，為此，提出在掘進迎頭布置疏排水鉆孔對頂板裂隙水進行疏排，具體鉆孔布置形式見下頁圖1所示。布置的疏排水鉆孔終孔與巷道頂板高度為10 m，控制巷道掘進外輪廓線10 m位置，鉆孔傾角控制在45°~60°。

圖1 迎頭疏排水鉆孔布置示意圖

3.2 封堵圍巖導水裂隙

為降低淋水對圍巖圍巖強度弱化影響，提出采用圍巖支護、封堵錨桿(索)鉆孔以及表層噴漿等方式封堵導水裂隙。

在巷道掘進至頂板淋水位置時，采用注漿方式對導水裂隙進行封堵。由于圍巖本身為遇水膨脹的泥巖、砂質泥巖，為此選用化學注漿材料對圍巖導水裂隙進行封堵，具體選用礦井常用的馬麗散注漿材料。

巷道圍巖控制使用的錨桿、錨索孔施工完畢后，在錨桿頂部、底部位置分別使用錨固劑進行錨固，從而避免裂隙水沿著錨桿、錨索孔外滲。

巷道開挖掘進完成后即在表層噴射厚度50 mm混凝土，支護體系施工完成后再噴射厚度50 mm混凝土，通過封堵表層裂隙來控制巷道圍巖變形。

3.3 優化預應力錨桿（索）支護

對巷道支護參數進行優化，具體優化后的支護斷面見圖2所示。支護使用的錨索長度增加至6 300 mm，同時巷幫角位置錨桿均有一定外插角，從而有效控制圍巖變形。支護使用的錨索間排距均設計為2 000 mm，錨桿間排距均設計為1 000 mm。在頂板使用梯子梁、金屬網等提高巷道支護強度。

圖2 預應力錨桿（索）支護示意圖（單位：mm）

4 支護效果分析

在2506運輸巷應用疏排水、注漿以及強化圍巖支護等方式控制頂板淋水段圍巖變形，現場應用后巷道掘進期間頂板不在出現淋水，巷道頂底板、兩幫變形量分別在40 mm、49 mm以內。

5 結論

1）2506運輸巷掘進至450 m位置圍巖變形量較為嚴重。分析發現圍巖變形量主要原因為頂板淋水、圍巖松軟承載力低以及本身支護強度不足等因素影響。因此，對巷道淋水水源進行疏排，并綜合使用封堵導水裂隙、表層裂隙以及強化巷道圍巖支護強度等措施可有效控制圍巖變形。

2）依據2506運輸巷實際條件對疏排水鉆孔布置參數、注漿以及表層噴漿參數、預應力錨網索參數等進行設計?，F場應用后，巷道掘進期間未再出現淋水問題，同時頂底板、巷幫變形量被控制在40 mm、49 mm，圍巖控制效果較好。