泥巖夾矸復合頂板穩定性控制技術研究及應用

李振環

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 菏澤 274705）

1 概述

趙樓煤礦7303 綜放工作面東鄰一采區與七采區邊界，距一采區1304 工作面最近距離為120 m；南距設計的7305 工作面140～145 m；西距七采區回風巷220 m，距二集輔助巷下段174.8 m；北鄰7301 工作面，設計沿空煤柱4.5 m。7303 工作面所采3 煤層煤厚6.4～8.2 m，平均7.2 m，內生裂隙發育，f為0.8～2.3，平均1.6。7303 切眼采用先導后刷的方式進行施工，巷道凈寬8.8 m，凈高3.8 m，設計采用錨網索配合29U 型鋼梁聯合支護，沿巷道走向支設兩路液壓單體支柱進行加強支護。巷道頂板采用Φ22 mm×2400 mm 的MSGLW-500 高強度螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為730 mm×800 mm；巷道幫部采用Φ20 mm×2000 mm 的MSGLW-500高強度螺紋鋼錨桿，排距800 mm；頂板施工Φ22 mm×6200 mm 錨索進行加強支護，間排距為1600 mm×1600 mm。

2 切眼復合頂板控制難點分析

7303 切眼導硐頂板為3 煤夾矸層，巖性為泥巖，其上為3上煤，圍巖強度低，完整性差，錨索無法錨固于3 煤頂板砂巖層位，不能達到兗礦煤巷錨桿支護技術規范中“錨索設計錨固力不小于180 kN，設計長度應確保錨固到穩定巖層中的長度≥1.0 m”的要求，巷道穩定性受到嚴重威脅。

綜合分析該段巷道圍巖變形監測數據，發現巷道頂板3 煤夾矸與3 煤界面處離層量大，該薄弱面為巷道頂板穩定性控制的關鍵因素，后續補強支護方案重點是改善結合面處巖石力學性質。在觀測階段，巷道頂板變形量持續增加，說明巷道原有支護體系不能滿足巷道穩定性要求，頂板錨桿無法控制巷道頂板3 煤夾矸及3 煤層之間離層。根據懸吊理論分析，整體控制巷道頂板穩定的關鍵因素為頂板錨索，后續補強支護方案中高強度預應力錨索是確保巷道頂板穩定的關鍵控制點，錨索長度也應該在原支護方案的基礎上適當增加，確保錨固端穿越頂板圍巖離層發育區。對觀測到的離層區及其附近圍巖進行注漿充填，改善頂板圍巖松碎區圍巖力學性質也是預防巷道進一步變形的關鍵。

根據采區地應力實測數據，巷道施工位置最大水平主應力35.5 MPa，方向與該巷道近似垂直，對巷道穩定性也是一大不利因素。

3 切眼復合頂板控制

綜合以上分析，切眼巷道補強支護的關鍵包括兩點，分別為：采用大長度高強錨索將支護體系與深部穩定巖層聯系為一個整體；采用注漿工藝改善圍巖力學參數，提高巷道圍巖自身抗形變能力。具體支護參數及形式如圖1、圖2，詳細支護要求如下：

圖2 全錨補強加固支護平面圖（mm）

1）對巷道頂幫變形收縮部分處理，保證切眼矩形斷面凈寬不小于8.8 m，凈高不小于3.8 m。

2）采用全長錨注支護技術進行補強加固，采用高強度中空注漿錨索，MZM-70 型高強無機注漿料作為巷道煤巖松碎體改性材料。注漿時采用多輪順序注漿方式，將相鄰的注漿錨索分為兩組，先對其中一組錨索注漿，待漿液擴散半徑穩定后，再對另一組注漿錨索開展注漿作業，提升注漿效果，減少巷道表面破碎巖體漏漿量，提升深部圍巖漿液壓力，提升支護效果。

3）頂板采用高強度注漿錨索長度8300 mm，間排距2000 mm×1600 mm，每排2 根，配合規格為300 mm×300 mm×16 mm 的錨索托盤使用，每根錨索使用一支CKb2350 和兩支K2370 型錨固劑，配套鉆孔直徑42 mm。

4）注漿參數：采用MZM-70 型高強無機注漿錨固料作為注漿材料，水料比為1:3.5，注漿壓力不低于7 MPa，注漿時機為中空注漿錨索施工完成后3～5 d 內。

4 應用效果分析

在7303 切眼靠近運順側80 m 處施工窺視孔，驗證注漿材料擴散效果。窺視孔選在注漿錨索中間位置，距離最近的注漿錨索間距不小于1.0 m。采用窺視儀進行窺視，明顯可以發現注漿材料有效填充了巷道頂板內部裂隙，增加了巷道頂板的完整性。

在7303 切眼補強支護段及原始支護段分別安設測點1、測點2，觀測巷道圍巖變形情況如圖3。

圖3 實測頂板下沉量圖

分析圖3 數據，采用高強度注漿錨索補強支護地點，巷道頂板下沉量快速穩定，施工后第17 天巷道變形量為50 mm，第23 天變形量為81 mm，基本達到穩定，觀測期內最大下沉量85 mm。未采用高強度注漿錨索補強支護的原始支護地點，第55天巷道變形量為69 mm，第90 天巷道變形量為120 mm。在觀測期內巷道變形量未達到穩定狀態，最大下沉量199 mm，且有持續增大的趨勢，說明巷道支護強度不足以滿足實際需求，需要對巷道進行進一步補強支護。

5 結語

通過在泥巖夾矸復合頂板巷道的現場試驗，中空注漿錨索注漿改性支護技術可有效改善泥巖夾矸復合頂板巷道圍巖力學性質，提高巷道圍巖自身承載能力，為礦井頂板安全管理和后期安全高效回采創造了有利條件。