頂板淋水軟巖巷道圍巖控制技術(shù)研究

郝曉輝

（山西汾西中興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 交城 030500）

引言

錨網(wǎng)索支護(hù)常應(yīng)用于巷道圍巖控制技術(shù)中，但是當(dāng)掘進(jìn)巷道所在區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、圍巖為軟巖且存在頂板淋水時(shí)，采用常規(guī)的支護(hù)技術(shù)難以確保巷道圍巖穩(wěn)定[1-4]。為此，眾多的學(xué)者對復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道圍巖控制技術(shù)展開研究，其中姚強(qiáng)嶺等對巷道導(dǎo)水原因進(jìn)行分析，并根據(jù)巷道圍巖、地質(zhì)條件對支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)場應(yīng)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(hù)影響進(jìn)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(jīng)驗(yàn)借鑒。本文以山西某礦2506工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)為工程背景，對軟巖淋水巷道圍巖控制技術(shù)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(yùn)輸巷沿著5號煤底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)掘進(jìn)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(wǎng)支護(hù)。

5號煤層頂?shù)装鍘r為承載能力低以及裂隙相對發(fā)育的泥巖、砂質(zhì)泥巖，頂板砂巖含水層中含有一定量的裂隙水。2506運(yùn)輸巷掘進(jìn)至450 m位置時(shí)頂板出現(xiàn)淋水問題，淋水量為4.6 m3/h，巷道圍巖變形量增加。支護(hù)采用的錨網(wǎng)索出現(xiàn)銹蝕、頂板下沉量增加。

2 圍巖變形原因分析

2506運(yùn)輸巷圍巖為承載能力以及強(qiáng)度較低的泥巖、砂質(zhì)泥巖，在掘進(jìn)至450 m位置圍巖變形量較大的主要原因是頂板淋水。根據(jù)現(xiàn)場情況，圍巖變形量大原因主要為：

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

2）2506運(yùn)輸巷圍巖為泥巖、砂質(zhì)泥巖，在水作用下圍巖裂隙發(fā)育，承載力進(jìn)一步降低，隨著涌水時(shí)間增加頂板泥巖、砂質(zhì)泥巖出現(xiàn)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(yán)重銹蝕錨桿、錨索以及金屬網(wǎng)，降低支護(hù)體系整體強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致錨網(wǎng)索失效，從而使得圍巖變形量增加。

3 圍巖支護(hù)技術(shù)

從上述分析發(fā)現(xiàn)頂板淋水、圍巖為強(qiáng)度及承載能力較低的泥巖、砂質(zhì)泥巖是導(dǎo)致巷道圍巖變形量較大的主要原因。為了確保巷道圍巖穩(wěn)定，首先需要解決頂板淋水問題，然后通過增加巷道支護(hù)強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)圍巖穩(wěn)定。為此，提出的支護(hù)措施為：頂板裂隙水疏排+圍巖支護(hù)加固+預(yù)應(yīng)力錨桿（索）支護(hù)。

3.1 疏排頂板涌水

2506運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)迎頭布置疏排水鉆孔對頂板裂隙水進(jìn)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(jìn)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(dǎo)水裂隙

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

在巷道掘進(jìn)至頂板淋水位置時(shí)，采用注漿方式對導(dǎo)水裂隙進(jìn)行封堵。由于圍巖本身為遇水膨脹的泥巖、砂質(zhì)泥巖，為此選用化學(xué)注漿材料對圍巖導(dǎo)水裂隙進(jìn)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(jìn)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(jìn)完成后即在表層噴射厚度50 mm混凝土，支護(hù)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(yōu)化預(yù)應(yīng)力錨桿（索）支護(hù)

對巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具體優(yōu)化后的支護(hù)斷面見圖2所示。支護(hù)使用的錨索長度增加至6 300 mm，同時(shí)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(hù)使用的錨索間排距均設(shè)計(jì)為2 000 mm，錨桿間排距均設(shè)計(jì)為1 000 mm。在頂板使用梯子梁、金屬網(wǎng)等提高巷道支護(hù)強(qiáng)度。

圖2 預(yù)應(yīng)力錨桿（索）支護(hù)示意圖（單位：mm）

4 支護(hù)效果分析

在2506運(yùn)輸巷應(yīng)用疏排水、注漿以及強(qiáng)化圍巖支護(hù)等方式控制頂板淋水段圍巖變形，現(xiàn)場應(yīng)用后巷道掘進(jìn)期間頂板不在出現(xiàn)淋水，巷道頂?shù)装?、兩幫變形量分別在40 mm、49 mm以內(nèi)。

5 結(jié)論

1）2506運(yùn)輸巷掘進(jìn)至450 m位置圍巖變形量較為嚴(yán)重。分析發(fā)現(xiàn)圍巖變形量主要原因?yàn)轫敯辶芩?、圍巖松軟承載力低以及本身支護(hù)強(qiáng)度不足等因素影響。因此，對巷道淋水水源進(jìn)行疏排，并綜合使用封堵導(dǎo)水裂隙、表層裂隙以及強(qiáng)化巷道圍巖支護(hù)強(qiáng)度等措施可有效控制圍巖變形。

2）依據(jù)2506運(yùn)輸巷實(shí)際條件對疏排水鉆孔布置參數(shù)、注漿以及表層噴漿參數(shù)、預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)索參數(shù)等進(jìn)行設(shè)計(jì)。現(xiàn)場應(yīng)用后，巷道掘進(jìn)期間未再出現(xiàn)淋水問題，同時(shí)頂?shù)装?、巷幫變形量被控制?0 mm、49 mm，圍巖控制效果較好。