尹爱新

（山西潞安集团潞宁煤业有限责任公司，山西 宁武 036700）

巷道顶板含水层水是影响煤矿巷道稳定性的主要因素之一。由于采动贯通水力通道，裂隙水和空区水与巷道围岩长期接触，巷道易产生片帮、冒顶等严重的巷道变形破坏问题，直接威胁到了矿井的安全生产。本文以潞宁煤矿31102工作面回风巷为研究对象，通过分析该巷道上部2#煤层与3#煤层之间的砂岩裂隙含水层水的特征，采用理论分析计算、现场实测等研究手段，对巷道含水顶板条件下围岩稳定性与水影响机理以及该类巷道控制技术展开研究，以达到安全生产的目的。

1 工程背景

潞宁煤矿属于潞安矿业集团公司。目前，该矿主要开采侏罗纪2#和3#煤层，开采深度在300～550m，采用斜井开拓。31102工作面回风巷位于大同组第二段的三亚段中上部2#煤层之下，上距2#煤层27.10～35.88m，平均32.11m，整体位于22102采空区及部分22104采空区下部。巷道断面为矩形，长4.2m，宽2.5m。具体的顶底板情况如表1所示。

影响31102工作面回风巷顶板稳定性的主要因素之一是2#煤层与3#煤层之间的砂岩裂隙含水层水。该含水层水补给条件差，水头较高，流量小，属多年贮存下来的水。由于受掘进活动影响，裂隙水与巷道围岩产生水-岩作用，导致裂隙发育，围岩强度降低，巷道出现变形，对煤矿的安全造成了一定的影响。

表1 巷道顶底板地质情况分布表

2 水砂岩顶板巷道失稳机理

根据有关含水巷道工程地质资料及巷道顶板变形破坏特征等研究成果可知，矿井水不仅弱化了巷道顶板强度，甚至引起巷道顶板锚固结构的变形失稳。巷道水资源对顶板岩石强度的弱化原理如图1所示。

图1 含水巷道顶板强度弱化原理

（1）巷道开挖后原岩应力重新分布，巷道围岩内出现应力集中，当这种应力大小超过了岩体本身的承载能力时便发生破坏，巷道围岩会产生塑性变形并向深处扩展发生破裂并产生裂隙，这些裂隙连通了基本顶含水层。

（2）由于砂岩直接顶含有的大量吸水性黏土矿物在水的侵蚀作用下改变了岩石的物理力学性质，使得岩石的刚度和强度降低。

（3）在现场观测时发现锚固剂在淋水的作用下，粘结强度降低，导致锚杆承载性能弱化，从而引起了31102工作面回风巷顶板失稳。

3 含水砂岩顶板巷道支护

基于31102工作面回风巷含水砂岩顶板巷道失稳的机理，首先对巷道顶板布置合理的疏水孔，降低矿井水对围岩的弱化作用；其次采用锚杆（索）封孔、注浆加固等技术可以提高巷道围岩的稳定性；与此同时，高强度的支护材料能够有效地强化围岩弱面，控制巷道围岩破坏范围，实现含水顶板巷道的稳定性控制。

3.1 巷道控制方案

（1）合理布置疏水孔。首先应对31102工作面回风巷进行专门的地质勘探，得知顶板含水层水的分布范围及规律，采用布置探水钻孔的手段科学放水，以减少含水层水对巷道顶板的侵蚀弱化作用。

（2）巷道围岩封孔、加固技术。首先通过增加 31102工作面回风巷顶板锚杆（索）的锚固长度，利用树脂锚固剂凝固后的特性封堵钻孔，并隔绝空气；其次，再利用注浆封堵锚固区域裂隙的技术提高支护强度，发挥锚固围岩体的自承载性能，从而提升巷道围岩稳定性。

（3）锚杆（索）支护技术。由于砂岩吸水后会产生高膨胀应力，这就要求锚杆在支护时具有一定的刚度和延伸性，以此来提高巷道顶板的支护效能，减少巷道围岩变形与破坏。同时，重视锚索的补充加强支护作用，将锚杆支护形成的次生承载体与含水层上部稳定岩层连接在一起，形成较为稳定的承载结构。

3.2 巷道支护参数

采用经验公式取值、理论计算等方法对31102工作面回风巷顶板及两帮的锚杆（索）支护参数进行设计，初步确定顶板巷道支护采用锚杆、锚索组合支护系统。具体参数如图2所示。

图2 31102回风巷锚杆（索）支护参数

（1）巷道顶板支护

顶板每排采用Φ22-M24-2000mm的高强度螺纹钢锚杆5根，间排距为950mm×1100mm。采用树脂药卷加长锚固，每根锚杆采用一支K2335型药卷在上和一支Z2360型药卷在下的锚固方式进行锚固。所有锚杆配套使用Φ24mm尼龙阻尼垫圈、球型垫和托板，托板规格为150mm×150mm×12mm的钢托板，拱高不小于36m。垂直巷道顶部打设钢绞线锚索补强，锚索为Φ22mm，1×19股高强度低松驰预应力钢绞线，锚索配套安设防坠挂钩或用双股铁丝吊挂。

（2）巷道两帮支护

两帮每排采用Φ22-M24-2000mm的高强度螺纹钢锚杆5根，间排距为1000mm×1100mm。采用树脂药卷加长锚固，每根锚杆采用一支K2335型药卷在上和一支Z2360型药卷在下的锚固方式进行锚固。所有锚杆配套使用Φ24mm尼龙阻尼垫圈、球型垫和托板，托板规格为150mm×150mm×12mm的钢托板，拱高不小于36mm。

4 巷道控制效果

为检验31102工作面回风巷顶板控制方案的合理性，对巷道围岩变形情况进行现场调研。根据现场实测结果分析可知31102工作面回风巷顶板巷道自采用科学的控制方案以来，巷道围岩的稳定性得到明显提高，巷道变形量小，且在较短时间内基本趋于稳定，保证了巷道整体稳定性。同时，也充分说明锚杆（索）支护设计是科学的、合理的，能够满足巷道支护的要求。

5 结论

（1）通过对31102工作面回风巷的含水顶板失稳分析及现场实测，揭示了含水顶板巷道失稳的机理。研究发现，砂岩在吸水后产生高膨胀应力及锚固剂的粘结强度降低，导致锚杆（索）的承载能力大幅下降，引起顶板垮落并发生冒顶事故。

（2）针对含水巷道顶板失稳机理，提出了含水巷道顶板控制的技术措施。通过合理布置疏水孔、锚杆（索）支护技术等控制方案不仅提高了巷道支护的稳定性和安全程度, 而且改善了井下作业环境,为矿井高产高效创造了良好条件。

（3）锚杆（索）支护技术在含水砂岩顶板运用后,巷道围岩控制效果较好，巷道基本未出现变形，充分说明该支护设计是科学的，对于相同地质条件下巷道控制具有参考和借鉴价值。