大巷顶板急变形原因及薄喷支护技术研究

李海洋

（晋城煤业集团赵庄煤业，山西 晋城 048000）

1 工程背景

1104 回风大巷为赵庄煤业一盘区主要大巷之一，服务年限约10 年，在3#煤层中掘进，设计宽度5 m，高度4.5 m，采用锚索网支护方式。顶板设计全锚索支护，锚索长6.4 m，排距1200 mm，每排5 根锚索，间距1100 mm，顶角锚索距帮300 mm，预紧力不小于250 kN。顶板支护示意如图1。

巷道直接顶为3 m 厚砂质泥岩层，含亲水矿物，节理裂隙丰富；基本顶为6.2 m 厚细粒砂岩层，强度高，十分稳定。虽然施工锚索期间预紧力足够，但巷道掘进后1～2 个月内即出现顶板破碎鼓包，平均下沉量在300 mm 以上，下沉量较小区域锚索处形成凹陷，下沉量较大区域锚索拉断随顶板鼓出。

1104 回风大巷埋深690 m，地质力学实测表明，最大垂直应力为17.25 MPa，最大水平主应力为9.93 MPa，最小水平主应力5.55 MPa，属于中等偏低。顶板出现急变形充分说明是3 m 厚的砂质泥岩直接顶本身稳定性发生了变化。

图1 顶板全锚索支护示意图

2 顶板急变形原因分析

从顶板分区域取下3 块完整的砂质泥岩岩块，块体要求长宽高均不小于15 cm，用保鲜膜包裹，运输上井后送回物理力学实验室。

2.1 遇水崩解

对岩块的外观观察表明，干燥状态下岩块致密、坚硬，强度较高，肉眼观察不到明显裂隙。但遇水后，水迅速沿着岩块间微裂隙进入，将整块岩块分割成不同大小的小块，如图2。

图2 岩块吸水后扰动崩解示意图

2.2 岩性分析

采用D8 ADVANCE X 射线衍射仪进行测试分析，结果表明：石英平均占比74%，高岭土占20%，蒙脱石占3%，绿泥石占2%，二重偏高岭土为1%。

高岭土、蒙脱石、绿泥石和二重偏高岭土均为易吸水膨胀矿物，约占26%，其中又以蒙脱石吸水能力最强，其分布在砂质泥岩内部的节理裂隙中。……