榆树井煤矿顶板淋水巷道控制技术研究

王均明 王万里

（1.内蒙古上海庙矿业有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 016200；2.临沂矿业集团菏泽煤电有限公司郭屯煤矿，山东 菏泽 277500）

矿井水害[1-2]制约井下的安全生产，本文针对榆树井煤矿13806 下顺槽主断面掘进期间顶板淋水严重的现象，对榆树井煤矿顶板淋水巷道控制技术[3-4]进行研究，制定合理的巷道控制方案。

1 概况

榆树井煤矿13806 下顺槽主断面沿8 号煤层底板掘进，断面为直墙圆弧拱加三心拱底，地面标高+1 296.5～+1304 m，工作面标高+920～+1038 m；东侧为13808 工作面，南侧为13 采区边界，西侧为13806 工作面，间距煤柱20 m，北侧为13 采区回风下山。8 煤层结构简单，平均厚度2.81 m，普氏硬度系数3～5。顺槽掘进期间受到NF24、NF24、NF32、F13806-3 等断层影响，顶底板岩性如图1。

图1 顶底板岩性图

根据13806 两顺槽实际揭露情况，局部区域会有顶板淋水，且个别地点水量较大。根据水文地质比拟法估算巷道涌水量：Q待掘/Q已掘=L待掘/L已掘。13806 下顺槽长度2075 m，掘进过程中正常涌水量49.2 m3/h，最大涌水量65.4 m3/h；13808 上顺槽巷道长度2119 m，计算可得13808 上顺槽正常涌水量50.2 m3/h，最大涌水量66.8 m3/h。

根据13806 下顺槽施工情况，巷道局部淋水区底板岩层遇水膨胀、泥化，影响巷道正常掘进施工。

2 巷道围岩控制策略及方案

2.1 巷道围岩控制策略

1）顶板控制

顶板高强锚杆可以提供高预应力加固顶板浅部围岩，使浅部岩层形成组合梁结构，共同控制顶板的弯曲下沉变形，其在岩体中的作用相当于“销钉”，增大结构面的抗剪强度，增大破碎岩体的残余强度；顶板高强度锚索能够将顶板深部与浅部的岩层连接起来，将顶板浅部破碎围岩悬吊在深部稳定岩层之中。采用的锚网索耦合支护，加强顶板的协同变形[5]。

2）两帮支护

巷道两帮的失稳将严重影响顶板的稳定性，采用高强度高预应力锚杆索加强两帮支护，控制两帮围岩变形，确保巷道整体稳定。现场顺槽煤柱帮应力明显高于左帮，因此采用不对称锚索支护[6]的形式。巷道存在顶板淋水较大的情况，帮部围岩长期在淋水侵蚀下容易膨胀变形，造成帮部失稳、支护失效，通过喷浆的方式可以封闭围岩，隔绝空气和水，进而保护围岩稳定性。

3）底板支护

底板锚杆同样可以将底板浅部低强度岩层与深部高强度稳定岩层连接起来，进而提高底板岩层间的摩擦力来阻止弱面滑移变形，抑制底板软岩因扩容和膨胀变形而引起的变形。底角锚杆索可以提高巷道底角处围岩的应力，提高围岩强度，分散两帮传递的应力，增大底角剪切强度。反底拱[7-8]具有较高而均匀一致作用于底板上的支护阻力，进而抑制底板膨胀变形的发生，特别是在底板围岩含有大量膨胀性矿物成分的巷道中。

2.2 巷道围岩控制方案

1）临时支护

巷道施工使用ZLJ-21 机载液压前探梁进行临时支护，如图2。掘进机完成截割、装煤作业后，将截割头放下，再按下列程序工作：先检查临时支护装置各部位零部件、管路是否正常，再把两个三通阀打到支护位置，打开掘进机泵站开关，给临时支护装置供油。把金属网放在顶梁架上，向前推动临时支护装置主架和顶梁架液压控制手柄，主架和顶梁架由折合状态慢慢平稳打开，开到所需要的角度和位置再升主架，升至巷道顶板，把金属网压紧到巷道顶板上，人员在临时支护装置下打眼、安装锚杆（索）。临时支护距迎头距离不得大于0.3 m。

图2 前探梁临时支护示意图（mm）

2）永久支护

采用锚网索+反底锚网（梯）索+喷浆支护，如图3。

图3 永久支护图

全断面采用Ф22 mm×2800 mm 高强锚杆，锚杆间排距700 mm×800 mm，其中顶、帮部锚杆配套450 mm×280 mm 钢带护板及150 mm×150 mm×10 mm 锚 杆 盘，反 底 拱 锚 杆 配 套200 mm×200 mm×10 mm 锚杆盘及钢梯。底板金属网采用Ф8 mm 圆钢金属网，顶、帮金属网采用Ф6 mm 圆钢焊制直连金属网。底板初喷120 mm，复喷80 mm；非沿空侧帮部喷浆至煤岩交界面以上500 mm，沿空侧帮部喷浆至肩窝，喷厚80 mm，喷砼标号为C20。

顶部每排布置三根锚索，锚索采用Ф17.8 mm×7000 mm 钢 绞 线 锚 索，间 排 距1600 mm×1600 mm，配套锚索梁和异型托盘（250 mm×150 mm×10 mm），锚 索 梁 采 用295×4 Q345B 型热轧钢带加工（孔距1600 mm），沿巷道方向施工。

帮部锚索在喷浆后施工，具体如下：实体煤帮部每排布置两根Ф17.8 mm×5000 mm 钢绞线锚索，间排距800 mm×1600 mm，配套锚索盘（400 mm×400 mm×12 mm），上部锚索距离煤岩交界面以上300 mm 处，确保施工的锚索一根在煤里一根在岩石里；沿空侧帮部每排布置三根Ф17.8 mm×5000 mm 钢绞线锚索，间排距700 mm×1600 mm，配套锚索梁和异型托盘（250 mm×150 mm×10 mm），锚索梁采用295×4 Q345B 型热轧钢带加工（孔距700 mm，长度为1700 mm），锚索梁垂直巷道方向施工。

底板每排布置四根Ф17.8 mm×5000 mm 钢绞线锚索，配套锚索梁和异型托盘，锚索梁采用295×4 Q345B 型热轧钢带加工（孔距1600 mm），沿巷道方向在复喷后施工，间排距为1200 mm×1600 mm。

施工反底拱封闭底板，避免水与围岩接触。加强顶板淋水治理，用雨篷、水槽、导水管等将水引入水窝并及时外排，避免淋水直接落地，影响巷道正常掘进。

3 巷道围岩变形监测

为评价优化支护方案后的实际效果，分别对13806 下顺槽表面位移及顶板离层量进行观测，通过监测数据分析得到巷道围岩变形规律如图4。从图4（a）中可以看出，两帮的移近量小于顶底板，但二者的变化趋势相同，40 d 中巷道变形量较大，40 d 后巷道变形量较小，变形速率低，巷道围岩基本保持稳定。从图4（b）中可以看出，巷道顶板离层锚固区外最大值为41.2 m，锚固区内最大值为31.7 mm，巷道的离层在前30 d 变形较大，在30 d后顶板离层逐渐于稳定，说明巷道的变形也渐渐趋于稳定。可以说明巷道变形最后趋于稳定，支护效果较好。

图4 巷道现场监测结果

4 结论

1）本文针对榆树井煤矿13806 下顺槽主断面掘进期间顶板淋水影响支护效果的情况，对顺槽控制难点进行研究分析。

2）确定了顶板锚网索耦合支护、两帮高强锚杆+不对称锚索+喷浆支护、底板反底拱+锚网（梯）索+喷浆支护的围岩控制策略，并确定顺槽临时支护及永久支护方案，现场监测显示巷道表面围岩及顶底板离层量均在可控范围。