巷道破碎頂板支護技術方法與優化

張校春 李東洞

（中國平煤神馬能源化工集團平煤股份八礦，河南 平頂山 467000）

伴隨著平頂山煤田開采的高度和開采強度的增加，巷道的斷面也在逐步增大，導致大斷面巷道頂板的穩定性問題越來越突出，這不僅僅加大了工程量以及維護難度，還造成礦井生產的接續緊張，限制了平頂山煤田的又好又快發展。平頂山煤田的大斷面巷道破碎頂板失穩和變形問題，給安全生產帶來了極大的隱患。弄清巷道頂板失穩和變形的原理，并且使用合理的控制方法，改良頂板的受力狀態以及圍巖環境，會給煤礦的安全高效生產帶來重要的保證。

1 工程的地質環境特征

平頂山煤田位于河南省中部平頂山市，是我國13個主要煤炭生產基地之一。平頂山煤田處在市區東部，北依焦贊山，南臨平安大道，東與許昌市襄城縣毗連，距許平南高速公路7 公里，西距市中心11 公里，311 國道、孟（廟）寶（豐）鐵路穿境而過。礦區鐵路專用線從儲煤倉直達田莊集配站和武漢鐵路局平頂山東站，與孟寶鐵路相連，礦井的年生產能力約1 000 萬噸，是我國國內大型現代化高效高產的礦井。

平頂山煤田現在主要采煤層是2#煤，2#煤層一般厚度7.27m左右，通常傾角為10°。2#煤層頂板節理裂縫發育，遇到水容易變軟。煤層當中節理發育，頂板的圍巖破碎，受開采和擾動的影響，節理非常容易改變成裂隙，從而導致頂板和煤層片幫冒落。平頂山煤田巷道的掘進是以沿頂板掘進為主的，當中大斷面巷道占據全礦井井巷的3/4以上。

依照2#煤層頂底板巖性以及物理力學特征測試，2#煤層頂底板巖性是泥巖、粉砂巖以及炭質泥巖。直接頂一般可以分成兩個巖性區，也就是粉砂巖泥巖區和砂巖區。砂巖區是細粒砂巖和粗粒砂巖，巖石大多比較完整，裂隙不很發育，屬于中等易冒落比較穩定的巖層。粉砂巖泥巖區是砂質泥巖、粉砂巖，巖石很完整，質地較軟，節理裂縫很少，屬于中等冒落比較穩定的巖層。底板除了井田中部（十六線到五十二線間）大多是細粒砂巖外，剩余的全是粉砂巖，泥巖排第二，巖石比較完整，裂隙、節理不是很發育，屬于中等比較穩定的巖層。

2 頂板的失穩特征以及分析

依照現場調研情況，礦井破碎頂板失穩特性主要有以下兩個原因：

2.1 地質構造的因素

西部地區強烈的斷裂活動和結構變形通常會導致破碎巖體。受到地震的影響，破碎巖體非常容易松弛，解脫咬合，結構的聯結減弱，容易出現滑落。平頂山煤田的巷道一般是沿著2#煤層頂板掘進的，2#煤層頂板偽頂是碳質泥巖，遇到水非常容易膨脹和弱化，并且層理發育，容易破碎。2#煤層頂板直接頂是粉砂巖，擁有顯著的垂直節理與水平層理，各個節理之間泥質膠結不是很牢靠，形成很多的滑面，這些滑面成為這段頂板巖石的弱面，在垂向載荷的作用下，會演變為局部失穩。而且直接頂到泥質膠結的粉砂巖很不均勻的，這層非穩定的巖層對頂板巖層的變形和破壞起到了一定保護作用，在粉砂巖層變厚區域其厚度超過了巷道錨桿錨固的高度，非常容易導致頂板失穩和垮落。

地質動力以及地下水作用導致巖層移動突變和變異，很容易導致圍巖裂縫發育，巖體的整體性遭到破壞，這對頂板巖體的穩定性是非常不好的。

2.2 支護設計因素

巷幫的損壞直接影響到頂板的穩定性。平頂山煤田巷道兩幫出現軟弱夾層，受到采動的影響，巷道強度比較弱的薄弱層結構體首先屈服變形，并且對巷幫造成了一定的水平拉應力，導致巷幫承載能力降低，假如巷幫設計的錨桿強度比較脆弱，就會導致圍巖的損壞程度增加，頂板失穩。如平頂山煤田Y110205上運巷兩幫的設計就應用了玻璃鋼錨桿進行支護，因為其強度很低，在采動的影響之下，玻璃鋼錨桿大部分都被拉斷了，導致巷幫失穩，圍巖應力再次分布，頂板在靠近煤壁斷裂，出現巷道局部（漏）冒頂的事故。

巷道的斷面不一樣，其空間位置下圍巖的應力分布也不相同。平頂山煤田回采巷道的斷面全是異矩形的斷面，在巷道的肩窩處，巖體破碎非常嚴重，如果不增強支護，受采動影響很容易使肩窩處的煤幫和頂板被破壞，導致失穩的頂板出現斷裂的事故。

3 治理措施以及解決辦法

平頂山煤田運用集團倡導的“大范圍控制和小范圍（局部）治理”的理念，以及西安科技大學提出的面對多層次多目標的支護體系和模式，有效的改良了巷道的頂板穩定性。

3.1 建立巷道頂板超前地質保障系統

礦井的巷道支護和設計一定要建立在可靠、充分的超前地質保障的技術基礎之上。探測開采地質條件，創建超前的地質保障系統，能夠幫助搞清巷道頂板變形和失穩的內在因素，查清地質因素對礦井開采時頂板穩定性受影響的程度，對地質量化進行預測，用鉆探、物探等技術方法，實現生產地質頂板工作的動態管理，及時調整工作面和巷道支護參數，最大程度上減少支護成本，保障礦井的高效安全開采。

3.2 建設礦井頂板動態控制系統

平頂山煤田實行區域的責任制，強化現場的施工，并且對施工以后的錨桿（索）做錨桿（索）拉拔實驗進行支護效果的檢查，與此同時增加礦井回采巷道以及掘進巷道頂板變形失穩的日常檢查。在掘進巷道和回采巷道，每五十米布置一組“十字布樁”以及頂板離層觀測站，對巷道的頂板離層量和頂底板變形量進行常規檢查，保證可靠數據的提供，并且對日常檢查數據匯總成報表，每周都進行分析和總結。對頂板變形和失穩的區域，運用“黃、橙、紅”頂板維護的管理模式。

3.3 增強科研合作模式先進的檢查和反饋技術

平頂山煤田和西安科技大學合作，開展了“大斷面巷道巖層控制技術支護研究”以及“緩傾斜特厚煤層大采高開采工藝的運用研究”，建立產-學-研的合作方式，引進了先進的檢測和反饋技術，給科學地進行巷道冒頂防治和頂板支護決策提供科學的依據。

4 結語

平頂山煤田巷道頂板穩定性控制已經研究出一套合理的支護技術，能夠有效地防治因破碎巖層結構組合惡化而導致的冒頂失穩，但是，破碎頂板巖體失穩還有很多的不穩定性和多變性，需要在實踐中進一步的優化支護技術，為積極主動支護創造有利條件。

［1］王思錦.中國巖石力學與工程學會第七次學術大會論文集［C］.北京：中國科學技術出版社，2010（3）：289-292.

［2］來興平.開采擾動下大尺度采空區衍生動力災害控制研究［R］.北京：北京科技大學，2011（5）：244-247.