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厚层泥岩淋水顶板煤巷支护技术研究

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摘要：为解决2609区段运输平巷厚层泥岩淋水顶板巷道的支护难题，本文分析了巷道顶板淋水对巷道围岩的软化以及对锚固结构的弱化机理。通过采用顶板布置卸水孔集中排水技术减少了水对围岩和支护的弱化，高预紧力锚网索支护技术实现对围岩的主动支护，形成了合理的锚网索支护参数，并成功的进行了现场支护实践。

关键词：淋水顶板软弱泥岩巷道支护锚固结构弱化作用

0引言

随着我国煤矿开采范围的扩大化，地质条件的复杂化，很多巷道在不同程度上受到地下水影响。现有的工程实践表明，小规模的巷道淋水也会对巷道围岩造成很大损伤，给巷道的维护带来巨大的困难。巷道淋水对巷道围岩支护的影响主要体现在两方面：

一是淋水对巷道围岩的弱化作用，表现为围岩强度的降低和承载结构的破坏；

二是水还会造成锚固结构的弱化，表现为水对锚杆（索）结构及其附件的锈蚀，降低其承载能力，同时巷道围岩遇水后发生的膨胀变形会对支护结构造成额外的载荷，从而给巷道前期的掘进与后期的维护带来诸多不利因素。

1工程概况

2609区段运输平巷是2609工作面的皮带巷，2609工作面位于26皮带下山以南，开采煤层为二2煤，煤层平均厚度为2.5m，平均倾角为7°。煤层结构简单，煤层赋存条件较稳定。2609回采工作面地质条件较复杂，工作面煤层整体上为复式褶曲构造，在工作面外部呈向斜构造，在里段为一宽缓背斜。2609区段回风平巷外段及里段揭露一较大的火成岩侵蚀区，煤层可能被侵蚀或蚀变为天然焦。根据地质报告，2609区段运输平巷的主要充水源为煤层顶底板砂岩裂隙水、相邻的2607工作面老空水和底板太灰水。巷道顶底板岩性见表1。

表1顶底板岩层岩性描述

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2水作用下围岩强度弱化机制

水对岩石的弱化作用导致岩体变形、破坏等宏观上的表现特征，而这种宏观上的变化与其内部微结构的改变密切相关，特别是岩石矿物组分中含粘土矿物和其内部裂隙孔隙发育时，这种弱化现象更加明显。

水对于围岩强度的弱化效应，主要是通过两个作用来实现的：

第一个作用是对岩层内部弱面和矿物成分的物理与化学作用。物理作用是指，由于在煤岩体中存在不连续面，如裂隙面和节理面等，巷道开挖之后，地下水的流动将会对不连续面产生润滑作用，同时，水还会对岩体结构面内的充填物产生软化作用。化学作用是指，地下水在渗入到岩体的矿物结晶骨架后，通过水解作用改变矿物成分与形态，从而降低岩体内聚力，在淋水与风干双重作用的共同影响下，将会造成浅部围岩强度降低，裂隙增大，随着影响时间的增加，围岩的破坏也会从浅部向深部缓慢发展。

第二个作用是静水压的有效应力作用和动水压的冲刷作用，即水对围岩的力学作用，通过围岩内部存在的裂隙来实现。在裂隙的法向方向上，静水压作用可导致裂隙的扩容变形；在裂隙的切向方向上，动水压作用可降低煤岩的抗切强度。

水对围岩强度的弱化性质可以用软化性来描述。软化性是指岩石浸水后强度降低的性质，通常使用软化系数来表示水作用的影响程度，即水饱和岩石试件单轴抗压强度与干燥岩石抗压强度之比。

η0=■？燮1（1）

其中η0——岩石软化系数；

Rcw——水饱和岩石试件单轴抗压强度，MPa；

Rc——干燥岩石试件单轴抗压强度，MPa。

岩石浸水后的软化程度，与岩石的成分，裂隙发育程度，水化学成分及浸水时间有关。岩石的软化系数越小，表示岩石强度受水影响越小。岩石普遍具有软化性，对于强度低的岩石，软化系数变化幅度非常大。研究岩石的软化性对于淋水顶板的巷道支护具有重要意义。煤矿常见岩石软化系数如表2。

表2煤矿常见岩石软化系数

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3水对巷道锚固结构的弱化

巷道开挖后，开挖扰动的影响会在顶板岩层中形成和扩展各种裂隙，顶板水则会通过这些裂隙延伸到巷道内，出现顶板淋水现象；对于采用锚杆索支护的巷道，在进行锚索支护过程中，顶板水则会沿着锚索孔外泄，影响锚固剂的支护效果，并进一步影响整个巷道锚固结构的支护效果。顶板淋水对锚网索支护的巷道其锚固结构的弱化作用可体现在两个方面：

3.1淋水会降低锚杆索的锚固力

锚杆索安装之后，由于围岩中动态水的流动，使安装锚杆锚索的树脂锚固剂遇水后发生反应，会导致锚固剂凝结性降低，进而导致锚杆索的粘结力降低；在水冲溃锚固剂方面，由于水可减慢固化剂反应速度，因此容易造成锚固剂被冲失，改变锚杆索锚固点位置，造成实际锚固长度减小。研究表明，在锚固力影响方面，水可降低锚固剂的粘结强度约7%，在钻孔水量小于1000的情况下，水造成锚固长度减小约为10%。

3.2淋水对锚固支护构件的锈蚀

淋水会对巷道围岩中的支护材料，如锚杆索体、托盘和钢筋网等金属构件造成锈蚀作用，在一定程度上降低了支护材料本身的力学性能，导致支护系统可靠性下降。锚网索支护技术通过施加高预紧力改变围岩的应力状态，提高围岩的强度，支护