侏罗系地层巷道淋水顶板破坏机理及治理研究

我国西部侏罗系主采煤层顶板普遍赋存低层位弱富水层,导致巷道顶板尤其是顶板锚索孔长时间淋水,降低顶板围岩强度和顶板支护效果,影响矿井煤巷顶板安全。为了研究淋水顶板破坏机理及治理措施,以内蒙古双欣矿业杨家村煤矿414106辅助运输巷淋水区为研究对象,通过现场调研和顶板钻孔取样可知,向斜区巷道顶板4 m以上区域存在明显导水裂隙,锚索孔流水呈线性淋水状态,顶板围岩弯离层程度大,部分锚索锚固段脱离围岩失效。矿物成分分析和水理试验表明,顶板砂质泥岩的黏土矿物中高岭石含量高达73%,软化系数为0.162,具有明显的遇水软化特性。淋水区巷道顶板围岩初期以静水压力破坏为主,遇水软化特性降低了裂隙结构面的力学性能,在静水压力作用下围岩裂隙的尺寸剪性扩张;后期以动水压力破坏为主,主要表现为裂隙结构面变形扩展、裂隙充填物位移、管涌等,顶板围岩破坏速度也逐步加快。结合巷道淋水顶板围岩由矿压显现变形和裂隙软化扩张发展到管涌冲刷破坏的全过程分析,按照顶板钻孔围岩破坏主要形式(物理软化、渗流破坏、吸蚀扩容破坏、冲刷变形破坏)划分为4个不同阶段,形成了以顶板钻孔围岩破坏主要形式、顶板锚索孔流水状态、顶板围岩裂隙发育特征和治水加固原则为关键指标的巷道淋水顶板破坏发展阶段判定准则。结合现场条件,确定了414106运输巷淋水区为淋水顶板破坏发展第Ⅲ阶段,提出了淋水区巷道顶板锚索封孔注浆(疏水)结构形式和“深孔疏水+浅部封水+深部加固+高预应力支护”原则,制定了淋水区巷道顶板高预紧力长锚索补强与封孔注浆相结合的锚封注一体化补强方案,通过现场工业性试验和矿压监测可知,达到顶板治水和围岩加固的效果。