綜采面過陷落柱開采技術分析

張雷雷

（山西潞安集團高河能源有限公司,山西 長治 047100）

綜采面過陷落柱開采技術分析

張雷雷

（山西潞安集團高河能源有限公司,山西 長治 047100）

本文簡述了過陷落柱的方法，結合張集北礦4301綜放工作面過DX3陷落柱進行勘探的基礎上，對采用強推硬過的方法過陷落柱進行可行性、技術原理分析，制定施工工藝；此方案保證了4301工作面的安全連續推進，提高了煤炭資源回收率，為以后工作面過陷落柱提供理論和技術支持。

綜采；陷落柱；強推硬過；技術分析

0 工程概述

（1）綜采工作面通過陷落柱有三種方法：1）陷落柱直徑大于30m、陷落柱巖石硬大于6且處在工作面中間部位，可選擇搬家跳采跳過陷落柱的方法。2）當陷落柱直徑超過20m、硬度大于6，且處于工作面端部或尾部時，選擇繞巷處理的方案。3）平推時陷落柱直徑小于30m、陷落柱巖石硬度較軟，導水，容易被切割或者爆破處理，且處在工作面中部時，可強制硬過。

（2）張集北礦4301大采高綜采工作面工作面布置圖，見圖1，工作面走向長2456m，工作面長240m，主開采13-1#煤層，煤層均厚6.1m，煤層傾角平均7o。工作面采用ZY10800/30/65大采高液壓支架。在4301工作面機尾處探測到DX3陷落柱，且該陷落柱已經被揭露，陷落柱長軸70m，短軸45m，并且向工作面內部延伸約28m，陷落柱影響開采范圍超過90m2。經過研究，決定采取平推硬過方式通過陷落柱。

圖1 工作面布置圖

1 可行性研究

根據該工作面的地質資料分析，DX3陷落柱具有一定的導水性，一旦開挖此類陷落柱，可能會引發突水事件。當工作面揭露陷落柱后，應從防治突水角度及頂底板控制方面評估平推硬過通過陷落柱的可行性。

（1）陷落柱透水性探測。工作面開采之前，要根據地質資料對工作面頂底板進行瞬變電磁探測，根據物探結果研制煤層頂底板注漿加固可行方案和意外防治措施；揭露陷落柱后，根據實時探測的結果，優化煤層頂底板注漿加固方案，對底板進行鉆孔注漿加密。在機軌巷內進行鉆機對陷落柱的深度進行超前探測，查看其與灰巖水的導通情況及底板注漿加固情況。再者，根據施工的注漿加固孔的出水量、注漿量以及物探進行分析，鉆孔出水量小、注漿量小，太原組中段石灰巖含水層巖溶中等發育，導水裂隙細小，頂底板較硬、導水性較差，對方案的實施較為有利。

（2）頂板分析。根據頂板硬度不同，陷落柱垮落不同的特點，在軟煤層或者泥巖處凹入，而堅硬的巖層的相對凸出。柱面略向煤層內傾，也就是在煤層中表現為參差不齊的形狀，在堅硬的砂巖中一般能表現為上小下大的形狀。在回采過程中，下部煤層會揭露陷落柱的范圍比上部更大。13-1#煤層的直接頂是平均厚度4.2m的砂質泥巖，底板平均厚度2.6m的泥巖。

整個陷落柱形上小下大、嵌入巖層中，形狀類似于寶塔結構。在切向上，原巖地應力大于現地應力，在徑向方向，因為在該陷落柱在向斜軸部形成應力集中區，因此徑向應力會比較大。陷落柱以泥巖為主，泥質膠結結構，所以煤層及上覆泥巖與陷落柱體之間能形成相對穩定的楔形結構。在回采工程中，陷落柱巖體因受到擾動而遭到破壞，裂隙擴展、強度變低；巖石含有深灰色中細砂巖、細砂巖，部分為黑色泥巖、砂質泥巖以及鋁土質泥巖；陷落柱注漿加密后，巖塊能形成泥質、鈣質等膠結結構，柱體經過注漿加密膠結后，楔形結構提高結構面之間的摩擦力，使得柱體在垂向方向能承受更大的載荷。

（3）施工隊伍的技術素質。職工隊伍穩定，操作技能純熟，能嚴格遵守各項規定，并且擁有相關扎實的專業知識，掌握了預防、處理應急災害的方法，能應對各種突發事件的能力。

2 技術原理及技術分析

（1）應用先進的勘探技術手段，對工作面底板實施瞬變電磁探測，查明隔水底板厚度層理、底板富水、裂隙導水情況，分析可能引起底板突水的潛在因素，制定底板加固注漿方案和封堵底板裂隙規章制度，注漿減小底板裂隙增加其強度，避免回采過程中動壓對底板擾動后引起的突水事故。

（2）應用鉆探手段，獲取陷落柱范圍、柱體內部結構及富水性、導水性，依據鉆孔出水量和注漿量分析底板裂隙發育狀況，并以此推導柱體裂隙導水情況，為制定方案提供參數和依據。

（3）根據回采工程壓力分布的規律，分析在采動影響下底板受擾動之后發生底板突水的可能性。為預測、防范重大突水事故的發生，制定了防突水應急措施，布置落實了采區及工作面排水和供電系統，保證有足夠的備用系數。

3 施工工藝

（1）強行硬過的施工工藝。a.為防止工作面通過構造帶時發生冒頂事故，揭露陷落柱降低周圍10個架的采高約5.5～5.0m，保證液壓支架隨著回采正常推進。b.在揭露陷落柱兩邊的底板時，保持平緩過渡，并且與順槽底板相平行，平緩過渡。c.超前支護支架在巷道內的低洼處移架時，不能影響支架正常高度的情況下，可將板梁墊在低洼處，以便順利通過。d.要保持好機頭機尾推進度一致，避免溜子過渡時支架上串下滑的情況發生。

（2）防冶水管理。在揭露陷落柱時對4301工作面突水情況排查和工作面排水系統進行檢修完善, 增加了工作面的排水量。嚴格依照工作面突水的應急方案規定實施：過陷落柱時，礦相關負責人必須每班有人現場跟班，保持通信暢通，嚴格排查頂底板露水情況；但煤巖壁發現有掛汗、掛紅、頂板淋水加大、煤壁泥化、水色發渾等突水預兆時，立即停止作業，疏散人員，及時報告調度室，并制定可行的方案。

（3）陷落柱震動炮的施工流程：a.準備爆破器材：MFB- 200型起爆器，煤礦爆破許用Ⅲ級乳化炸藥，毫秒延期電雷管，煤礦許用放炮母線。b.7655型風動鉆機（或幫鉆），打放炮眼，在工作面準備2～3臺風動鉆機（或幫鉆）對陷落柱進行打眼放震動炮，炮眼排距1.0m、間距0.6m，炮眼深度為1.2m，根據陷落柱DX3大小，可布置為每排1～2個炮眼，在距頂底板0.5m～1m處布置炮眼時必須保持一定的傾角；為了達到最大的爆破效果，鉆桿適當向運輸巷按一定角度傾斜，適當調整孔距。c.選用Ⅲ級煤礦爆破許用乳化炸藥，毫秒延期電雷管，每孔裝藥量2卷，1發煤礦許用電雷管，每次起爆不超過10個眼。

4 總結

張集北礦4301綜采工作面首次強行硬推順利過陷落柱，是回采工作面過陷落柱方面有益的探索。此次方案保持快速高效平推硬過陷落柱，最大限度地降低特殊地質構造對工作面回采帶來的各種煤礦災害發生可能性，提高了煤炭資源回收率，并且保持煤質，為公司取得了較好的經濟效益。綜采工作面強推硬過陷落柱回采工藝，為煤炭企業在大采高復雜地質條件下的工作面設計和回采工藝提供了理論和技術上的支持。

[1]張育恒.綜放工作面過陷落柱開采技術探討[J].煤礦開采,2012（04）.

[2]商來軍.談回采工作面過陷落柱的采煤方法[J].黑龍江科技信息,2012（21）.