木瓜煤礦10-202工作面過陷落柱技術研究

（霍州煤電呂梁山煤電有限公司方山木瓜煤礦 山西 033100）

1.木瓜煤礦10-202工作面情況分析

(1)井下位置及四鄰采掘情況

10-202回采工作面于6月2日四點班正巷推進至9#點前4.5m，付巷推進到4#點前144.4m時在16-21#架揭露陷落柱，柱體內填充有黃色泥巖碎屑及不規則塊狀灰巖塊，6月7日0點、8點、4點班，6月8日0點、8點班分別于10-2021巷靠近切巷位置施工5個鉆孔，其中1#、3#、4#鉆孔均有10-12m3/h黃色涌水。初步判斷陷落柱長軸24m，短軸17m，工作面影響14#-22#支架，陷落柱體涌水量60-70m3/h。根據工作面水文地質情況分析，出水水源為太原組灰巖水。

(2)地面位置

10-202工作面以北為黃土丘陵，以南為盛地溝村，以西為任家塔村，以東為黃土丘陵，工作面采動影響范圍內無村莊、無地表水體等，上部地表主要以耕地為主；地面最低點位于正巷開口處上部地表溝谷內距正巷110m處，標高+1046m；最高點位于付巷510m的黃土梁上，距付巷33m處，標高+1190m。地面標高范圍（m）：1046m～1190m，工作面標高范圍（m）：814m～852m，蓋山厚度（m）：232m～338m，第三、第四系黃土層厚度（m）：107m～144m。

(3)水文地質情況

首先，地表水。10-202工作面上部地表水體主要以降雨為主，無常年性河流，年平均降雨量為397mm，回采工作面蓋山厚度為232m-338m，由于覆蓋層底部普遍發育有粘土隔水層，10#煤層上部基巖含有兩層穩定的隔水層即山西組4#煤層至太原組L5灰巖之間的泥巖、太原組泥巖隔水層，均可視為穩定的隔水層，故大氣降水與地表水對工作面回采無影響。其次，頂板含水層。（9+10）#煤層上部頂板為L1+K2灰巖，厚度為15m，石灰巖裂隙較發育，補水性強，掘進期間正常涌水量8-10m3/h。最后，（9+10）#煤層底板含水層主要有奧陶系碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層，工作面西南方向1800m處SB1水文孔水位標高795m，根據奧灰等水位線水力坡度推算，工作面下部奧灰水位標高為800m，工作面最低底板標高為+812m，高于奧灰水位標高，故回采期間不受奧灰水威脅。

2.木瓜煤礦10-202工作面過陷落柱技術分析

(1)陷落柱情況

10-202綜采工作面陷落柱為15#-18#架區域，且有增大的趨勢，預計陷落柱長軸為24m，短軸為17m，陷落柱內為不規則塊狀灰巖，伴有巖溶沖刷黃色泥巖、碎屑等充填物，且頂板裂隙發育，有淋水現象。

(2)過陷落柱方式

第一，工作面15#-18#支架段頂板受向斜軸區域水溶蝕影響，頂板破碎嚴重，伴隨頂板淋水（有變大的趨勢），根據工作面陷落柱的性質，決定按照“疏水、加固”的方式，先施工放水孔進行疏放水，再在陷落柱區域按照“從底-幫-頂”的方式加固、充填煤壁和頂底板。第二，從現場陷落柱的揭露情況看，預估該陷落柱巖石硬度軟，可采用采煤機直接截割、沿陷落柱兩側頂板進行平推硬過的方法通過。第三，工作面采取提溜子的方式降低工作面陷落柱影響區域的采高，機頭平段區域采高不得超過4m，工作面頂板破碎區采高不得超過5m，確保支架的有效支撐力和煤壁壓力的減小。第四，陷落柱為破碎巖石、巖溶組成，需在陷落柱與煤體交界處進行注漿。在工作面陷落柱影響區域及正巷超前支護15m范圍內進行超前注漿加強煤壁及頂板的穩定性。

(3)陷落柱范圍確定及對柱體進行疏放水

揭露陷落柱后，頂板及柱體內涌水量約30m3/h，工作面最大涌水量85m3/h。通過水質化驗，比對二盤區大巷掘進期間頂板淋水及10-202工作面以往涌水水質化驗數據基本一致，水源為煤層頂板太原組灰巖含水層。

根據1#、3#、4#、6#、8#、9#、10#、15#、19#鉆孔鉆探情況，初步判斷陷落柱的發育形態見下圖：

圖1

(4)10-202工作面陷落柱注漿方案

工作面過陷落柱注漿分兩部分進行，即在工作面陷落柱區域進行封堵注漿加固煤壁；在正巷進行超前注漿對陷落柱區域頂底板進行加固。

①封堵注漿。封堵注漿隨回采分幾個循環進行，第一循環從15#架20#架開始施工封堵鉆孔，開孔位置就在架與架之間的夾縫中，無法開鉆的可在煤墻上開鉆，鉆探機具使用錨索鉆機，在冒落嚴重區域，每架1-2個孔，鉆孔角度+45°（4m）、+30°（8m）和+10°（6m），4m和6m同架布置與8m間隔布置，然后下入4分注漿管，前端1m為花眼，后端為絲扣，絲扣用于連接配套閥門，沿工作面方向在陷落柱范圍進行打孔注漿（根據現場情況可進行加減），注漿管長度與鉆孔一致，按預計陷落柱范圍，每循環需布置注漿鉆孔15-20個，每一個循環推進2-4m，每個鉆孔注漿量預計400-500Kg，注漿壓力為4-8MPa。每個循環在陷落柱內2m布置1個底板加固孔，孔深3m，預計單孔注漿量400-500Kg，注漿壓力為3-5MPa，底板預計波雷音注漿量為50噸。

圖2 波雷因PN-2注漿材料參數

②超前預注漿（水泥漿）方案。在10-2021巷切眼外30m處布置一個鉆場，使用ZDY4000S型全液壓鉆機施工灰巖加固孔，設計鉆孔6個，鉆孔深入厚層灰巖（11.8m）頂部；在10-2021巷切眼外40m處布置一個鉆場，設計鉆孔6個，鉆孔深入煤層下10m處，如果孔內出水，先放水。

③注漿孔注漿。注漿采用純水泥漿，先用水灰比為2:1的水泥稀漿充填細小裂隙，使注漿半徑擴大，然后逐步將水灰比為升至1:1的水泥漿注漿，注漿時可能會有漏漿情況，可改注水泥-水玻璃雙液漿（水灰比為1:1，水玻璃濃度為35波美度，水泥漿與水玻璃的體積比控制在1:0.25～1:0.5范圍內），注漿壓力4MPa。預計水泥注漿總量為300噸。

3.疏放水及注漿封堵效果

通過施工34個疏放水鉆孔，工作面陷落柱柱體內涌水明顯較小，鉆孔涌水也明顯減小，截止6月17日，工作面陷落柱柱體內及鉆孔均無涌水情況，工作面涌水主要為老山涌水，涌水量穩定在30m3/h。整體疏放水效果良好。通過封堵注漿及超前預注漿，工作面涌水明顯減小，工作面煤幫較穩定，平直，割煤期間未出現煤壁垮落現象，整體注漿效果良好。

4.木瓜煤礦10-202工作面過陷落柱技術運用經驗的總結

第一，高度重視物探異常區分析及鉆探驗證工作。對所有物探異常區內是否存在地質異常體必須樹立“寧可信其有、不可信其無”的理念，超前進行鉆探驗證工作，進一步查明物探異常區內是否存在不良地質體及涌水異常情況。

第二，嚴格落實回采工作面防治水安全許可評價和水害治理報告制度，針對物探異常區及構造區的鉆探驗證孔間距原則上不超過10m布置，做到物探異常區、構造破壞區、涌水異常區鉆探全覆蓋，對探查存在的構造異常區域先治理評估再組織生產。

第三，嚴格地質異常變化因素管控。采掘工作面遇煤厚、傾角、頂板巖性突然變化、煤壁潮濕滲水、煤層頂板風氧化、頂板破碎、頂板來壓、頂板淋水或淋水增大、涌水量陡增、工作面向斜低洼處等地質異常變化時，必須立即停止作業，探查分析，并采取針對性措施。并及時向施工隊組下發臨時地質預報，有效指導安全生產。

第四，進一步開展采掘面“一面一圖”工作，徹底摸清礦井所有采掘工作面前進方向300m范圍內地質及水文地質情況，查明工作面前方是否存在地質異常體及富水區域，有效杜絕無預報無計劃揭露地質異常體及涌水異常區域。

第五，加強工作面淋水區域水害分析預測預報管理，高度重視工作面向斜軸部低洼處頂板水防止工作，出現涌水異常必須及時對水質進行化驗比對，明確涌水來源及補給通道，并在淋水區域施工密集鉆孔進行驗證及疏放水，確保無隱蔽積水區。

第六，加強鉆探工、技術員的責任心及專業技術素養培訓，使其能夠根據鉆孔的反水情況，準確區分是構造，還是頂、底板，確保鉆探數據真實可靠，只有鉆探數據真實可靠，才能給出準確的探測結果。

5.結語

木瓜煤礦10-202工作面過陷落柱技術運用讓工程更加穩定、更加安全，推動了后續生產工作的開展，確保了人民群眾工作中的生命安全，因此，一定要結合施工現場實際情況推動木瓜煤礦10-202工作面過陷落柱技術的應用。