首陽煤業采掘工作面過陷落柱管控措施

郭玉璽

【摘 要】 陷落柱是煤礦在采掘過程中常見的地質構造之一，在其內部，往往各種垮落的巖石混雜，受采動影響，會導致巷道支護工藝變更、巷道圍巖變形量大、掘進效率降低、回采頂板維護困難等影響。此外，甚至有含導水陷落柱引發的突水事故發生，并具有突發性、突水量大、經濟損失大且難以治理等特點。故本文就陷落柱機理、采掘工作面過陷落柱及控制頂板主要措施及水災事故預防方面進行管控。

【關鍵詞】 陷落柱;采掘工作面;頂板;水災

【中圖分類號】 TD823 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）01-0008-03

中國北方型石炭二疊紀20個煤田的45個礦區中，據不完全統計，已報道的揭露出的煤礦區陷落柱，僅在山西省就有3571個，約占整個華北地區的98%，又以巖溶陷落柱為主，成因是以底部巖層中空洞發育為基礎，地下水的強烈交替為條件，巖體自身重力、地應力集中以及溶洞內的真空負壓三重作用為動力，經過迅速垮落、間歇溶蝕、搬運、塌陷、冒落等周而復始的過程，分階段逐步形成陷落柱。而首陽煤礦位于山西晉城礦區，緊鄰太行山脈，井下揭露構造以巖溶陷落柱居多，并伴有小斷層、褶曲。為減少甚至避免采掘工作面受陷落柱帶來的危害，故本文對其機理、突出特性、分布規律進行研究，并結合工程實例進行管控。

1井田及陷落柱概況

首陽煤礦現開采15號煤層，屬低瓦斯礦井，水文地質類型中等，煤層自燃等級為Ⅱ級，煤塵無爆炸性，地溫及地壓正常。15號煤層位于太原組下部，煤層厚3.55～5.27m，平均4.25m，賦存穩定，厚度變異系數為18.77%，可采系數為100%，煤層直接頂板為泥巖或K2石灰巖，老頂為K2灰巖，底板為泥巖或含黃鐵礦泥巖，局部為粉砂質泥巖。本區位于沁水塊坳東緣，晉獲斷裂帶中南段。區域地層總體傾向北西。煤礦內地層總體受近東西向、北東向兩組向背斜褶皺構造控制，地層走向NNE—NE，傾角3-12°，總體傾向北西。煤礦內共發育有15條正斷層（除一條落差在160m外，其余多為0.5～5m小斷層為主）、一條逆斷層（60m）以及15處小型陷落柱，煤礦內陷落柱詳見表1。

2采掘工作面過陷落柱主要措施

2.1掘進工作面過陷落柱及控制頂板主要措施

首陽煤礦一般通過物探、鉆探相結合的手段對掘進巷道前方未知隱伏構造（如陷落柱）進行超前探測，其中以兩種物探方式（井下直流電法和MSP震波法）發現異常區分布，鉆探方式則通過科學合理的鉆孔設計搭配鉆孔軌跡窺視儀，并依據鉆探全過程完成構造的第一手資料掌握和分析。隨后，在實際揭露時，對其完成范圍、采掘受影響程度等工作。首陽煤礦過陷落柱時一般采用架棚這一被動支護方式，若鄰近區域受地質構造影響程度較小或對采掘后續影響較小時，可選擇全錨索支護（靈活選擇W鋼帶、梯子梁），反之影響程度較大時可采用架棚+錨網索聯合支護，必要時可考慮超前預注漿加固（或充填）等方式。以首陽煤礦15102運輸順槽為例，采用錨網索+斜撐工字鋼棚。

2.2回采工作面過陷落柱主要措施

綜采工作面過陷落柱一般有直接通過和繞行兩種方式，直接通過需要直面頂板維護管理，繞行通過則主要是嵌入工作面可預計影響回采程度大。現以首陽煤礦15101工作面直接通過陷落柱方法為例，鑒于陷落柱嵌入工作面頂板膠結程度較好，主要為頂板受采動影響控制，陷落柱分布于順槽位置詳見圖1。

2.2.1加強超前支護

即對綜采工作面兩順槽受采動影響區域進行支護加固，如15101回采工作面兩順槽采用架棚方式時，兩順槽容易片幫、部分段應力集中導致鋼棚受壓明顯，首先應采用鋼絲繩+固定錨桿方式對非回采側棚腿進行加固;其次棚梁則采用槽鋼+錨索的方式進行固定，錨索長度及其錨固長度則根據頂板巖性賦存而定，以方便回采側棚腿回收;第三，由于梯形工字鋼棚鉸接段易受支護影響，原則上超前支護應在不破壞整體支護的情況下，控制其在頂梁下10cm以內。此外，回采側要注意網片的整體性，避免片落傷人。

2.2.2加強端頭支護

以15101綜采工作面為例，端頭支架應接實頂板，若造成非回采側棚梁、腿脫離或頂板破碎時，則采用單體液壓支柱方式進行補強支護。

2.2.3科學合理施工綜采工作面松動爆破孔

以首采工作面過陷落柱時煤壁中部為硬質泥巖為例，通過科學合理設計進行爆破（詳見圖2），另應盡量配備硬巖滾筒對其進行落煤（矸）。

2.2.4加強現場管理，管控采空區懸頂距離

受陷落柱圍巖性質及其臨近構造連帶影響，一般呈現跟進垮落、竄矸等現象，現場管理時應加設防護網和擋矸安全設施;若頂板跟進不及時時，則必須進行退錨、強制放頂措施，起到卸壓效果。

3水災事故預防

根據首陽過陷落柱形成機理及實際揭露情況表明，陷落柱主要為巖溶陷落柱，雖然一般不含水，但采掘過程中仍應加強超前探測、疏放水或堵水加固等工作，避免因地質情況掌握不清導致水災事故或頂板管控失衡現象發生。此外，必須提前完善有足夠能力的排水系統，有條件時提前進行疏放。

4總結

面對過陷落柱的工作，首陽煤礦各領導強化現場辦公，各環節指揮絲絲入扣，各人員施工緊鑼密鼓，終于通過了陷落柱段，此項工作的開展不僅為首陽煤礦以后克服各種不良地質構造條件積累了寶貴的經驗，更為今后有效地完成各項安全生產目標任務提供了保障，也為其他礦井過陷落柱提供參考。

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