下霍煤礦1306 綜采工作面回采過(guò)陷落柱的工藝優(yōu)化

王 熙

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)長(zhǎng)治有限公司， 山西 晉城 046000）

在我國(guó)華北地區(qū)陷落柱廣泛分布,陷落柱的存在不僅影響采區(qū)和工作面的合理布置、減少煤炭?jī)?chǔ)量、降低機(jī)械化采煤效率, 更重的是影響煤礦的安全生產(chǎn)。陷落柱會(huì)造成煤層不連續(xù)，陷落區(qū)內(nèi)及周邊部分巖石會(huì)代替原有煤層，是瓦斯、水等存儲(chǔ)、運(yùn)移通道，采掘作業(yè)面推進(jìn)至陷落柱時(shí)會(huì)產(chǎn)生安全威脅，同時(shí)還會(huì)影響煤質(zhì)，由于陷落柱附近煤巖體較為破碎，是良好的導(dǎo)水通道，當(dāng)煤層底板存在承壓含水層且發(fā)育有隱伏陷落柱時(shí)，受到采掘影響底板承壓水可能會(huì)從陷落柱沿著采動(dòng)裂隙向回采空間涌出，給采面正常生產(chǎn)帶來(lái)威脅。

1 工作面基本概況

下霍煤礦1306 綜采工作面位于井田內(nèi)的一采區(qū)內(nèi)，一采區(qū)剩余設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為10.755 Mt，一采區(qū)開拓巷道呈“Z”字形布置，由井底車場(chǎng)向正東方向延伸，由北向南分別布置東翼回風(fēng)大巷、東翼皮帶大巷、東翼軌道大巷，隨后向南布置一采區(qū)皮帶巷、一采區(qū)回風(fēng)巷、一采區(qū)軌道巷，在一采區(qū)巷道兩側(cè)直接布置回采工作面回采，受采區(qū)東部Fd22 斷層、Fd23 斷層影響，為了簡(jiǎn)化回采工藝，避免每個(gè)回采面順槽均穿越斷層，方便回采工作面回采，在一采區(qū)大巷南端向東布置一采區(qū)皮帶巷II 段（機(jī)軌合一）、一采區(qū)回風(fēng)巷IV 段，至采區(qū)東部邊界，用于開采一采區(qū)東部資源。3號(hào)煤回采工作面的原煤經(jīng)過(guò)如下環(huán)節(jié)到地面：煤由回采工作面→工作面運(yùn)輸順槽→一采區(qū)皮帶巷→東翼皮帶大巷→1 號(hào)煤倉(cāng)→主立井→地面。

2 工作面陷落柱的主要形狀及對(duì)工作面回采的影響

2.1 陷落柱的主要形狀

陷落柱主要由塌陷的巖石碎塊組成。這些巖石碎塊，棱角顯著、形狀不一。排列紊亂，大小混雜，巖塊與巖塊之間，充滿著巖粉，煤粉和各色黏土，膠結(jié)差，多未成巖。外圍的巖層產(chǎn)狀正常而連續(xù)，但交界區(qū)域巖層強(qiáng)度較正常巖層明顯變?nèi)酢Ｏ萋渲螤钜话悴灰?guī)則，大體上呈橢圓形或扁圓形，如圖1 所示。

圖1 較為典型的陷落柱形狀示意圖

2.2 陷落柱對(duì)工作面回采的主要影響

1）對(duì)可采儲(chǔ)量的影響。在煤礦井田中，尤其是在采區(qū)內(nèi)如若發(fā)現(xiàn)有陷落柱，則陷落柱會(huì)破壞煤層，大幅地減少煤炭的可采儲(chǔ)量，根據(jù)陷落柱的特點(diǎn)可知，這是由于陷落柱區(qū)域的煤層，很大程度上會(huì)遭到破壞，并且為了避免其他不安全因素，在陷落柱的周圍一般還要采取繞過(guò)的方式，對(duì)陷落柱的周邊還需要留設(shè)一定尺寸及一定量的保護(hù)煤柱，這樣會(huì)使井田內(nèi)的煤炭?jī)?chǔ)量相對(duì)地減少很多。

2）對(duì)生產(chǎn)成本的影響。在回采過(guò)程中遇到陷落柱時(shí)，會(huì)直接降低采煤效率，從而提高生產(chǎn)成本。在井下采區(qū)若發(fā)現(xiàn)有陷落柱，一般先采用鉆探圈定陷落范圍，然后根據(jù)陷落柱范圍內(nèi)的巖性組成及范圍大小，采取措施進(jìn)行回采，此時(shí)回采的方式多以繞行和強(qiáng)行通過(guò)兩種辦法。但是這樣不僅影響采煤工作面回采的正常進(jìn)行，同時(shí)也降低了生產(chǎn)效率，給工作面運(yùn)輸、頂板管理、設(shè)備維護(hù)等造成很大困難。

3）對(duì)安全生產(chǎn)的影響。在綜采工作面過(guò)陷落柱時(shí)，不僅會(huì)增加工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，加大工作量，同時(shí)井下作業(yè)的安全系數(shù)也相應(yīng)地降低，因?yàn)楦鶕?jù)可以知道，在回采過(guò)陷落柱時(shí)，不管是采取強(qiáng)行通過(guò)陷落柱的辦法，還是采取繞行的方式過(guò)陷落柱，最終都將采取非正規(guī)的方式進(jìn)行工作面的回采，不僅僅加大了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)管理人員和專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也造成相應(yīng)的工作增加，尤其表現(xiàn)在頂板管理和設(shè)備維護(hù)上，均較為困難，且工作面生產(chǎn)的安全系數(shù)明顯降低。

2.3 陷落柱分布和特點(diǎn)

1306 綜采工作面所在井田內(nèi)三維地震勘探解釋陷落柱31 個(gè)，其中根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及礦井實(shí)際揭露的情況，1306 綜采工作面所在的一采區(qū)陷落柱有12個(gè)，具體情況如表2。

表2 1306 工作面所在一采區(qū)的陷落柱特征表

3 回采過(guò)陷落柱的兩種經(jīng)驗(yàn)方法

根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，綜采工作面回采過(guò)陷落柱的方法，從總的方面來(lái)說(shuō)，通常主要包括兩種，一種是繞行法，另一種是強(qiáng)行通過(guò)法。

3.1 過(guò)陷落柱的繞行法

由于強(qiáng)行通過(guò)陷落柱需要投入較大的人力、物力，且強(qiáng)行通過(guò)極易損壞設(shè)備，且安全系數(shù)較低，因此生產(chǎn)過(guò)程中盡可能采用繞行的方式通過(guò)。這就要求布置工作面前必須詳細(xì)了解井田范圍內(nèi)地質(zhì)條件，采用鉆探、物探、坑透等先進(jìn)技術(shù)對(duì)井田范圍進(jìn)行勘探，從而合理布置工作面，為繞行提供條件。但是繞行法僅局限于陷落柱范圍較大或陷落柱存在于工作面兩順槽附近。當(dāng)陷落柱范圍較大且在工作面中部時(shí)，往往采用重新掘進(jìn)切眼，搬家的方式；當(dāng)陷落柱位于兩順槽附近時(shí)，通過(guò)鉆探采取在陷落柱周邊掘進(jìn)巷道，改變運(yùn)輸、通風(fēng)等路線，縮短工作面長(zhǎng)度，通過(guò)部分搬家的方式通過(guò)，繞行巷道盡可能不要作為主運(yùn)輸。

3.2 過(guò)陷落柱的強(qiáng)行通過(guò)法

當(dāng)陷落柱范圍較小，且位于工作面中部，不便于采取繞行法的方式通過(guò)時(shí)，就要采用強(qiáng)行通過(guò)的方法。比如陷落柱巖石松軟，巖體全部為泥巖時(shí)，則采用采煤機(jī)切割的方式通過(guò)，當(dāng)采煤機(jī)過(guò)陷落柱過(guò)程中，如苦出現(xiàn)大塊的硬巖，則將對(duì)硬巖進(jìn)行爆破處理，以此來(lái)減輕設(shè)備的負(fù)荷，減少設(shè)備的損耗和維修率；如果巖石為硬巖時(shí)，采煤機(jī)也無(wú)法正常截割通過(guò)的時(shí)侯，就要采用人工濕式打眼、放炮泥的方式進(jìn)行強(qiáng)行通過(guò)了，最后再用采煤機(jī)對(duì)底煤進(jìn)行清掃。

4 過(guò)陷落柱的工藝優(yōu)化及安全措施

依據(jù)上述綜采工作過(guò)陷落柱的方法分析，針對(duì)一采區(qū)1306 工作面的實(shí)際情況，首先采取繞行法的方式進(jìn)行過(guò)陷落柱，對(duì)于陷落柱構(gòu)造須嚴(yán)格按照《煤礦防治水細(xì)則》計(jì)算留設(shè)防水煤柱，且煤柱不小于30 m，防止構(gòu)造導(dǎo)水進(jìn)入礦井，防水煤柱內(nèi)嚴(yán)禁進(jìn)行采掘活動(dòng)，嚴(yán)格超前探水，嚴(yán)格遵照“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原則，必須超前預(yù)注漿封堵加固巷道及底板，必要時(shí)可預(yù)先構(gòu)筑防水閘門或者采取其他防治水措施，按照規(guī)定留設(shè)防隔水煤（巖）柱，采用注漿方法封堵導(dǎo)水通道等措施，采取注漿加固的方法，切斷水源、補(bǔ)強(qiáng)底板，加強(qiáng)支護(hù)后，確保安全可靠后方可繼續(xù)進(jìn)行回采。

在回采過(guò)陷落柱時(shí)加強(qiáng)安全管理，其關(guān)鍵為頂板管理，同時(shí)根據(jù)不同的頂板狀況采取相應(yīng)的措施。根據(jù)筆者在綜采工作面回采過(guò)陷落柱的經(jīng)驗(yàn)，主要介紹以下幾個(gè)方面。

首先是在采煤機(jī)割煤時(shí)，無(wú)論是割軟巖還是爆破后清掃渣，必須減緩采煤機(jī)割煤速度，控制好采高，為便于接頂支護(hù)，陷落柱邊沿地段可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況預(yù)留部分頂?shù)酌海仨毘袄埽瑖?yán)防冒頂，必要時(shí)對(duì)煤墻頂板進(jìn)行注漿加固。陷落柱區(qū)域必須平緩過(guò)渡，嚴(yán)禁出現(xiàn)臺(tái)階，工作面大溜與巷道底板坡度一致、平緩為準(zhǔn)，確保、采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。

其次是對(duì)液壓支架的觀察和處理。過(guò)陷落柱期間，泵站壓力不得低于30 MPa，支架初撐力不得小于24 MPa，護(hù)幫到位。割一架煤支架工及時(shí)跟機(jī)拉一架，嚴(yán)格控制頂板空頂范圍，以防冒頂。支架工必須及時(shí)調(diào)整支架，防止出現(xiàn)倒架、擠架、咬架。有冒頂預(yù)兆的情況下，先迅速移頂板較好處的支架，再移頂板不好處的支架，避免范圍擴(kuò)大，影響安全生產(chǎn)。為便于接頂支護(hù)，陷落柱邊沿地段可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況預(yù)留部分頂?shù)酌海仨毘袄埽瑖?yán)防冒頂。

再次是設(shè)備檢修方面。要加大機(jī)電檢修力度，尤其是刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、采煤機(jī)和液壓支架，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，特別是保證支架初撐力和工作阻力，不得出現(xiàn)跑、冒、漏、串、滴等現(xiàn)象，支架工必須將支架升緊升牢，保證達(dá)到支護(hù)效果。還有就是頂板煤墻管理方面。加強(qiáng)工作面煤墻管理，能超前拉架的必須超前拉架，使護(hù)幫板有效地支護(hù)煤墻。如果工作面頂板破碎或片幫嚴(yán)重時(shí)，采取超前移架，且必須執(zhí)行帶壓擦頂移架。所有支架必須接頂嚴(yán)密，保持底座平穩(wěn)，使頂梁和底座受力均勻，支架嚴(yán)禁歪架。發(fā)現(xiàn)工作面頂板破碎、煤墻片幫嚴(yán)重、以及頂板出現(xiàn)導(dǎo)水時(shí)，及時(shí)運(yùn)至工作面加強(qiáng)支護(hù)，并采取注漿措施，加固煤墻、頂板。最后，過(guò)陷落柱期間，必須加強(qiáng)陷落柱與煤交界處頂板管理工作，該處頂板較為破碎，容易發(fā)生冒頂。

5 結(jié)語(yǔ)

綜采工作面過(guò)陷落柱，帶來(lái)一系列安全問題，嚴(yán)重影響綜采工作面的安全高效回采。必須在做好相應(yīng)地質(zhì)勘探的前提下，優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用合理有效方式通過(guò)陷落柱，盡可能降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高資源回收率和推進(jìn)進(jìn)度，從而達(dá)到效益最大化。