高河能源W3305 工作面過Xw44 陷落柱技術方案優化研究

王 鵬

（山西潞安化工集團高河能源有限公司，山西 長治 047100）

陷落柱廣泛分布在我國煤炭產區，陷落柱的存在直接影響了煤礦的安全高效生產[1]。為了使回采作業順利進行，必須采用綜采工作面過陷落柱相關技術方案[2]。本文重點介紹高河能源W3305 工作面過Xw44 陷落柱技術方案在超前探測、生產組織、注漿加固、設備檢修方面的優化，為綜采工作面安全高效通過陷落柱提供了方法和經驗。

1 概況

W3305 工作面為高河能源西三盤區工作面，南北均為未采區，東面接+450 m 水平北翼大巷，西面為礦界。該工作面所采為3#煤層，煤厚5.25～8.4 m，平均厚度6.83 m，煤層最大傾角為9°，平均4°。W3305 工作面按三進一回布置，即膠帶順槽、進風順槽、輔運順槽進風，回風順槽回風，膠帶順槽長2777 m，進風順槽長2727 m，輔運順槽長2780 m，回風順槽長2830 m。W3305 工作面切眼長度320 m，可采長度為960 m。煤層頂底板賦存情況見表1。根據三維地震勘探及實際鉆探結果，工作面推進至338 m 進度處將揭露Xw44 陷落柱。Xw44 陷落柱位于工作面中部，在工作面回采范圍之內。該陷落柱長軸為東西方向，長軸長167 m，短軸為南北方向，短軸長48 m，如圖1 所示，預計該陷落柱在工作面338～505 m 進度范圍內，正規81#～121#架范圍間揭露。

圖1 W3305工作面Xw44陷落柱揭露范圍平面示意圖（m）

表1 W3305 工作面煤層頂底板賦存情況表

2 常見問題分析

煤礦綜采工作面處理陷落柱，會根據陷落柱的揭露范圍、形狀、導水性、硬度等來確定回采方法，主要包括另開切眼和強行通過兩種方法[3]。經前期探測，W3305 工作面Xw44 陷落柱呈橢圓形分布，不導水，不富水，柱體內巖性主要為泥質砂巖、中-細粒砂巖、泥巖等，膠結性好，硬度中等，預計正常涌水量5～10 m3/h，最大涌水量40～50 m3/h。強行回采過Xw44 陷落柱與另開切眼跨陷落柱回采相比較，增加回收煤炭資源45.9 萬t。綜合考慮，確定采用預裂爆破配合采煤機切割方式通過。

1）揭露范圍的不確定性

回采過程中，陷落柱的揭露范圍直接關系到預裂爆破、注漿加固、工序組織調整等方面，但目前常用的探測技術無法準確確定陷落柱的實際揭露范圍，隊組一般根據回采過程中的陷落柱的揭露情況，進行經驗估計，以確定后期的組織安排。

2）頂板煤墻破碎情況嚴重

工作面推進至陷落柱區域時，存在煤墻片幫嚴重、頂板破碎冒落等情況，嚴重影響工作面的正?；夭蒣4]。在煤墻片幫、頂板破碎情況發生后，一般采取注漿加固進行補救，但需提前支護，工序緊張，加固效果差，影響工程質量，且人員作業安全風險高。

3）工序繁雜，生產組織不穩定

預裂爆破配合采煤機切割方式通過陷落柱，包括有超前探測、打眼放炮、注漿加固、設備檢修、機組割煤等主要工序，隨著陷落柱揭露范圍的擴大，各工序工作量也相應增加，由于各主要工序之間在空間和時間上存在相互影響的情況，如果沒有合理的組織安排，必然造成進度滯后。

4）設備故障率高

過陷落柱期間，雖然陷落柱區域經過預裂爆破，巖體已大面積破裂，但存在留底及大塊巖石殘留的情況，需要采煤機進行破巖通過。但采煤機截割過程中，截齒磨損情況嚴重，各部位連接螺栓受振動影響易松動；前部刮板輸送機運輸過程中，受運輸巖石影響，刮板兩側磨損情況嚴重，接鏈環、鏈條受拉存在變形開裂情況；轉載機、破碎機運行過程中，受運輸巖石影響，刮板磨損情況嚴重，破碎錘頭易出現松動；液壓支架由于放炮及推溜影響，千斤頂竄液、高壓膠管漏液情況極易發生，影響正常推進；膠帶輸送機運輸過程中，皮帶面易受巖石沖擊破損，卡扣磨損嚴重，托輥損壞數量增多[5]。以上問題直接影響設備的運行穩定性，如若發生故障，將導致進度停滯，影響整體推進。

3 技術方案的優化

3.1 陷落柱邊界超前探測施工工藝

在工作面推進至距離陷落柱預測邊界50 m 時，在陷落柱預測揭露段煤墻布置水平探眼，以確定陷落柱揭露位置及揭露范圍變化趨勢。陷落柱揭露后，每推進8 m，使用ZRS31 液壓鉆機在陷落柱揭露區域前后10 m 范圍內各打設4 個探眼，要求探眼垂直煤墻，順煤層傾角方向打設，孔徑42 mm，開孔高度1.5 m，深8 m，間距2.5 m，如圖2 所示。工藝流程：敲幫問頂→逼幫→準備打眼設備、工具→打眼→清理現場。若某一探眼見巖則停止施工，可根據眼深確定陷落柱邊界距該處煤墻的距離，下一循環超前探中，該處不必進行探眼施工。通過陷落柱邊界超前探測施工工藝，已探明推進方向8 m 范圍內的陷落柱邊界位置，為生產組織提供準確的預測數據。

圖2 陷落柱邊界超前探測示意圖（m）

3.2 預注漿加固工藝

隨工作面回采推進，預計陷落柱最先在正規94#～117#架處揭露。在工作面94#架至117#架段進行預注漿（晉安加固Ⅰ號）加固，并經現場揭露校正陷落柱邊界，提前8 m 對陷落柱邊界的煤巖分界處進行注漿。

1）注漿孔布置。使用ZQS-50/118S 風動煤鉆，孔深8 m，孔徑42 mm；下排孔距底板1.5 m，垂直煤墻或巷幫打設；上排孔距底板2.5 m，仰角30°（1 m 抬高0.5 m）打設；注漿孔水平間距3 m，三花布置，循環步距4 m。

2）注漿泵。長× 寬× 高為1000 mm×600 mm×1000 mm，整機質量120 kg，動力源為高壓風動，進氣壓力0.4～0.6 MPa，注漿壓力0～12 MPa。

3）注漿材料。采用潞安民爆的晉安加固I 號注漿材料（雙組分A 料、B 料）。材料及漿液無毒、無味，不會被點燃，漿液凝膠時間可根據現場工程與水文地質情況進行調整，固結體有膨脹性。注漿過程中反應溫度低于40 ℃，凝膠時間＜30 min。

4）工藝流程。首先按照設計的鉆孔位置、參數和規定的施工順序進行鉆孔并檢測鉆孔質量，然后安裝注漿管及封孔部件。在確保管路通暢、設備正常的情況下，準備漿液，開泵注漿，完成注漿工作。最后清洗注漿設備、管路附件系統。

5）施工工序。開啟氣源開關試運行注漿泵→開啟攪拌機觀察攪拌機是否運轉正?！B接孔口混合器和注漿管→根據現場配置的吸漿設備容器，配料工將等量的A、B 料分別加入各自的吸漿桶內，并時刻關注其余量，及時加料→開泵注漿→待注漿壓力達到12 MPa 或煤墻出現流漿的現象時，關閉氣源開關、注漿泵結束單孔注漿→按同樣的程序對剩余孔進行注漿→注漿完畢后，拆除孔口混合器和注漿管→在攪拌機中加入清水，開啟注漿泵進行洗泵，至注漿管流出清水時繼續清洗5 min 之后，方可停止。

3.3 生產組織優化方案

根據過陷落柱期間的各工序的先后順序，充分考慮各工序間的影響范圍，優化工序銜接，制定詳細的施工工序：工作面陷落柱邊界超前探測→工作面探測到陷落柱段煤巖分界處預注漿加固→陷落柱深孔預裂→采煤機配合放炮破巖的方式推進→工作面陷落柱煤巖分界點超前探測→下一個循環。

采用“三八”工作制，0 點班和4 點班生產，8點班檢修。根據陷落柱揭露范圍及時調整生產組織，以工作面30 m 揭露范圍為界限。

1）當揭露范圍≤30 m 時，該階段陷落柱揭露區域需打眼放炮，機組截割破巖推進速度慢，同時檢修、放炮作業交叉作業，為保證設備檢修時間，每日4 點班開機時間延遲至18:30，次日0 點班停機時間10:00，生產班之間實行不停機交接班。圓班按兩刀煤組織：8 點班檢修、打眼放炮，4 點班和0 點班生產，4 點班生產任務0.5 刀，0 點班生產任務1.5 刀，要求每日0 點班交班機組停在150#架往機尾范圍。

2）當30 m ＜揭露范圍≤45 m 時，該階段，陷落柱范圍增大，放炮后機組截割通過巖石區域時間增加，打眼放炮時間增加，結合各工序用時調整生產組織。按照3 個圓班4 刀煤組織生產：第一天8 點班放炮后，4 點班向機頭方向割煤（通過陷落柱1 次），交班機組停在30#架往機頭；0 點班機頭錯兩個刀，交班機組停在陷落柱機尾側（過陷落柱1 次）；第二天8 點班放炮后，4 點班機組向機尾割煤，機尾錯2 個刀，交班機組停在陷落柱機尾側（未過陷落柱）；0 點班機組向機頭割煤（過陷落柱1 次），機頭錯2 個刀，交班機組位置機頭雙刀；第三天不放炮，8 點班和4 點班前半個班檢修，接班機組位置機頭雙刀，機組向機尾割煤（過陷落柱1 次），機尾錯2 個刀，交班機組停在陷落柱機尾側（機組由機頭向機尾割煤通過陷落柱，為防止大塊巖石不斷通過機組機身對采煤機和輸送機造成損傷，機組空刀行進至陷落柱機尾側，由機尾側截割至機頭側，最后空刀返至機尾側），由4 點班后半個班和0 點班共同完成。生產組織情況如圖3。

圖3 W3305 工作面過陷落柱期間（30 m ＜揭露范圍≤45 m）生產組織示意圖

3）當揭露范圍＞45 m 時，該階段陷落柱全巖區域需要打設炮眼數量超過80 個，需分多次進行爆破，時長超過8 h，嚴重壓縮檢修時間和4 點班生產時間，且機組截割通過破巖區域用時過長。根據各工序現場實際實施情況，調整生產組織，圓班按1 刀煤組織生產，陷落柱區域推進進尺不得小于800 mm，每日8 點班打眼放炮，4 點班檢修，0 點班割煤通過陷落柱，生產班交班機組停在150#架至機尾范圍。

3.4 設備檢修優化方案

W3305 工作面過Xw44 陷落柱期間，保證每日檢修時間不小于8 h，充分利用檢修時間，進行關鍵設備重點檢修，保證過陷落柱期間設備運轉的穩定性。

1）刮板輸送機檢修。在工作面打眼前進行刮板輸送機的檢修工作，檢查輸送機的鏈條、刮板和接鏈環是否損壞，鏈條應無斷裂、扭曲、嚴重咬傷及變形；檢查刮板情況，運轉中刮板不能傾斜，刮板彎曲變形不得超過5 mm，數量不得超過3%，缺少數不得超過總數的2%，并且不得連續出現；檢查中部槽間隙是否太大，中部槽是否下墜，啞鈴連接銷、限位銷是否折斷，保證連接平滑、緊密牢固、上下左右錯差不超過30 mm；檢查電機減速器對輪處梅花墊是否變形破裂；檢查減速器是否漏油、滲油，緊固螺栓是否齊全完好。

2）轉載機、破碎機檢修。在工作面打眼前進行轉載機、破碎機的檢修工作，檢查鏈條是否能順利通過鏈輪，撥鏈器、小蓋板是否齊全完好，不得有卡住現象；檢查破碎機錘頭有無缺失損壞；檢查破碎機傳動帶有無破損痕跡；檢查刮板有無彎曲變形現象，并及時緊固刮板絲。

3）采煤機檢修。打眼工序開始后進行采煤機檢修，針對采煤機截割破巖的情況，及時更換、補充損壞和缺少的截齒，檢查滾筒齒座是否完整，有無開焊，連接銷、漲緊銷齊全牢固；檢查各部螺栓，特別是行走部、機身對口絲易松動的部位螺栓是否緊固、齊全；緊固各部對口連接螺絲及各部與底托架連接螺栓，處理滑動靴緊固螺栓；檢查和清洗過濾器，保持正常的過濾效果和潤滑效果；檢查采煤機啟動、報警、閉鎖、通信系統、監測控制系統是否工作正常。

4）液壓支架檢修。放炮前和放炮后進行液壓支架檢修，觀察支架有無自動下降現象，及時更換相應損壞的部件；檢查支架系統是否有漏液，不得出現漏液、竄液現象；檢查支架立柱、千斤頂有無損傷和變形，保證合格，千斤頂動作正常；檢查支架各部位連接情況，無脫銷和斷銷情況。

5）膠帶輸送機檢修。工作面設備開空后進行膠帶輸送機的檢修作業，檢查皮帶卡口磨損情況，對于磨損嚴重、卡口開口大時必須重新打設卡口；檢查儲帶倉直托輥、緩沖托輥、機尾裝載段直托輥轉動磨損情況，發現損壞及時更換；檢查驅動裝置、機尾段、張緊絞車及各滾筒的安裝，定位螺栓是否齊全，不得有松動現象；檢查清帶器與膠帶的接觸情況，清帶器固定是否緊固適度；檢查皮帶制動裝置是否動作可靠。

4 結語

W3305 工作面過Xw44 陷落柱期間通過優化技術方案，陷落柱區域煤跡線呈現連續狀態，采高范圍無全巖區域，歷時86 d 順利通過該陷落柱，取得了顯著成效：

1）采用陷落柱邊界超前探測工藝后，動態掌握了陷落柱邊界的變化趨勢，為生產組織實時調整提供了數據支撐。

2）采用預注漿工藝，保證采煤機截割破巖期間的頂板煤墻穩定，提高了正規循環率。

3）變化管理正規化組織，結合陷落柱揭露范圍的變化情況，確定合理的生產任務，調整各工序的銜接配合，保證了生產組織正規有序的循環進行。

4）合理利用檢修時間，針對過陷落柱期間采煤機、刮板輸送機等設備的易損部位進行重點檢修，設備完好率得到了有力保障。