綜采面過陷落柱開采技術(shù)分析

張雷雷

（山西潞安集團(tuán)高河能源有限公司,山西 長治 047100）

綜采面過陷落柱開采技術(shù)分析

張雷雷

（山西潞安集團(tuán)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(jié)合張集北礦4301綜放工作面過DX3陷落柱進(jìn)行勘探的基礎(chǔ)上，對采用強(qiáng)推硬過的方法過陷落柱進(jìn)行可行性、技術(shù)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(xù)推進(jìn)，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(shù)支持。

綜采；陷落柱；強(qiáng)推硬過；技術(shù)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(dāng)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(shí)，選擇繞巷處理的方案。3）平推時(shí)陷落柱直徑小于30m、陷落柱巖石硬度較軟，導(dǎo)水，容易被切割或者爆破處理，且處在工作面中部時(shí)，可強(qiáng)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(jī)尾處探測到DX3陷落柱，且該陷落柱已經(jīng)被揭露，陷落柱長軸70m，短軸45m，并且向工作面內(nèi)部延伸約28m，陷落柱影響開采范圍超過90m2。經(jīng)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(jù)該工作面的地質(zhì)資料分析，DX3陷落柱具有一定的導(dǎo)水性，一旦開挖此類陷落柱，可能會(huì)引發(fā)突水事件。當(dāng)工作面揭露陷落柱后，應(yīng)從防治突水角度及頂?shù)装蹇刂品矫嬖u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(jù)地質(zhì)資料對工作面頂?shù)装暹M(jìn)行瞬變電磁探測，根據(jù)物探結(jié)果研制煤層頂?shù)装遄{加固可行方案和意外防治措施；揭露陷落柱后，根據(jù)實(shí)時(shí)探測的結(jié)果，優(yōu)化煤層頂?shù)装遄{加固方案，對底板進(jìn)行鉆孔注漿加密。在機(jī)軌巷內(nèi)進(jìn)行鉆機(jī)對陷落柱的深度進(jìn)行超前探測，查看其與灰?guī)r水的導(dǎo)通情況及底板注漿加固情況。再者，根據(jù)施工的注漿加固孔的出水量、注漿量以及物探進(jìn)行分析，鉆孔出水量小、注漿量小，太原組中段石灰?guī)r含水層巖溶中等發(fā)育，導(dǎo)水裂隙細(xì)小，頂?shù)装遢^硬、導(dǎo)水性較差，對方案的實(shí)施較為有利。

（2）頂板分析。根據(jù)頂板硬度不同，陷落柱垮落不同的特點(diǎn)，在軟煤層或者泥巖處凹入，而堅(jiān)硬的巖層的相對凸出。柱面略向煤層內(nèi)傾，也就是在煤層中表現(xiàn)為參差不齊的形狀，在堅(jiān)硬的砂巖中一般能表現(xiàn)為上小下大的形狀。在回采過程中，下部煤層會(huì)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(zhì)泥巖，底板平均厚度2.6m的泥巖。

整個(gè)陷落柱形上小下大、嵌入巖層中，形狀類似于寶塔結(jié)構(gòu)。在切向上，原巖地應(yīng)力大于現(xiàn)地應(yīng)力，在徑向方向，因?yàn)樵谠撓萋渲谙蛐陛S部形成應(yīng)力集中區(qū)，因此徑向應(yīng)力會(huì)比較大。陷落柱以泥巖為主，泥質(zhì)膠結(jié)結(jié)構(gòu)，所以煤層及上覆泥巖與陷落柱體之間能形成相對穩(wěn)定的楔形結(jié)構(gòu)。在回采工程中，陷落柱巖體因受到擾動(dòng)而遭到破壞，裂隙擴(kuò)展、強(qiáng)度變低；巖石含有深灰色中細(xì)砂巖、細(xì)砂巖，部分為黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖以及鋁土質(zhì)泥巖；陷落柱注漿加密后，巖塊能形成泥質(zhì)、鈣質(zhì)等膠結(jié)結(jié)構(gòu)，柱體經(jīng)過注漿加密膠結(jié)后，楔形結(jié)構(gòu)提高結(jié)構(gòu)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(duì)伍的技術(shù)素質(zhì)。職工隊(duì)伍穩(wěn)定，操作技能純熟，能嚴(yán)格遵守各項(xiàng)規(guī)定，并且擁有相關(guān)扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，掌握了預(yù)防、處理應(yīng)急災(zāi)害的方法，能應(yīng)對各種突發(fā)事件的能力。

2 技術(shù)原理及技術(shù)分析

（1）應(yīng)用先進(jìn)的勘探技術(shù)手段，對工作面底板實(shí)施瞬變電磁探測，查明隔水底板厚度層理、底板富水、裂隙導(dǎo)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(guī)章制度，注漿減小底板裂隙增加其強(qiáng)度，避免回采過程中動(dòng)壓對底板擾動(dòng)后引起的突水事故。

（2）應(yīng)用鉆探手段，獲取陷落柱范圍、柱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)及富水性、導(dǎo)水性，依據(jù)鉆孔出水量和注漿量分析底板裂隙發(fā)育狀況，并以此推導(dǎo)柱體裂隙導(dǎo)水情況，為制定方案提供參數(shù)和依據(jù)。

（3）根據(jù)回采工程壓力分布的規(guī)律，分析在采動(dòng)影響下底板受擾動(dòng)之后發(fā)生底板突水的可能性。為預(yù)測、防范重大突水事故的發(fā)生，制定了防突水應(yīng)急措施，布置落實(shí)了采區(qū)及工作面排水和供電系統(tǒng)，保證有足夠的備用系數(shù)。

3 施工工藝

（1）強(qiáng)行硬過的施工工藝。a.為防止工作面通過構(gòu)造帶時(shí)發(fā)生冒頂事故，揭露陷落柱降低周圍10個(gè)架的采高約5.5～5.0m，保證液壓支架隨著回采正常推進(jìn)。b.在揭露陷落柱兩邊的底板時(shí)，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(hù)支架在巷道內(nèi)的低洼處移架時(shí)，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(jī)頭機(jī)尾推進(jìn)度一致，避免溜子過渡時(shí)支架上串下滑的情況發(fā)生。

（2）防冶水管理。在揭露陷落柱時(shí)對4301工作面突水情況排查和工作面排水系統(tǒng)進(jìn)行檢修完善, 增加了工作面的排水量。嚴(yán)格依照工作面突水的應(yīng)急方案規(guī)定實(shí)施：過陷落柱時(shí)，礦相關(guān)負(fù)責(zé)人必須每班有人現(xiàn)場跟班，保持通信暢通，嚴(yán)格排查頂?shù)装迓端闆r；但煤巖壁發(fā)現(xiàn)有掛汗、掛紅、頂板淋水加大、煤壁泥化、水色發(fā)渾等突水預(yù)兆時(shí)，立即停止作業(yè)，疏散人員，及時(shí)報(bào)告調(diào)度室，并制定可行的方案。

（3）陷落柱震動(dòng)炮的施工流程：a.準(zhǔn)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(fēng)動(dòng)鉆機(jī)（或幫鉆），打放炮眼，在工作面準(zhǔn)備2～3臺(tái)風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)（或幫鉆）對陷落柱進(jìn)行打眼放震動(dòng)炮，炮眼排距1.0m、間距0.6m，炮眼深度為1.2m，根據(jù)陷落柱DX3大小，可布置為每排1～2個(gè)炮眼，在距頂?shù)装?.5m～1m處布置炮眼時(shí)必須保持一定的傾角；為了達(dá)到最大的爆破效果，鉆桿適當(dāng)向運(yùn)輸巷按一定角度傾斜，適當(dāng)調(diào)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(fā)煤礦許用電雷管，每次起爆不超過10個(gè)眼。

4 總結(jié)

張集北礦4301綜采工作面首次強(qiáng)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(zhì)構(gòu)造對工作面回采帶來的各種煤礦災(zāi)害發(fā)生可能性，提高了煤炭資源回收率，并且保持煤質(zhì)，為公司取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。綜采工作面強(qiáng)推硬過陷落柱回采工藝，為煤炭企業(yè)在大采高復(fù)雜地質(zhì)條件下的工作面設(shè)計(jì)和回采工藝提供了理論和技術(shù)上的支持。

[1]張育恒.綜放工作面過陷落柱開采技術(shù)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）.