8128綜采工作面過陷落柱安全施工技術

吳 強

（大同煤礦集團朔州煤電小峪煤業有限公司，山西 朔州 038300）

1 概述

大同煤礦集團朔州煤電小峪煤業有限公司8128工作面位于南Ⅰ盤區北部，由2128、5128兩順槽巷及切眼構成。其北為小窯破壞區，南為416、417大巷，西為礦界與簸箕掌煤業相鄰，東為正在回采的8126面。工作面設計走向長805m，傾斜長150m，可采長度680m，面積120750m2。工作面回采煤層為16#煤層，平均厚度為3.29m，煤層頂板以泥巖及砂巖為主，工作面采用綜合機械化回采工藝。截至目前工作面已回采至510m。

工作面回采至527m處位于工作面92#～108#支架之間逐漸揭露X3陷落柱。陷落柱水平面上呈橢圓狀，長軸與工作面呈77°夾角，陷落柱短軸長度為24m，長軸長度為54m，影響工作面最大走向長度為52.7m，影響最大傾向長度為26m。在工作面回風順槽施工了3個水平鉆孔對陷落柱鉆探，陷落柱侵入工作面高度為2.2m，陷落柱腔體內主要以散狀泥巖、砂巖混合巖體為主，巖體穩定性差。

由于16#煤層受陷落柱侵蝕作用，破壞了煤體整體連續穩定性，在陷落柱四周煤體成破碎狀，預計工作面在過陷落柱時周期長，煤壁片幫嚴重，陷落柱處頂板破碎嚴重，支架支護效果差，容易發生頂板冒漏。對此，決定對8128工作面過X3陷落柱回采方案進行合理選擇，采取有效安全技術措施。

2 過X3陷落柱方案選擇

2.1 方案一：直接回采法

8128工作面采用采煤機正常割煤直接過X3陷落柱，采煤機截割深度為0.8m。由于陷落柱腔體內巖體極不穩定，采用采煤機直接破巖過陷落柱時，很容易造成腔體內巖體失穩現象，導致陷落柱處頂板垮落現象，威脅工作面安全回采。

2.2 方案二：拋面法

工作面回采至520m處時，將工作面刮板輸送機縮短至80#支架，工作面回采長度縮短為140m，當工作面推進至580m后再次工作面全長回采。采用拋面法過X3陷落柱時煤柱損失量大，同時需對工作面刮板輸送機、液壓支架拆卸、安裝，而且還需重新施工切巷，回采周期長。

2.3 方案三：分層松動爆破法

工作面揭露陷落柱后，對陷落柱施工爆破鉆孔進行分層爆破施工。采用爆破施工時可根據炮孔深度及數量合理確定爆破斷面及進度，從而提高陷落柱巖體穩定性。該方法可提高工作面過陷落柱回采進度及煤柱回采量，但是在過陷落柱時必須提前對陷落柱腔體內巖體進行加固，并對陷落柱頂板采取超前支護及加固措施。

通過以上三種方案的對比分析，決定采用方案三過8128工作面X3陷落柱。

3 過X3陷落柱施工技術

3.1 注漿加固

為了防止因X3陷落柱腔體內巖體不穩定導致爆破施工時出現頂板垮落事故，提高腔體巖體穩定性，及時填充巖體裂隙，決定在爆破施工前對陷落柱腔體進行注漿加固施工。

（1）工作面揭露X3陷落柱后，對陷落柱施工兩排注漿鉆孔。第一排注漿孔施工在工作面設計頂板位置，鉆孔垂直煤壁布置，鉆孔深度為3.0m，鉆孔直徑為45mm，鉆孔間距為3.0m；第二排注漿鉆孔施工在距頂板1.5m，鉆孔深度為4.0m，鉆孔仰角為30°，鉆孔間距為3.0m，且與第一排交錯布置。如圖1所示。

（2）兩排注漿鉆孔施工完后，依次對鉆孔內安裝注漿管，并將注漿管與2ZBQ50/19氣動雙液注漿泵連接，并進行馬麗散注漿施工。

（3）注漿區域注漿2h后工作面方可進行后續工作。當工作面推進3.0m后或者陷落柱巖體出現松散現象時，及時進行第二次注漿施工，施工工藝相同。

3.2 分層松動爆破

（1）8128工作面回采至520m處時及時調整工作面偽斜，保證工作面支架初撐力及工作阻力，并降低采煤機截割深度至0.5m，工作面回采后及時清理煤矸并進行移架。

（2）工作面揭露陷落柱后，對陷落柱施工三排松動爆破孔，鉆孔深度為0.9m，鉆孔直徑為43mm，鉆孔垂直煤壁布置。第一排鉆孔距頂板0.5m，鉆孔排距為1.0m，間距為1.5m。每排鉆孔數量根據揭露陷落柱寬度而定。

（3）鉆孔施工完后對鉆孔內填裝三級礦用乳化炸藥及毫秒電雷管，并采用水炮泥對炮孔進行封堵，封孔長度不低于0.5m，每次爆破炮孔數量不得超過3個。

（4）工作面上斷面爆破后，下斷面底煤采用采煤機清掃。工作面煤矸清理后對陷落柱頂板采取聯合維護后，及時將支架移架到位。

3.3 超前錨桿支護

（1）為了保證支架過陷落柱期間支護效果，決定對陷落柱處頂板施工超前錨桿支護。超前錨桿長度為3.5m，直徑為22mm。為了降低超前支護變形現象，超前錨桿采用玻璃鋼螺紋錨桿，超前錨桿垂直煤壁布置，施工在工作面設計頂板位置，超前錨桿間距為0.4m。

（2）首先采用手持式鉆機對煤壁施工支護鉆孔，鉆孔深度為3.5m，直徑為30mm。鉆孔施工完后依次對鉆孔填裝錨固劑及玻璃鋼錨桿，并進行錨固，錨桿外露長度控制在0.3m范圍內。錨桿錨固后在外露端安裝一根長度為3.0m、寬度為10mm槽鋼并與煤壁預緊。

3.4 “JW”型錨索吊棚施工

（1）8128工作面施工的“JW”型錨索吊棚主要由“JW”型鋼梁及恒阻錨索組成。“JW”型鋼梁長度為3.5m，寬度為0.3m，厚度為4mm，鋼梁上焊制兩個直徑為30mm圓孔，孔間距為2.5m。恒阻錨索長度為5.0m，直徑為21.8mm。

（2）“JW”型吊棚與工作面平行布置，當工作面回采至525m處時施工第一架吊棚，吊棚排距為1.5m，相鄰兩架吊棚間距為1.0m。如圖1所示。

圖1 8128工作面過X3陷落柱聯合支護示意圖

4 應用效果

截至2019年2月16日，8128工作面已回采至590m，完全通過了X3陷落柱影響區，工作面過陷落柱共計用時8d，過陷落柱期間平均回采速度達6.6m/d。與采煤機直接破巖法相比，松動爆破法施工過程中對陷落柱頂板采取合理有效聯合控制措施，通過實際應用過陷落柱期間頂板未出現破碎、冒落現象，液壓支架在陷落柱處初撐力、工作阻力達到設計值，未出現倒架、頂梁懸空等事故，保證了支架支護效果。與拋面法相比，增加了工作面原煤回采量7.2萬t，提高經濟效益1200余萬元，減少了中切巷施工工程量以及搬家倒面次數，減少巷道掘進費用達470萬元，取得了顯著經濟效益。