巷道掘進過程中過陷落柱施工技術應用探討

耿宇杰

山西保利金莊煤業有限公司 山西晉中 031300

為了順應社會對于煤炭的需求，我國近年來對于煤炭行業的關注逐漸提升，對開采煤炭所要使用的陷落柱施工技術也在不斷地更新和研發。

1 陷落柱施工技術概述

礦區內奧陶系石灰巖巖溶較為發育，伴隨巖溶作用在本礦區內形成了較為集中的巖溶陷落柱，到目前為止，礦區內現已揭露陷落柱141 個，且大多數陷落柱個體規模較小，一般小于10×50m，少數規模較大者達到110×90m，其平面形態呈近似圓狀或橢圓形狀。

陷落柱施工技術是國內煤炭行業對煤炭進行挖掘的主要技術之一，而陷落柱是在開采煤礦中非常常見的一種地質結構，它是最原始的形態是巖溶，在通過陷落柱的出現與否對于煤炭開采礦井的挖掘速度和煤炭開采的產量都在一定程度上存在影響，一般情況下，陷落柱的橫向斷截面出現的面積比較大時，會對開采的設備形成制約，開采煤炭的效率飛速下降。

2 巷道掘進過程中過陷落柱施工技術的應用

2.1 工程概況

山西保利金莊煤業有限公司內所投入使用的1003 工作面帶式傳送機的順槽機頭巖洞室中處于煤層最上端的頂板的設計中將整個煤層的斷截面的總長度設定為43m。

整個礦區內目前發現的141 個陷落柱，陷落柱分布無明顯規律，如果揭露陷落柱將給煤層開采帶來一定困難。首先，陷落柱本身比較破碎、松軟，容易卡死采煤機；其次，陷落柱的出現會改變周邊巖層的傾角，導致巖石破碎、煤層被壓疏，使陷落柱與煤層交界處極易冒頂，頂板控制比較困難，影響機械化生產。因此在設備進行作業的時候首先對于XLZ-5 的30m 長的陷落柱周圍的巖石進行搗碎工作，而在實際的操作過程中，圍巖是比較難以被擊碎的，不容易輕易變形，這種情況的產生導致了對現場進行工作的施工人員的生命安全造成了一定程度上的威脅。所以施工單位先使用噴堆JCT-2 先對巷道進行封閉操作，之后對巷道兩旁以及頂部的板面進行注漿加固的操作，一般情況下，注漿的主要成分都是由水、455＊ 硅膠水泥土、JCT-6 融合劑以及JCT-4 混凝土固化膠幾種原料混合而成，之后再通過化學方法或者是物理方法將混合后的熔漿利用相關的機器設備將其注入到已經破碎的巖石表面內部[1]。

2.2 巷道圍巖支護分析

首先是要對陷落柱巖石內壁的性質進行分析，內部結構中不含有水的地方其巖層結構相對來講比較穩定。其次是在高強度下的應力錨索支護，陷落柱在高強度的應力作用下，內部的錨索結構會產生一定程度上的形變，所以如果想要陷落柱變成項目施工所需要的形狀，就可以通過改變陷落柱內壁的圍巖所承受的應力大小即可。接著是對于錨桿的支護作用，在巷道的圍巖中使用錨桿可以最大程度的提升陷落柱的向心力，可以有效地避免巷道的頂部巖石塊脫落的現象出現，加強對于巖石開采操作的靈敏性。最后是對陷落柱的表面進行噴漿的工作，在巷道掘進完成后對其巖層的表面根據巖石長期以來的風蝕程度、雨水的侵蝕程度來對巖石的表面進行封堵，防止在后續的收尾工作中有零碎的巖石塊掉落，造成安全隱患[2]。

2.3 陷落柱受力情況分析

在巷道掘進的過程中，陷落柱的底部很容易與在石灰巖中堆積的地下水發生物理反應或者是化學反應，長此以往，陷落柱底部將逐漸與石灰巖所處的低下環境融為一體，變成溶洞。而在陷落柱的垂直方向上面，由于頂層的巖石受到了來自于自身重力的影響會經歷離層、頂部塌陷、壓實的幾個過程。而在水平方向上面，巖石又會受到側向推力的作用會使得整片巖石層會向陷落柱的中間位置偏移，使其巖石中的夾縫被后注入的溶膠而填滿。隨著陷落柱的不斷偏移，陷落柱的頂部底部將不會再被腐蝕，同時在陷落柱周圍巖石所承受的整體的應變力變化非常顯著，在高區的應變力明顯下降，而在低區的應變力明顯提高。在此基礎上，設巖石的高度為h，那么在整片的巖石坍塌以后，在巖石表面的巖體將會逐漸脫落到底部中來，對下層的巖石進行破壞，假設上層表面巖石下落的高度也為h，即巖石高度和下落高度相同。底層巖石表面所承受的壓力與陷落柱中間部分的距離可用公式表現為

其中k 表示受力指數，k=2 到4

H 表示巖體的下落高度

C 表示石灰巖的粘合力系數

Φ 表示巖石的傾斜角度

f 表示巖石與陷落柱之間的摩擦系數

通過這個公式可以看出對于巖石不同的下落高度X0 的數值也不相同，會受到很多因素的影響，在垂直方向或者是水平方向上面，升高區和降低區受到壓力的影響，容易在陷落柱的中部產生一定范圍內的錯亂，使整個陷落柱的受力情況變得復雜化。

同時在使用UDCE 對陷落柱的受力情況進行數值上的模擬分析時，根據設備所穿過開采區域時，得到的不同的地質情況來看，當運用Mohr-Coulomb 數據分析模型對地質情況進行分析時，將所要檢測的區域數值設定為寬220m、高95m、將整個設備的壓力系數設置為1．5 并在模型的頂部施加9MPa 的外部側壓，同時在兩端施加8．5MPa 的壓力，之后通過相關的計算得出在此壓力模型之下，對陷落柱產生最大的影響范圍為距離陷落柱底部8 到15m 的地方[3]。

3 結語

綜上所述，通過整篇文章對于巷道掘進過程中過陷落柱施工技術應用情況的相關探討，可以了解到對于煤礦開采的工程來講，在施工前期對于煤炭開采區域地質情況的掌握程度對于后續的開采工作的順利進行有著很大的幫助，同時通過鈿桿的使用可以有效的提高陷落柱的抗剪性以及受力承受范圍。