工作面安全快速過陷落柱支護(hù)體系研究

趙 源

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 033000）

引言

陷落柱是北方地區(qū)煤炭回采時較為常見的構(gòu)造類型，當(dāng)煤炭回采區(qū)域內(nèi)發(fā)育有陷落柱時煤層頂?shù)装宸€(wěn)定性會明顯降低，在采掘過程中容易出現(xiàn)頂板冒落問題[1-3]。同時由于陷落柱內(nèi)裂隙發(fā)育，也是良好的導(dǎo)水、導(dǎo)氣通道，但當(dāng)陷落柱與附近含水層、煤層聯(lián)通時會出現(xiàn)突水、瓦斯異常涌出等問題[4-7]。因此，如何安全快速過陷落柱是礦井煤炭回采時需要重點解決的問題。以山西某礦11505 綜采工作面為工程研究對象，提出采用注漿等安全措施確保采面安全、快速過陷落柱，現(xiàn)場取得較好應(yīng)用成果。

1 11505 綜采工作面概況

11505 綜采工作面位于5 采區(qū)，設(shè)計推進(jìn)距離1 506 m、切眼斜長245 m，主要回采11 號煤層，煤層厚度4.4 m，埋深590 m，傾角3°。11 號煤層直接頂、基本頂巖性分別為砂質(zhì)泥巖（3.6 m）、粉砂巖（10.5 m），直接底為炭質(zhì)泥巖（2.3 m），采用大采高回采工藝。

采面回采巷道掘進(jìn)期間揭露有X14 陷落柱，根據(jù)回采巷道揭露情況并結(jié)合物探、鉆探資料，發(fā)現(xiàn)X14 陷落柱邊緣距離采面運(yùn)輸順槽約19 m，影響采面推進(jìn)距離約43 m。陷落柱呈橢圓形，長軸、短軸長度分別為53 m、86 m，內(nèi)部主要為破碎的砂巖、砂質(zhì)泥巖并通過泥巖膠結(jié)，穩(wěn)定性較差。具體采面內(nèi)X14陷落柱位置見圖1 所示。

圖1 采面內(nèi)X14 陷落柱位置示意圖

2 采面過陷落柱存在問題分析

1）采面在回采遇陷落柱時，11 號煤層頂板較為破碎，液壓支架頂梁與頂板巖層間接觸不嚴(yán)密，使得液壓支架初撐力達(dá)不到設(shè)計要求。同時當(dāng)采面存在有一定傾角時容易導(dǎo)致液壓支架出現(xiàn)傾斜。采面過陷落柱期間由于支架頂板控制效果較差，容易出現(xiàn)頂板垮落、支架頂梁損壞等問題。

2）在X14 陷落柱內(nèi)部巖體主要為砂質(zhì)泥巖、砂巖，強(qiáng)度低、膠結(jié)性差。在采面過陷落柱期間若不采取適當(dāng)?shù)陌踩胧ο萋渲鶅?nèi)巖體進(jìn)行加固，使用帶壓摩擦過陷落柱方法容易引起采煤機(jī)、液壓支架等設(shè)備損壞，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)采面頂板大面積垮落問題。

3）在陷落柱影響范圍內(nèi)（一般在距陷落柱邊緣10 m 范圍內(nèi)），煤體穩(wěn)定性較低，抗剪以及抗壓強(qiáng)度均較低，工作面在此范圍內(nèi)推進(jìn)時煤壁容易出現(xiàn)片幫問題，若不提前采取加固措施嚴(yán)重時會導(dǎo)致生產(chǎn)停滯。

3 工作面安全快速過陷落柱技術(shù)措施

為確保11505 綜采工作面安全、快速通過X14陷落柱，決定在過陷落柱前采用注漿方式對煤體進(jìn)行加固，在過陷落柱期間使用恒阻錨索懸吊+撞鍥超前支護(hù)確定頂板穩(wěn)定。

3.1 過陷落柱前煤體加固技術(shù)

在11505 綜采工作面回采推進(jìn)至553 m 位置，此時距離陷落柱邊緣約為10 m，在受到陷落柱影響的1 號～18 號液壓支架間布置注漿鉆孔對煤壁進(jìn)行加固。注漿鉆孔間隔3 000 mm、深度5 000 mm，傾角為25°，推進(jìn)3.2 m（采面推進(jìn)速度為3.2 m/d）后再布置一排注漿孔，確保注漿孔間有1.5 m 疊加距離，注漿鉆孔施工集中在檢修班。注漿鉆孔施工完畢后，采用高壓泵向鉆孔內(nèi)注入馬麗散，從而有效提高注漿區(qū)域內(nèi)煤體穩(wěn)定性。具體采面內(nèi)注漿鉆孔布置見圖2 所示。

圖2 采面內(nèi)注漿鉆孔布置圖

3.2 過陷落柱期間頂板管理措施

3.2.1 施工撞鍥

當(dāng)工作面揭露X14 陷落柱后，在1 號—19 號支架前方施工一排鉆孔，鉆孔間距、孔深分別為2.0 m、4.0 m。鉆孔施工完畢后孔內(nèi)安裝直徑30 mm、長度4.0 m 長樹脂錨桿，并使用錨固劑錨固。錨固后的錨桿應(yīng)與采面煤壁垂直。

待第一排樹脂錨桿施工完畢后，采煤機(jī)正常割煤，單刀進(jìn)尺控制在500 mm 以內(nèi)，割煤長度達(dá)到5 m后及時前移刮板輸送機(jī)以及液壓支架，液壓支架采用帶壓摩擦移架方式。當(dāng)采面推進(jìn)長度達(dá)到3.5 m后，施工第二排樹脂錨桿。第二排樹脂錨桿與第一排樹脂錨桿交叉布置，疊加距離控制在500 mm。

3.2.2 恒阻錨索吊棚支護(hù)

為了進(jìn)一步提高采面過陷落柱期間頂板穩(wěn)定，采用邁步式恒阻錨索施工吊棚對頂板進(jìn)行控制。恒阻錨索吊棚結(jié)構(gòu)由11 號工字鋼、恒阻錨索（2 根）構(gòu)成，11 號工字鋼長度3.5 m，并在工作鋼上施工2 個直徑30 mm 鉆孔、鉆孔間距為1 800 mm，以便錨索懸吊；使用的恒阻錨索規(guī)格為Φ21.6 mm×5 000 mm。

當(dāng)采面揭露陷落柱后即開始布置錨索吊棚，吊棚與采面煤壁平行布置，棚間距控制在1.5 m，相鄰的2 排吊棚呈邁步式方式布置。

4 應(yīng)用效果分析

于2020 年5 月12 日采面揭露X14 陷落柱，截至2020 年5 月28 日采面完全推進(jìn)過陷落柱，共計耗時16 d。在過陷落柱期間采面推進(jìn)速度平均3.2 m/d，推進(jìn)速度與采面正常回采保持一致；由于提前采用注漿、施工撞鍥、恒阻錨索懸吊等方式對破碎煤體、頂板破碎巖層等進(jìn)行加固，采面過陷落柱期間未出現(xiàn)煤壁片幫、頂板冒落問題，液壓支架工作阻力始終在合理范圍內(nèi)，過陷落柱期間監(jiān)測發(fā)現(xiàn)采面頂板下沉量值控制在115 m 以內(nèi)。現(xiàn)場應(yīng)用表明，文中所提安全技術(shù)措施可滿足采面安全、快速過陷落柱需要。