大采高綜采工作面過陷落柱技術探討

趙 杰

（山西凌志達煤業有限公司，山西 長治 046606）

陷落柱是煤礦井下常見的地質構造之一。在回采工作面遇到陷落柱時，因陷落柱巖性較為堅硬，通常會采用另外重新布置切眼和順槽的方式避開陷落柱。這不僅增加了巷道掘進和機電設備安裝的工作量，也給礦井正常采掘銜接造成了不利影響。由于陷落柱巖性和堅硬程度不同，工作面遇到陷落柱時應根據實際地質情況采取不同的開采方法［1-2］。本文以凌志達煤業15206 工作面為工程背景，對采面過陷落柱技術進行詳細分析探討，擬定過陷落柱施工方案。

1 概況

凌志達煤業公司，礦井核定產能1.50 Mt/a，井田面積17.678 5 km2，主要可采煤層為3#、15#煤層，目前開采15#煤層。礦井采用斜井開拓方式，布置有3 個井筒，采用中央邊界通風方式，抽出式通風系統。礦井屬低瓦斯礦井，水文地質條件為中等類型。

15206 工作面蓋山厚度148～287 m，平均厚度217.5 m。井下位于二采區東南部，東臨已開采的15202 工作面采空區，西側煤層未開采，南臨礦井邊界，北臨東翼回風大巷。

15#煤層厚度2.6～5.0 m，平均3.8 m；傾角范圍1°～3°，平均2°；煤種屬于無煙煤。頂底板巖性情況見表1。

表1 15#煤層頂底板巖情況

斷層發育情況，該工作面所在區域有5 條斷層，其中F7、F8、F9、F10為巷道掘進過程中已揭露的，YC-1 異常區疑是一層間小斷層，F7、F9分別位于回風順槽32 m、925 m 處，落差分別為2 m、5～6 m；F8、F10分別位于運輸順槽867 m、1 258 m 處，落差分別為5～6 m、1.5 m；YC-1 斷層異常區域位于工作面228～305 m 范圍內。

陷落柱發育情況，見圖1。該工作面所在區域有3 個陷落柱，其中Q31、Q35 為巷道掘進過程中已揭露的，YC-2 異常區疑是一陷落柱。Q31 位于運輸順槽424 m 處，該陷落柱向工作面內延伸87 m，短軸約為45 m；Q35 位于運輸順槽681 m 處，Q35陷落柱向工作面內延伸20 m，短軸約為29 m；YC-2 陷落柱異常區位于工作面708～777 m 范圍內。

圖1 Q31 陷落柱與工作面相對位置關系

工作面布置兩條順槽巷道，走向長1 690 m，傾斜長200 m。兩條順槽巷道均為矩形斷面，采用鋼筋網、錨桿、錨索聯合支護的方式，凈寬、凈高分別為5 m、3.5 m，斷面積17.5 m2。

2 陷落柱力學參數

巖樣取Q31、Q35 號陷落柱內部垮落物，制備標準巖樣后，通過RMT-150B巖石力學試驗系統、TUA2000A型超聲波無損檢測分析儀和精密電子天平進行巖石力學參數選項測定［4-5］。陷落柱的巖石物理力學參數試驗結果見表2。

表2 巖石物理力學參數試驗結果匯總

根據上述測定值，可以將其巖性劃歸為較為堅硬的粗砂巖、中砂巖等。因此，在工作面現場推進到陷落柱時，必須采用控制爆破震動工藝，再配合采煤機截割的方式，方可強行通過陷落柱區域。

3 過陷落柱技術

3.1 炮眼布置

工作面陷落柱區域炮眼布置見圖2。圖2 中，炮眼編號1…3 為頂眼，炮眼編號4…6為掏槽眼，炮眼編號7…10 為底眼，炮眼間距均為800 mm，炮眼深度均為1 300 mm；采用煤礦許用Ⅱ級乳化炸藥，每眼裝藥量為1～3 卷，電雷管采用煤礦許用瞬發電雷管，封泥長度為500 mm。聯線方式為頂眼和掏槽眼串聯，底眼單獨串聯，形成兩路起爆線路同時起爆。爆破臨時支護方式為液壓支架前梁板架設尺寸為Φ180 mm×2 000 mm的半圓木配合液壓單體支柱。

圖2 工作面陷落柱區域炮眼布置

3.2 工藝及技術措施

（1）采煤機割煤與技術措施

割煤方式：雙向穿梭割煤，前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤；工藝順序：割煤→裝煤→運煤→移架→推溜。

①工作面推進到陷落柱區域內要降低采高，以工作面機組可以通過的最小高度為準，不僅能夠減少割矸量，而且還可以防止壓架、死架等情況的發生。

②當工作面由陷落柱區域推進進入正常區域時，需要保持一段推進距離以逐漸升高工作面采高，使工作面液壓支架和運輸機可以逐漸適應過渡。

③當采用采煤機截割方法通過時，割煤步距嚴格執行作業規程要求。

④回采過程中，在臨近陷落柱5～8 m 時，采用工作面液壓系統通過吊起刮板輸送機，降低采高。

⑤當工作面推進到陷落柱區域之后，機組牽引速度應根據巖石硬度調整。采取淺截深多循環的截割方式，并采取等差降架的方式，相鄰兩個液壓支架的高度錯差控制在150～200 mm 的范圍之內，防止出現擠架、咬架等情況的發生。

⑥工作面推進到陷落柱兩側正常區域時可以提前移架，仍處于陷落柱區域內的液壓支架可以適當滯后移架；在頂板破碎情況下，可以采用鐵管或木板梁一端插入巖壁一端搭在前梁的方法進行特殊支護。當采煤機清理工作面矸石完畢后，立即進行移架操作，防止工作面現場漏矸情況的發生。截割軟巖時采用割一架及時移一架的支護方法。

⑦采煤機截齒必須齊全鋒利，內外噴霧齊全有效，內噴霧壓力不小于2 MPa，外噴霧壓力不小于4 MPa。

（2）爆破工藝與技術措施

采用一次裝藥一次起爆，爆破施工工序：敲幫問頂→打眼→裝藥→聯線→放炮→機組裝矸→移架→推溜。

①爆破時要用舊輸送帶擋住液壓支架的立柱、推移千斤頂、照明設施和管線等以防崩壞，也可用風鎬破碎替代打眼爆破。

②對陷落柱內大矸（硬矸）采用控制打眼爆破震垮巖石，采煤機進行矸石清理。另外在每道支架前梁交接處，順次掛好廢舊皮帶，皮帶的下端要對應放在輸送機擋煤板的里側，以防打傷燈具、油管及其操作手把等部件。

③爆破地點20 m 內瓦斯濃度達到或者超過1%時，嚴禁打眼、裝藥、爆破。

4 結語

對15206 工作面陷落柱進行巖石力學參數測定，分析探討工作面強行推過陷落柱的可行性，擬定割煤及松動爆破方案與技術措施；回采時需嚴格控制工作面采高，對軟矸采用采煤機直接截割，對硬矸采用控制爆破震動工藝，再配合采煤機截割的方式；現場工作面推進過陷落柱時，未出現壓架、死架、擠架、咬架等情況，節省了工程量，提高了工作面資源回收率，保證了礦井采掘銜接；可為其他工作面過類似條件的陷落柱提供一些經驗借鑒。