對采煤工作面快速過陷落柱技術的探討

吉艷平

(山西澤州天泰和瑞煤業有限公司，山西 澤州 048000)

陷落柱是較好的導水地質構造，同時陷落柱內充填物的承載能力及穩定性往往較差，在采面設計時若通過留設保護煤柱方式規避陷落柱，則會出現采面不規則或者降低煤炭采收率等問題；若將陷落柱圈定在采面內，采煤機硬過陷落柱時則面臨頂板失穩、采煤機破巖等各種問題，制約了煤炭開采速度。本文依據現場情況，提出了針對性過陷落柱的技術措施，不僅可實現煤炭高效、持續生產，而且對采面安全生產的保障能力具有一定的促進意義，現場應用后取得了較為顯著的安全及經濟效益。

1 工程概況

13205采煤工作面回采13號煤層，采面設計面長180 m、推進長度956 m，采面東側及北側均是未開采煤炭，南側為采區巷道、西側為已回采完畢的13203采空區。13號煤層厚度均值2.8 m、埋深395 m，采面采用綜采方式，全部垮落法管理頂板，現階段13205采煤工作面推進長度超過450 m。在13號煤層結構復采，夾雜有2～5層炭質泥巖加矸，煤層賦存穩定，具體頂底板巖性參數如表1所示。

表1 13號煤層頂底板巖性

回采巷道掘進揭露以及三維地震勘察資料顯示，在13205綜采工作面開采范圍內發育有X102陷落柱(短軸12 m、長軸18 m)，陷落柱內部有堅硬的石灰巖以及強度較低的泥巖，充填物膠結性較差。在X102陷落柱周邊有其他的小伴生地質構造，陷落柱影響區內對煤炭開采的影響較為明顯。

2 陷落柱對采面煤炭開采影響分析

通過前期探測發現，X102陷落柱內部不含水且陷落柱未與底板承壓水含水層聯通，為提高采面煤炭資源回收率并就降低陷落柱對煤炭開采的影響，提出采煤機直接截割陷落柱內巖體。為提高采面過陷落柱期間頂板的穩定性，采用帶壓移架方式前移液壓支架。依據現場情況，對采面在過陷落柱期間面臨的問題進行歸納，具體包括：

1) X102陷落柱形狀不規則，采煤工作面在陷落柱影響范圍內推進時受應力疊加影響(包括構造應力、地應力及采動壓力等)，同時由于13號煤層直接頂為砂質泥巖、泥巖互層，本身承受能力及穩定性較差，若開采時采面對頂板控制效果較差，則容易出現頂板垮落問題甚至引起液壓支架傾覆，液壓支架工作阻力難以達到預先設定值。

2) X102陷落柱內部被石灰巖、泥巖等充填，巖體穩定性較差，但是部分大塊石灰巖強度高，采煤機直接截割時面臨磨損嚴重、推進速度緩慢等問題。

3) 前提鉆孔探測發現，陷落柱附近煤體破碎且松軟，陷落柱周邊煤層賦存不穩定，當13205采煤工作面推擠至X102陷落柱附近時容易出現片幫、冒頂等問題，影響煤炭正常生產。

3 過陷落柱技術措施

3.1 生產管理技術措施

在采面回采過陷落柱時，應依據陷落柱內部充填巖體裂隙發育情況以及巖體硬度等，采用采煤機直接截割或者輔助采用松動爆破方式提高采煤機推進速度。對陷落柱內充填物進行取樣測試，發現充填巖體最大抗壓強度可達到65 MPa，因此需要輔助采用爆破方式降低充填體強度。在陷落柱影響范圍內開采時，應適當降低開采高度，采高應確保采煤機可正常移動，同時確保采面平直、底板平穩，刮板輸送機能正常運行。

在采面推進過程中，必須確保液壓支架與頂板良好接觸，以實現頂板有效管理；在陷落柱影響范圍內割煤時，采煤機牽引速度控制在1.0 m/min，在截割過程中時刻關注采煤機運行及頂板穩定性情況，確保生產安全。

3.2 松動爆破輔助破巖

在采面內布置炮眼并通過松動爆破方式提高破巖效果。采面內炮眼布置見圖1，共計布置3排炮眼，上部炮眼與頂部間距控制在500 mm、下部炮眼與底板間隔600 mm，炮眼孔深為1 800 mm；炮眼均垂直煤壁施工，單個炮眼內放入2～3卷炸藥，封孔綜合使用黃土炮泥、水炮泥，炮眼裝藥結構見圖2。在陷落柱內推進時適當降低截割深度至700 mm，牽引速度為4.0 m/min，提高頂板穩定性控制能力。同時在生產過程中應強化噴霧降塵，提升煤炭生產效率。

圖1 炮眼布置示意(mm)

圖2 炮眼內裝藥結構

在松動爆破前應將刮板輸送機盡量靠近支架側，并用廢舊輸送帶包裹液壓支架立柱，避免松動爆破產生的矸石砸壞液壓支架立柱；對于陷落柱內充填的高硬度巖體，通過縮小炮眼間距、增加裝藥量等方式提高破巖效果。對陷落柱內的堅硬巖體爆破后，確保破碎后巖體直徑在300 mm的以內，便于后續刮板輸送機、轉載機等的運輸。

3.3 頂板管理措施

在過陷落柱時應確保采面端頭按照規定加密支柱，采面內液壓支架應確保頂梁與頂板接觸密實；采面液壓支架移動采用帶壓移架方式，帶壓移架到位后，若支架與端面間距離超過518 mm時，需在支架上安裝板梁(2個)并與板梁緊密接觸。

4 結 語

1) 當采煤工作面內發育有陷落柱時，采面在陷落柱影響范圍內推進速度較慢且存在較大的安全風險。在對采面現場地質情況、開采情況進行分析的基礎上，通過采用采煤機割巖、松動爆破以及強化頂板管理等措施，提高采面過陷落柱的效率以及安全保障能力。

2) 在過陷落柱期間應嚴格控制采面開采高度，盡量降低陷落柱影響區內采高，強化頂板管理，確保采煤機在陷落柱影響范圍內平穩運行；為降低采煤機過陷落柱時的磨損并提高推進效率，采用松動爆破方式弱化陷落柱內堅硬巖體，并對松動爆破技術方案進行設計。

3) 在13205綜采工作面過X102陷落柱影響區時，頂板始終保持穩定，采面推進速度可達到4.0 m/d，同時采煤機截割齒磨損量較小，實現了安全高效過陷落柱。