陽(yáng)煤三礦K8403工作面過(guò)陷落柱開(kāi)采技術(shù)方案研究

呂維赟

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán) 三礦，山西 陽(yáng)泉 045008）

陽(yáng)煤三礦K8403工作面過(guò)陷落柱開(kāi)采技術(shù)方案研究

呂維赟

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán) 三礦，山西 陽(yáng)泉 045008）

針對(duì)陽(yáng)煤三礦K8403工作面回采巷道掘進(jìn)中揭露陷落柱的實(shí)際情況，對(duì)回采中的過(guò)斷層措施提出了兩套方案，在保證技術(shù)可行和生產(chǎn)安全的前提下，進(jìn)行了方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，獲得了優(yōu)良方案。

陽(yáng)煤三礦；陷落柱；開(kāi)采技術(shù)；

陽(yáng)泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司三礦位于山西省陽(yáng)泉市礦區(qū)西部，山西沁水煤田的東北邊緣，是生產(chǎn)能力450萬(wàn)t的特大型礦井。近幾年來(lái)，由于開(kāi)采水平向深部發(fā)展，地質(zhì)構(gòu)造日趨復(fù)雜，影響著采區(qū)和工作面的正常設(shè)計(jì)布置。

1 K8403工作面的概況及陷落柱賦存情況

1.1 K8403工作面的構(gòu)造概況

K8403工作面位于井田的擴(kuò)四區(qū)。工作面煤層中部高兩側(cè)低，整體為一向背斜相間的褶皺構(gòu)造形態(tài)。西北部為一走向NE、傾向NW的單斜構(gòu)造形態(tài)，煤層傾角3°～16°，平均5°；中部由一穹隆、構(gòu)造盆地及軸向NE、樞紐向SW傾伏的背斜構(gòu)造組合而成，煤層傾角2°～38°，平均6°；東南部較平緩，為一寬緩的軸向NE、樞紐向SW傾伏的向斜構(gòu)造形態(tài)，煤層傾角1°～6°，平均3°。工作面掘進(jìn)中共揭露撓曲2條：撓曲N1（撓幅為7.4 m、傾角為16°），撓曲 N2（撓幅為 7.4m、傾角為 38°）。

擴(kuò)四區(qū)古巖溶陷落柱比較發(fā)育，根據(jù)井下開(kāi)采和鉆孔揭露，三礦共有316個(gè)，占井田總面積的0.36%，陷落柱長(zhǎng)軸最大的達(dá)250 m，最小的10 m，這些陷落柱在井田內(nèi)星羅棋布，給煤層的開(kāi)采帶來(lái)很大的困難。K8403工作面進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中，揭露陷落柱X1（44×23m），掘進(jìn)期間柱體內(nèi)曾出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，且出現(xiàn)陷落柱潰泄，對(duì)生產(chǎn)造成較大影響。在進(jìn)風(fēng)巷遇陷落柱X1前，先后施工5個(gè)放水孔，疏放15號(hào)煤層老頂四節(jié)石灰?guī)r裂隙水和柱體內(nèi)積水5896m3。在陷落柱內(nèi)掘進(jìn)期間，一直淋頭水不斷，并在掘至12m時(shí)出現(xiàn)潰瀉現(xiàn)象，表明柱體與含水層有水力聯(lián)系，且陷落柱導(dǎo)水，最后采取先施工繞巷，注漿加固，返頭掘進(jìn)才安全貫通，見(jiàn)圖1。

圖1 K8403工作面陷落柱X1位置圖

1.2 本區(qū)陷落柱的特征

1）陷落柱體內(nèi)組成特征:一般陷落柱內(nèi)巖性復(fù)雜，棱角分明，滾圓度差，形狀不規(guī)則，排列無(wú)規(guī)律，常被一些泥質(zhì)物充填膠結(jié)，但膠結(jié)性差，柱體內(nèi)一般干燥無(wú)水，只在極個(gè)別地區(qū)發(fā)現(xiàn)有細(xì)小的淋頭水出現(xiàn)。

2）陷落形態(tài)：一類(lèi)是平面形態(tài)，一般多呈橢圓形、圓形、渾圓形、長(zhǎng)橢圓形，也有極個(gè)別奇形怪狀和尖棱狀，其中橢圓形的有300個(gè)，占95%，圓形的有10個(gè)，占3.2%。另一類(lèi)是斷面形態(tài)，總的形態(tài)是呈上小下大圓錐狀的柱體，也有個(gè)別呈上大下小的，主要是因?yàn)樯喜繃鷰r為松散的沉積物或較軟的泥巖及煤層所致。陷落角隨塌陷高度而變化，一般上部較小，下部較大，在70°以上。

3）陷落柱軸線(xiàn)形態(tài)：巖溶陷落柱中心軸在各煤層平面上投影并不完全重疊，有些錯(cuò)位，中心軸并不是垂直的直線(xiàn)，有偏斜和彎曲。究其原因有二：一是受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)（層滑構(gòu)造）的影響，柱體部分層段產(chǎn)生了水平方向的位移。尤其是在煤系地層較軟弱或裂隙較發(fā)育的巖層段（如煤層中），陷落柱常沿煤層頂?shù)装寮皧A石層產(chǎn)生水平方向的位移。二是由于陷落時(shí)，上覆巖層的物理力學(xué)性質(zhì)在豎向上的不均性和力學(xué)結(jié)構(gòu)面（節(jié)理、裂隙、層理、斷層等）在不同方向上的切割，造成陷落柱向巖層相對(duì)軟弱或裂隙相對(duì)發(fā)育的一側(cè)偏移。因此柱體中心軸形態(tài)表現(xiàn)為歪斜、彎曲、扭轉(zhuǎn)形態(tài)。

4）柱面與圍巖的接觸關(guān)系：柱面與煤層接觸面除少數(shù)為鋸齒狀外，一般呈不規(guī)則的曲線(xiàn)狀，且被一層光滑的泥質(zhì)物質(zhì)所充填，厚度多在0.02 m～0.05 m；這層泥質(zhì)物質(zhì)是陷落柱的巖塊與煤層接觸的空隙被水溶解的泥質(zhì)物所充填，而后又經(jīng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的擠壓發(fā)生剪切滑動(dòng)形成的。接觸面附近圍巖一般無(wú)牽引現(xiàn)象，只是煤層頂?shù)装寮懊簩悠扑?，裂隙發(fā)育；但在個(gè)別較大的陷落柱內(nèi)，陷落巖塊比較完整或呈整體下陷，強(qiáng)大的巖塊自身重力對(duì)煤層的頂?shù)装瀹a(chǎn)生牽引作用，致使煤層頂?shù)装逑蛑w中心傾斜，巖層產(chǎn)狀發(fā)生變化，其傾斜度最大可達(dá)17°～20°。

2 陷落柱的危害

2.1 一般危害

破壞可采煤層，減少煤炭?jī)?chǔ)量；影響正規(guī)采煤，制約機(jī)械化作業(yè)；提高了掘進(jìn)率，降低礦井效益；陷落柱對(duì)煤礦安全生產(chǎn)造成影響。

2.2 對(duì)本工作面存在的潛在危害

1）透水：工作面在進(jìn)風(fēng)巷遇陷落柱X1前，先后施工5個(gè)放水孔，疏放15號(hào)煤層老頂四節(jié)石灰?guī)r裂隙水和柱體內(nèi)積水5 896 m3。在陷落柱內(nèi)掘進(jìn)期間，一直淋頭水不斷，并在掘至12 m時(shí)出現(xiàn)潰瀉現(xiàn)象，表明柱體與含水層有水力聯(lián)系，存在透水隱患。

2）工作面頂板冒落壓架：陷落柱附近煤層頂板一般較為破碎，經(jīng)揭露的陷落柱內(nèi)的巖石強(qiáng)度極低，曾經(jīng)發(fā)生潰瀉致使回風(fēng)巷在掘進(jìn)過(guò)程中無(wú)法通過(guò)，最后采取先施工繞巷，注漿加固，返頭掘進(jìn)才安全貫通。因此在工作面通過(guò)時(shí)，柱體內(nèi)巖塊承載力降低而發(fā)生潰瀉冒頂現(xiàn)象，加之陷落柱又處在工作面端頭應(yīng)力集中增高區(qū)域，更容易發(fā)生冒頂、片幫、潰瀉壓架事故。

3）瓦斯事故：高瓦斯礦井在接近陷落柱處的工作面瓦斯涌出量可能急劇增大，管理疏忽易發(fā)生瓦斯事故。

4）底板下陷影響支架通過(guò)：陷落柱附近及陷落柱內(nèi)，煤層頂板一般較為破碎和松軟，支架通過(guò)時(shí)容易下陷，支架不僅無(wú)法對(duì)頂板提供足夠的支撐力，導(dǎo)致頂板狀況惡化，而且無(wú)法移架，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

3 煤礦生產(chǎn)中對(duì)陷落柱的處理措施

（1）設(shè)計(jì)階段對(duì)陷落柱的處理：根據(jù)陷落柱的數(shù)目、形狀、大小、分布情況，合理選擇巷道的布置和采煤方法，盡可能將陷落柱留在設(shè)計(jì)的煤柱內(nèi)，減少煤炭損失和降低陷落柱對(duì)生產(chǎn)的影響。

（2）巷道掘進(jìn)遇陷落柱后的處理措施：一般主要開(kāi)拓巷道遇陷落柱后，按原設(shè)計(jì)直接強(qiáng)行通過(guò)，但要加強(qiáng)巷道支護(hù)。工作面順槽掘進(jìn)遇陷落柱，一般是直接穿過(guò)，也可將回風(fēng)順槽繞陷落而過(guò)，將陷落柱留在煤柱內(nèi)。

（3）回采工作面陷落柱的處理：根據(jù)陷落柱出現(xiàn)的部位、形狀、大小、采煤方法等因素，采取縮短工作面或另開(kāi)切眼等措施處理。

（4）對(duì)于本工作面的陷落柱，由于已在進(jìn)風(fēng)巷揭露，且在繞巷施工中大致明確陷落柱的大小，在回采過(guò)程中，可采用強(qiáng)行通過(guò)的方式，也可采用縮短工作面從繞巷通過(guò)的方式，在以保證安全和提高效率和效益為目標(biāo)的前提下，兩種方案要經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析才能做出選擇。

4 技術(shù)方案與技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

鑒于本區(qū)的基本情況，在過(guò)陷落柱時(shí)，擬用以下方案回采：

方案1是利用已施工形成的繞巷，工作面推至該位置時(shí)，縮小工作面長(zhǎng)度，對(duì)繞巷包圍下的陷落柱及煤柱棄采，待通過(guò)該區(qū)域后再恢復(fù)工作面長(zhǎng)度（見(jiàn)圖 2）。

方案2是工作面強(qiáng)行通過(guò)陷落柱。

4.1 經(jīng)濟(jì)比較

方案1是：產(chǎn)量損失47899t。影響生產(chǎn)及工時(shí)消耗：在已形成的繞巷內(nèi)形成開(kāi)切眼工程量3678.75 m3。工作面變短時(shí)撤、移支架消耗工時(shí)大約30 d左右。工作面恢復(fù)長(zhǎng)度，支架安裝，工作面重新對(duì)接所需工時(shí)大約15d。在以上工序過(guò)程中，停產(chǎn)搞工程，對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

圖2 K8403工作面陷落柱X1及繞巷尺寸

方案2是：無(wú)產(chǎn)量損失。陷落柱前20m提前進(jìn)行打鉆探測(cè)，超前探放水，制定專(zhuān)項(xiàng)過(guò)陷落柱措施等，可提前進(jìn)行準(zhǔn)備工作，與生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行，不影響出煤。

4.2 技術(shù)比較

方案1為通常的巷道施工和工作面長(zhǎng)度調(diào)整，技術(shù)難度小。

方案2在生產(chǎn)過(guò)程中可能存在有透水、工作面頂板冒落壓架、瓦斯事故、底板下陷影響支架通過(guò)等安全隱患，但是充分掌握陷落柱的性質(zhì)，采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施的前提下，也可達(dá)到安全回采的要求。

4.3 比較結(jié)果

根據(jù)上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，方案1的煤炭損失量大，從提高煤炭采出率角度看，對(duì)資源緊缺型礦井影響更為嚴(yán)重。方案2在采用現(xiàn)有的研究手段和施工技術(shù)手段，只要前期理論研究充分，對(duì)不利因素采用合適的應(yīng)對(duì)措施，保證安全的前提下，可完成回采，充分節(jié)約煤炭資源，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，因此建議采用。

Abstract:In view of the real situation of exposure karstic collapse columns during the driving of K8403 working face in the No.3 mine of Yangquan Coal Group,the author presents two schemes for the passing faults.On the premise of technology feasibility and safety production,the economical and technical characteristics of the schemes are analyzed and the optimal scheme is achieved.

Key words:No.3 Mine,Yangquan Coal Group;karstic collapse columns;mining technology

編輯：徐樹(shù)文

Study on Collapse-columns Mining Schemes of K8403 Working Face,No.3 Mine,Yangquan Coal Group

LV Wei-yun

（No.3 Mine,Yangquan Coal Group,Yangquan Shanxi 045008,China）

TD823.8

A

1672-5050（2010）09-0056-03

2010-06-29

呂維赟（1970—），男，山西昔陽(yáng)人，本科，工程師，從事煤礦管理工作。