過陷落柱掘采技術(shù)研究與應(yīng)用

方志剛

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過陷落柱掘采技術(shù)研究與應(yīng)用

方志剛

摘要針對(duì)工作面掘進(jìn)過陷落柱時(shí)頂板破碎，維護(hù)、施工困難，采用分段支護(hù)的方式維護(hù)陷落柱的破碎頂板；采用預(yù)注馬麗散聯(lián)合錨索、錨桿支護(hù)的方式維護(hù)斷層帶頂板，在回采過程中在通過陷落柱斷層群采用錨桿鋼帶支護(hù)和馬麗散粘合頂板順利通過斷層群，在工作面開采陷落柱時(shí)提前采用深孔爆破技術(shù)對(duì)陷落柱進(jìn)行深孔預(yù)裂松動(dòng)爆破實(shí)現(xiàn)綜采工作面順利通過陷落柱，為該領(lǐng)域研究及煤炭開采提供了技術(shù)指導(dǎo)和借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞陷落柱；炮掘；深孔松動(dòng)爆破；斷層帶

0　引言

同煤集團(tuán)四老溝礦開采侏羅系煤層開采已接近枯竭，14#層現(xiàn)開采村莊壓煤，四老溝礦開采的14#層404盤區(qū)8423工作面為緩傾斜煤層是該壓煤點(diǎn)所圈的第一處工作面，開采意義重大，經(jīng)濟(jì)效益必須特別顯著。但該工作面在2423巷掘進(jìn)過程中揭露一處陷落柱及其衍生斷層6條，鑒于此種情況一般施工方法為另開回采切眼繞過陷落柱，但此種方法采用在8423工作面無疑將浪費(fèi)寶貴的侏羅系優(yōu)質(zhì)煤炭資源，經(jīng)研究采用繼續(xù)向前掘進(jìn)，且邊向前掘進(jìn)邊探測(cè)陷落柱的構(gòu)造，為以后回采強(qiáng)過陷落柱施工提供參考數(shù)據(jù)。由于陷落柱及其衍生斷層帶的存在對(duì)掘進(jìn)作業(yè)及回采工作面正常推進(jìn)開采造成了嚴(yán)重影響，為了不影響生產(chǎn)，根據(jù)實(shí)際情況，特制定了掘進(jìn)及回采特殊施工方法。

1　工作面過陷落柱掘進(jìn)技術(shù)

1.1地質(zhì)構(gòu)造概述

2423巷全長(zhǎng)為1 129 m在掘進(jìn)至680 m時(shí)遇陷落柱，陷落柱附近有多條伴生斷層發(fā)育，走向?yàn)槟媳弊呦颍洳顬?.8 m～1.3 m，斷層傾角為68°～75°。針對(duì)這一情況，采用超前物探探明巷道前方煤層位置，鉆探驗(yàn)證陷落柱的產(chǎn)狀。經(jīng)過施工探測(cè)該陷落柱呈不規(guī)則橢圓形長(zhǎng)軸為60 m，短軸為34 m。侵入工作面長(zhǎng)約50 m（如圖1）。陷落柱內(nèi)主要為致密堅(jiān)硬砂巖、泥巖、煤、不含有水，膠結(jié)較好。陷落角為75°～85°由于陷落柱及其伴生斷層的影響，對(duì)掘進(jìn)施工影響較大，預(yù)計(jì)影響掘進(jìn)施工為20 m。特制定特殊施工方法。［1］

圖1　8423工作面平面示意

1.2順槽巷過陷落柱及衍生斷層施工方法支護(hù)方式

掘進(jìn)巷道過陷落柱附近衍生斷層時(shí)頂板破碎且圍巖壓力分布不均，無規(guī)律。掘進(jìn)中揭露斷層后，難以維護(hù)的頂板先提前在該處注入瑪麗散使頂板及圍巖保持完整性，然后再進(jìn)行掘進(jìn)施工。馬麗散注入頂板的深度6 m，與頂板夾角為20°，間距為1 m（見13頁圖2所示）。支護(hù)方式不變（見13頁圖3）。針對(duì)工作面頂板破碎，維護(hù)、施工困難，對(duì)現(xiàn)有支護(hù)材料和支護(hù)技術(shù)及施工工藝進(jìn)行靈活采用，采用分段支護(hù)的方式維護(hù)陷落柱段的破碎頂板。經(jīng)過對(duì)井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的勘查結(jié)合支護(hù)理論分析并針對(duì)實(shí)際情況結(jié)合該礦成熟的支護(hù)工藝，巷道與陷落柱交叉段頂板永久支護(hù)采用6.2 m長(zhǎng)，? 15.24 mm的錨索，配合2根600 mm長(zhǎng)（一根快速，一根中速）錨索樹脂，吊掛3.2 m長(zhǎng)工字鋼梁，維護(hù)頂板。其中，錨索與頂板夾角50°，排距×間距=2.0×1.0 m。陷落柱頂板破碎帶其余巷段，永久支護(hù)采用6.2 m長(zhǎng)，? 15.24 mm錨索，配合2根600 mm長(zhǎng)（一根快速，一根中速）錨索樹脂，下墊250×250 mm鋼托板，錨索與頂板夾角90°，排距×間距=2.0×1.0 m，維護(hù)頂板。臨時(shí)支護(hù)全部采用2 m長(zhǎng)，? 18 mm金屬圓鋼麻花樹脂錨桿，配合1根350 mm長(zhǎng)快速錨桿樹脂，端頭錨固，排距×間距=1.0×1.0 m2（非交叉點(diǎn)支護(hù)見圖3）。

掘進(jìn)過陷落柱采用機(jī)掘和炮掘相結(jié)合的工藝施工該巷段。若遇巷道圍巖堅(jiān)硬無法使用掘進(jìn)機(jī)時(shí)采用炮掘施工方法，施工時(shí)多打眼少裝炮，最大程度的保持了工作面頂板及其圍巖的完整性，加快了掘進(jìn)進(jìn)度。巷道掘進(jìn)時(shí)打眼爆破施工工藝為：布置掏槽眼4個(gè)，每眼裝藥5.0卷（1 000 g），眼深1.7 m，松動(dòng)眼3個(gè)，每眼裝藥4.0卷（800 g），眼深1.5 m，周邊眼18個(gè)，其中頂眼6個(gè)，每眼裝藥3.0卷（600 g），眼深1.7 m，距頂300 mm，距幫200mm，眼距600mm，全斷面一次爆破。［2］（見圖4）

圖2　順槽巷注瑪麗散孔布置

圖3　非交叉點(diǎn)（永久）支護(hù)

圖4　炮眼布置

2　工作面過陷落柱回采技術(shù)

2.18423工作面回采情況概述

8423工作面東部為南羊路村莊保護(hù)煤柱（小窯破壞區(qū)），南部為404皮帶下山，西部為已采的8405工作面，北部為我礦與同家梁礦礦界，上覆為11#層8104工作面采空區(qū)，平均煤厚為4.55 m，采高為3 m。從切眼開始，工作面推進(jìn)至350 m處遇陷落柱，在2423巷掘進(jìn)中已揭露陷落柱產(chǎn)狀，此陷落柱深入工作面長(zhǎng)約50 m。工作面從切眼開始回采，推進(jìn)至300 m處遇到斷層群，垂直斷距為1 m左右，在2423巷已揭露走向長(zhǎng)度26 m，基本為全巖，巖性為砂巖堅(jiān)硬或碳質(zhì)泥巖。根據(jù)2423巷揭露情況，陷落柱和斷層基本緊靠，生產(chǎn)時(shí)先過斷層，再過陷落柱，全巖長(zhǎng)度為54 m。煤層平均厚度為4.2 m，工作面走向?yàn)? 120 m，傾向?yàn)?50 m。煤層傾角為4°工作面由于回采設(shè)備條件所限采高為3.6 m（如圖5所示）。

圖5　工作面陷落柱剖面示意

2.2工作面過陷落柱回采施工方法

2.2.1回采前深孔松動(dòng)爆破技術(shù)

為達(dá)到減少8423綜采工作面搬家次數(shù)，一次性順利回采，最大程度實(shí)現(xiàn)礦井節(jié)支降耗、安全高效生產(chǎn)的目的，四老溝礦在8423工作面開采初期決定結(jié)合深孔爆破技術(shù)提前對(duì)2423巷斷層帶及陷落柱影響的長(zhǎng)54 m的全巖段進(jìn)行深孔松動(dòng)爆破。依據(jù)工作面頂、底板巖性為堅(jiān)硬的細(xì)砂巖及陷落柱內(nèi)以細(xì)砂巖為主的膠結(jié)其它礫巖、煤屑的復(fù)合堅(jiān)硬巖層，深孔爆破的炮孔垂直于2423巷道煤壁，深度為50 m；為了獲得良好的預(yù)裂松動(dòng)效果，炮孔為上下2排成三花眼布置；采用裝1 m藥裝1 m炮土的間隔裝藥形式，考慮到爆破沖擊波對(duì)巷道另一幫的沖擊影響，裝藥裝到離炮孔口6 m處，剩余6 m全部裝炮土封孔，每裝好10孔爆破一次，爆破效果良好。深孔松動(dòng)爆破共經(jīng)歷40 d，共打63個(gè)深孔松動(dòng)爆破孔（見圖6）。陷落柱不規(guī)則下沉，造成柱體內(nèi)巖塊松散，巖性不一致，硬度有較大差別，部分夾雜煤屑?jí)K，同時(shí)陷落柱下沉過程中由于重力滑動(dòng)和摩擦造成附近的圍巖斷裂和變形，產(chǎn)生派生構(gòu)造，在陷落柱邊緣形成多道斷層，從而產(chǎn)生地塹地壘，使工作面起伏不平。

圖6　炮孔布置示意

2.2.2工作面過陷落柱及衍生斷層帶頂板維護(hù)方法

過陷落柱及衍生斷層帶期間，頂板破碎，采用加注馬麗散聯(lián)合鋼帶維護(hù)頂板。注漿鉆孔布置方法是孔頂端位置在工作面頂板以上4 m，考慮斷層頂板嚴(yán)重破碎，保證不往下流注入的漿液，馬麗散有0.7 m～1.4 m擴(kuò)散半徑，注漿孔8 m長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)需要。在斷層位置工作面頂板沿支架前探梁在煤體內(nèi)每隔2個(gè)支架布置1個(gè)鉆孔，不大于3 m的孔間距，8 m孔深，25°～30°仰角，鉆孔采用MQT- 80型單體錨桿機(jī)配可接長(zhǎng)錨索鉆桿、? 28 mm鉆頭，打出孔后，用? 25 mm無縫鋼管加工成的特種鉆桿沿孔套入，作為注漿管用。［3］

過陷落柱期間調(diào)整采煤工藝，由于工作面頭尾落差達(dá)12 m，頭低尾高，所以采用超前拉架、單向割煤方式，即機(jī)組上行截割煤巖，下行裝煤矸。調(diào)整工作面采高，工作面采高調(diào)整到2.3 m～2.6 m，以滿足機(jī)組的最小通過高度。嚴(yán)格控制機(jī)組速度，不得超過2 m/min。

過及衍生斷層帶和過陷落柱期間重點(diǎn)加強(qiáng)超前支護(hù)和端頭支護(hù)強(qiáng)度和密度，2423巷超前支護(hù)由原來的超前35 m支護(hù)改為超前50 m支護(hù)（單體支護(hù)間排距為1.2 m×1.5 m），并由原來的單體柱加0.6 m工字鋼柱帽改為單體柱加1.2 mπ型梁支護(hù)頂板，有效增大支護(hù)頂板面積。端頭支護(hù)采用切頂處打木垛方法防止古塘頂板出現(xiàn)異常塌落（工作面每推進(jìn)6 m架設(shè)一組木垛）。在過陷落柱期間每個(gè)循環(huán)必須超前拉架，保證達(dá)到最小控頂距。

3　結(jié)語

四老溝礦通過上述支護(hù)技術(shù)有效的維護(hù)了采掘過陷落柱期間巷道的破碎頂板，工作面回采時(shí)采用深孔爆破方法結(jié)合有效的馬麗散注漿技術(shù)使用，配合已有成熟支護(hù)技術(shù)，科學(xué)的確定了工作面過陷落柱的回采技術(shù)方案，降低煤礦企業(yè)生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

［1］侯艷文.回采巷道掘進(jìn)過巖溶陷落柱施工技術(shù)［J］.煤，2015，09 （24）：39-47.

［2］李培青.巷道掘進(jìn)過柱頂板支護(hù)技術(shù)及施工工藝研究［J］.科技信息，2009，05：304-305.

［3］朱俊峰，黃以壽.馬麗散注漿加固巷道破碎頂板在祁南礦的應(yīng)用［J］.煤礦現(xiàn)代化，2010（5）：26-27.

Research and Application of Mining through Collapse Column Technology

Fang Zhigang

Abstract：In view of the roof breakage，the maintenance and construction difficulty in tunneling the working face through the collapse column，the broken roof of the collapse column is maintained by using the method of piecewise support. The combined support maintenance of marithan pre-injection，anchor cable and anchor bolt support is used for the roof maintenance of the fault zone，when pass the collapse column by using the anchor bolt steel belt support and marithan bonding roof in the process of stoping，the fault zone is passed smoothly，when mining collapse column in the working face，the collapse column is carried on the deep hole loose blasting to realize the smooth passage for the fully mechanized working face by early using the deep hole blasting technology，it provides the technical guidance and the reference experience for the research in the field and the coal mining.

Key words：collapse column；deep hole loose blasting；fault zone

中圖分類號(hào)TD823.91

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

文章編號(hào)1000-4866（2016）03-0012-03

作者簡(jiǎn)介

方志剛，1980年出生，男，山西大同人，2003年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)任同煤集團(tuán)四老溝礦副總工程師。

收稿日期：2016-04-11