綜采工作面過陷落柱安全回采方法研究

龐 杰

（潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司，山西 長治 047105）

1 概述

1.1 工作面簡介

潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司1213工作面位于井田二采區(qū)，1213工作面東部為未采區(qū)，南部為二采區(qū)三條大巷里段，西部為井田邊界，與高河礦相鄰，北部為回采完畢的1211工作面。1213工作面設(shè)計走向長度為509m，傾向長度為220m，工作面回采煤層為石炭系山3#煤層，平均厚度為7.0m，煤層平均傾角為8°，工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，截至目前1213工作面已回采260m。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，1213工作面回采至290m處在工作面31#～59#支架之間將遇一陷落柱X5，陷落柱長軸長為48m，短軸長為36m，通過鉆孔觀測發(fā)現(xiàn)，陷落柱腔體內(nèi)主要以紊亂塊狀巖體堆積而成，且多為砂巖，巖體普氏系數(shù)f＞7.0。

1.2 過陷落柱技術(shù)難題

（1）由于陷落柱腔體內(nèi)巖體硬度大，而且相對松散，若直接采用采煤機(jī)割煤的方式過陷落柱，很容易造成采煤機(jī)截割部損壞、截齒磨損嚴(yán)重。

（2）受構(gòu)造應(yīng)力影響，陷落柱腔體內(nèi)巖體極不穩(wěn)定，易破碎，采煤機(jī)割煤時支架支護(hù)不及時，很容易發(fā)生頂板垮落事故，而且過陷落柱期間頂板不平整，支架支護(hù)時初撐力及工作阻力達(dá)不到額定值，支架支護(hù)效果差。

（3）X5陷落柱與工作面煤體膠結(jié)穩(wěn)定性差，過陷落柱時陷落柱周邊煤體很容易出現(xiàn)大面積片幫現(xiàn)象，造成斷面空頂距加大，造成工作面回采效率低、難度大。

2 過X5陷落柱回采工藝

為了保證1213工作面過陷落柱時的安全，降低采煤機(jī)、液壓支架故障率，決定采用低位煤層松動爆破回采工藝。

（1）工作面回采至260m處時，適當(dāng)降低采高，工作面每回采1.0m采煤高度降低0.15m，當(dāng)工作面回采至280m處確保煤層回采高度降低至4.0m，且保持不變。

（2）當(dāng)工作面回采至285m處時停止割煤，及時移架到位，并調(diào)整工作面，使煤壁、刮板輸送機(jī)、液壓支架保持平直；同時采用鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆探，準(zhǔn)確掌握距陷落柱準(zhǔn)確距離，以及陷落柱相關(guān)參數(shù)。

（3）將采煤機(jī)移至機(jī)尾117#支架進(jìn)行割煤，采煤機(jī)切割深度為0.5m，當(dāng)采煤機(jī)上行割煤至60#支架時，停止割煤及時將60#～117#支架以及刮板輸送機(jī)移至工作面，及時對頂板進(jìn)行支護(hù)。

（4）60#～117#支架之間煤柱割煤后，從60#～30#支架之間煤柱施工兩排松動爆破孔，第一排施工在距頂板1.0m處，第二排施工在距頂板2.5m處，鉆孔間距為3.0m，深度為1.0m，每排布置17個鉆孔且垂直煤壁布置。

（5）鉆孔施工完后，每個鉆孔內(nèi)填裝一支礦用乳化炸藥及毫秒延期電雷管，每孔裝藥量為300g，炮孔采用水泡泥封孔處理，封孔長度不得低于0.5m。

（6）工作面爆破施工后及時采用采煤機(jī)清煤，并將60#～30#支架移架到位，然后采煤機(jī)繼續(xù)下行割煤回采30#～1#之間煤柱。

（7）第一刀割煤完成后將采煤機(jī)下行至機(jī)尾處進(jìn)行第二刀割煤，割煤方式與第一刀相同，依次類推直至工作面完全過X5陷落柱5.0m后，逐漸提高工作面回采高度至7.0m，然后繼續(xù)采用采煤機(jī)割煤回采。

3 過陷落柱加強(qiáng)支護(hù)工藝

為了保證工作面安全快速過陷落柱，防止頂板垮落事故發(fā)生，提高液壓支架支護(hù)效果，在工作面過陷落柱期間采取注漿+撞楔超前支護(hù)+施工錨索吊棚等聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)措施。

3.1 注漿支護(hù)

（1）首先在距陷落柱0.5m處兩側(cè)煤柱各施工一排垂直注漿鉆孔，鉆孔深度為4.0m，鉆孔間距為1.5m，共計六個鉆孔；頂板施工一排傾角鉆孔，鉆孔深度為5.0m，鉆孔施工在距頂板1.0m處，鉆孔仰角為45°，鉆孔間距為5.0m，共計施工9個。

（2）鉆孔施工完后，采用高壓注漿泵依次向鉆孔內(nèi)注射馬麗散與催化劑配比為1:1的混合液，注漿壓力為1.5MPa，當(dāng)工作面有注漿液滲出時立即停止注漿，并進(jìn)行封孔處理。

（3）工作面每回采3.0m，施工一排注漿鉆孔，直至工作面完全過陷落柱2.0m后，停止注漿施工。

3.2 撞楔超前支護(hù)

（1）注漿支護(hù)施工后，在30#～60#支架之間頂板施工一排超前支護(hù)鉆孔，鉆孔深度為3.5m，鉆孔直徑為30mm，間距為1.0m。

（2）超前支護(hù)鉆孔施工完成后，對鉆孔內(nèi)依次填裝錨固劑以及超前支護(hù)體，超前支護(hù)體主要由長度為3.5m、直徑為25mm中空鋼管制成，撞楔超前支護(hù)垂直煤壁布置，垂直角允許偏差為±3°。

（3）第一排超前支護(hù)施工完后，巷道掘進(jìn)3.0m施工第二排撞楔超前支護(hù)，且相鄰兩排超前支護(hù)交錯疊加布置，疊加距離為0.5m，直至工作面完全過陷落柱后停止施工。

3.3 施工錨索吊棚

（1）陷落柱頂板撞楔超前支護(hù)施工完后，在頂板處施工一排錨索吊棚，吊棚長度為3.5m，每根吊棚采用兩根長度為6.0m、直徑為21.6mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線起吊預(yù)緊，錨索間距為1.8m，如圖1所示。

（2）錨索吊棚與工作面平行布置，每排施工14根，吊棚與頂板接觸嚴(yán)實，不接頂處采用木楔、木板進(jìn)行背緊、背牢。

（3）相鄰兩排錨索吊棚間距為3.0m，且每根鋼梁與前一排同一位置鋼梁交錯布置，交錯距離為0.9m。

圖1 1213工作面過陷落柱期間頂板聯(lián)合支護(hù)平面示意圖

4 效果

（1）與傳統(tǒng)新開切巷法、采煤機(jī)強(qiáng)行割煤法過陷落柱相比，低位煤層松動爆破法回采工藝提高了過陷落柱期間煤柱回采量，降低了采煤機(jī)、液壓支架故障率，提高了工作面經(jīng)濟(jì)效益。

（2）注漿支護(hù)有效提高了陷落柱附近煤體膠結(jié)穩(wěn)定性，增加了破碎煤巖體單軸抗壓強(qiáng)度及承載能力，避免了過陷落柱時因煤體破碎、穩(wěn)定性差，造成片幫嚴(yán)重、頂板冒落現(xiàn)象。

（3）采用撞楔超前支護(hù)后，對陷落柱破碎頂板進(jìn)行超前管控，避免了爆破施工后因頂板支護(hù)不及時形成頂板垮落事故。

（4）對陷落柱頂板施工錨索吊棚后，不僅對破碎頂板具有進(jìn)一步加強(qiáng)支護(hù)作用，而且工作面在移架時頂梁可緊貼錨索吊棚，有效保證了液壓支架初撐力及工作阻力。