首陽煤業(yè)采掘工作面過陷落柱管控措施

郭玉璽

【摘 要】 陷落柱是煤礦在采掘過程中常見的地質(zhì)構(gòu)造之一，在其內(nèi)部，往往各種垮落的巖石混雜，受采動影響，會導(dǎo)致巷道支護工藝變更、巷道圍巖變形量大、掘進效率降低、回采頂板維護困難等影響。此外，甚至有含導(dǎo)水陷落柱引發(fā)的突水事故發(fā)生，并具有突發(fā)性、突水量大、經(jīng)濟損失大且難以治理等特點。故本文就陷落柱機理、采掘工作面過陷落柱及控制頂板主要措施及水災(zāi)事故預(yù)防方面進行管控。

【關(guān)鍵詞】 陷落柱;采掘工作面;頂板;水災(zāi)

【中圖分類號】 TD823 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）01-0008-03

中國北方型石炭二疊紀20個煤田的45個礦區(qū)中，據(jù)不完全統(tǒng)計，已報道的揭露出的煤礦區(qū)陷落柱，僅在山西省就有3571個，約占整個華北地區(qū)的98%，又以巖溶陷落柱為主，成因是以底部巖層中空洞發(fā)育為基礎(chǔ)，地下水的強烈交替為條件，巖體自身重力、地應(yīng)力集中以及溶洞內(nèi)的真空負壓三重作用為動力，經(jīng)過迅速垮落、間歇溶蝕、搬運、塌陷、冒落等周而復(fù)始的過程，分階段逐步形成陷落柱。而首陽煤礦位于山西晉城礦區(qū)，緊鄰太行山脈，井下揭露構(gòu)造以巖溶陷落柱居多，并伴有小斷層、褶曲。為減少甚至避免采掘工作面受陷落柱帶來的危害，故本文對其機理、突出特性、分布規(guī)律進行研究，并結(jié)合工程實例進行管控。

1井田及陷落柱概況

首陽煤礦現(xiàn)開采15號煤層，屬低瓦斯礦井，水文地質(zhì)類型中等，煤層自燃等級為Ⅱ級，煤塵無爆炸性，地溫及地壓正常。15號煤層位于太原組下部，煤層厚3.55～5.27m，平均4.25m，賦存穩(wěn)定，厚度變異系數(shù)為18.77%，可采系數(shù)為100%，煤層直接頂板為泥巖或K2石灰?guī)r，老頂為K2灰?guī)r，底板為泥巖或含黃鐵礦泥巖，局部為粉砂質(zhì)泥巖。本區(qū)位于沁水塊坳東緣，晉獲斷裂帶中南段。區(qū)域地層總體傾向北西。煤礦內(nèi)地層總體受近東西向、北東向兩組向背斜褶皺構(gòu)造控制，地層走向NNE—NE，傾角3-12°，總體傾向北西。煤礦內(nèi)共發(fā)育有15條正斷層（除一條落差在160m外，其余多為0.5～5m小斷層為主）、一條逆斷層（60m）以及15處小型陷落柱，煤礦內(nèi)陷落柱詳見表1。

2采掘工作面過陷落柱主要措施

2.1掘進工作面過陷落柱及控制頂板主要措施

首陽煤礦一般通過物探、鉆探相結(jié)合的手段對掘進巷道前方未知隱伏構(gòu)造（如陷落柱）進行超前探測，其中以兩種物探方式（井下直流電法和MSP震波法）發(fā)現(xiàn)異常區(qū)分布，鉆探方式則通過科學(xué)合理的鉆孔設(shè)計搭配鉆孔軌跡窺視儀，并依據(jù)鉆探全過程完成構(gòu)造的第一手資料掌握和分析。隨后，在實際揭露時，對其完成范圍、采掘受影響程度等工作。首陽煤礦過陷落柱時一般采用架棚這一被動支護方式，若鄰近區(qū)域受地質(zhì)構(gòu)造影響程度較小或?qū)Σ删蚝罄m(xù)影響較小時，可選擇全錨索支護（靈活選擇W鋼帶、梯子梁），反之影響程度較大時可采用架棚+錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，必要時可考慮超前預(yù)注漿加固（或充填）等方式。以首陽煤礦15102運輸順槽為例，采用錨網(wǎng)索+斜撐工字鋼棚。

2.2回采工作面過陷落柱主要措施

綜采工作面過陷落柱一般有直接通過和繞行兩種方式，直接通過需要直面頂板維護管理，繞行通過則主要是嵌入工作面可預(yù)計影響回采程度大?，F(xiàn)以首陽煤礦15101工作面直接通過陷落柱方法為例，鑒于陷落柱嵌入工作面頂板膠結(jié)程度較好，主要為頂板受采動影響控制，陷落柱分布于順槽位置詳見圖1。

2.2.1加強超前支護

即對綜采工作面兩順槽受采動影響區(qū)域進行支護加固，如15101回采工作面兩順槽采用架棚方式時，兩順槽容易片幫、部分段應(yīng)力集中導(dǎo)致鋼棚受壓明顯，首先應(yīng)采用鋼絲繩+固定錨桿方式對非回采側(cè)棚腿進行加固;其次棚梁則采用槽鋼+錨索的方式進行固定，錨索長度及其錨固長度則根據(jù)頂板巖性賦存而定，以方便回采側(cè)棚腿回收;第三，由于梯形工字鋼棚鉸接段易受支護影響，原則上超前支護應(yīng)在不破壞整體支護的情況下，控制其在頂梁下10cm以內(nèi)。此外，回采側(cè)要注意網(wǎng)片的整體性，避免片落傷人。

2.2.2加強端頭支護

以15101綜采工作面為例，端頭支架應(yīng)接實頂板，若造成非回采側(cè)棚梁、腿脫離或頂板破碎時，則采用單體液壓支柱方式進行補強支護。

2.2.3科學(xué)合理施工綜采工作面松動爆破孔

以首采工作面過陷落柱時煤壁中部為硬質(zhì)泥巖為例，通過科學(xué)合理設(shè)計進行爆破（詳見圖2），另應(yīng)盡量配備硬巖滾筒對其進行落煤（矸）。

2.2.4加強現(xiàn)場管理，管控采空區(qū)懸頂距離

受陷落柱圍巖性質(zhì)及其臨近構(gòu)造連帶影響，一般呈現(xiàn)跟進垮落、竄矸等現(xiàn)象，現(xiàn)場管理時應(yīng)加設(shè)防護網(wǎng)和擋矸安全設(shè)施;若頂板跟進不及時時，則必須進行退錨、強制放頂措施，起到卸壓效果。

3水災(zāi)事故預(yù)防

根據(jù)首陽過陷落柱形成機理及實際揭露情況表明，陷落柱主要為巖溶陷落柱，雖然一般不含水，但采掘過程中仍應(yīng)加強超前探測、疏放水或堵水加固等工作，避免因地質(zhì)情況掌握不清導(dǎo)致水災(zāi)事故或頂板管控失衡現(xiàn)象發(fā)生。此外，必須提前完善有足夠能力的排水系統(tǒng)，有條件時提前進行疏放。

4總結(jié)

面對過陷落柱的工作，首陽煤礦各領(lǐng)導(dǎo)強化現(xiàn)場辦公，各環(huán)節(jié)指揮絲絲入扣，各人員施工緊鑼密鼓，終于通過了陷落柱段，此項工作的開展不僅為首陽煤礦以后克服各種不良地質(zhì)構(gòu)造條件積累了寶貴的經(jīng)驗，更為今后有效地完成各項安全生產(chǎn)目標任務(wù)提供了保障，也為其他礦井過陷落柱提供參考。

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