采煤工作面過陷落柱技術(shù)研究

梁瑞斌

（汾西正幫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

陷落柱是華北地區(qū)煤炭開采中常遇地質(zhì)構(gòu)造，陷落柱發(fā)育會給覆巖穩(wěn)定性帶來不利影響[1-2]。當(dāng)采、掘作業(yè)面遇陷落柱時常規(guī)做法時采用跳采方式過陷落柱，但是這種技術(shù)方法會給回采工作面正常布置帶來影響同時會造成煤炭資源浪費(fèi)[3-4]。近些年來部分礦井開采采用平推硬過方式過陷落柱，現(xiàn)場也取得顯著的應(yīng)用成果[5-7]。文中就以山西某礦18301綜采工作面過X11陷落柱為工程背景，對采區(qū)的過陷落柱技術(shù)措施進(jìn)行詳細(xì)闡述，以期能為其他礦井過陷落柱工作高效開展提供一定借鑒。

1 工程概況

18301綜采工作面開采的8號煤層埋深平均490 m，采用綜放采煤工藝，采面設(shè)計走向推進(jìn)長度1 920 m、傾向長度210 m。8煤平均厚3.6 m，直接頂為砂質(zhì)泥巖、基本頂為粉砂巖、直接底為泥巖、頁巖。采面開采時采用89組液壓支架（型號ZY10000/36/55D）、2組過渡支架（型號為ZYG1000/36/55D），采面上、下端頭回采巷道內(nèi)超前支護(hù)分別采用3組超前支架（型號為ZQL2×4000/27/56）。采面推進(jìn)350

m時位移采面上部位置的130號—141號液壓支架揭露預(yù)先探測到的不導(dǎo)水X11陷落柱，該陷落柱短軸×長軸=12 m×18 m，陷落柱內(nèi)充填物以破碎的中粗砂巖、粉砂巖以及粉砂巖為主并被泥巖膠結(jié)，但是膠結(jié)性整體較差。

2 過陷落柱技術(shù)措施

在采面過陷落柱時若采用跳采方式則需要重新掘進(jìn)回采巷道，并浪費(fèi)煤炭約接近1萬t。因此，礦井提出平推硬過方式過陷落柱。在采面過陷落柱時需要依據(jù)陷落柱內(nèi)破碎的煤巖體強(qiáng)度采用采煤機(jī)截割或采用松動爆破輔助破巖方式。在采面推進(jìn)至與陷落柱相距5 m時現(xiàn)場取陷落柱內(nèi)巖樣做力學(xué)測試，得到巖樣單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到62 MPa，較為堅硬。若采煤機(jī)直接截割巖石勢必會加劇采煤機(jī)截割齒磨損。

當(dāng)采面靠近陷落柱時應(yīng)適當(dāng)降低采煤機(jī)割煤高度，確保采煤機(jī)可正常通過陷落柱，同時應(yīng)確保刮板輸送機(jī)平直。在采面正常生產(chǎn)時合理調(diào)整采面機(jī)頭、機(jī)尾推進(jìn)距離，并做好端頭支護(hù)工作，確保采面過陷落柱時底板平穩(wěn)，盡量不出現(xiàn)傾角。采煤機(jī)在陷落柱影響范圍內(nèi)截割煤巖時推進(jìn)速度穩(wěn)定在1 m/min左右，并時刻關(guān)注采煤機(jī)運(yùn)行情況以及采面頂板穩(wěn)定性，當(dāng)頂板有冒落征兆時可適當(dāng)增加液壓支架工作阻力。

3 爆破輔助破巖

由于陷落柱內(nèi)砂巖、粉砂巖強(qiáng)度高，為此采用爆破輔助采煤機(jī)破巖。在采面爆破方式采用一次打眼分段裝乳化炸藥方式，封孔采用黃土炮泥、水炮泥分段交替布置方式，具體爆破孔裝藥方式見下頁圖1所示。采面內(nèi)布置的炮眼深度為1 800 mm，并與煤壁有75°仰角，每個爆破孔裝入3卷炸藥。爆破孔布置成三排，并呈“五花眼”布置形式，上排、下排爆破孔與煤層頂板間距500 mm、與底板間距距600 mm，中排爆破孔與巷道底板相距1 450 mm，爆破孔排距均為1 400 mm，具體布置方式見下頁圖2所示。

采煤機(jī)在爆破輔助破巖位置截割煤巖層時截個深度控制在600 mm左右，推進(jìn)速度應(yīng)控制在4 m/min以內(nèi)，從而確保采面頂板巖層穩(wěn)定。在截割破煤、巖過程中應(yīng)強(qiáng)化高壓噴霧灑水，降低粉塵濃度，提高作業(yè)效率。

圖1 爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)

圖2 爆破孔布置示意圖（mm）

在爆破前應(yīng)盡量使刮板輸送機(jī)靠近綜采支架，從而降低爆破對刮板輸送機(jī)影響。采面130號—141號液壓支架會直接揭露陷落柱，因此，在揭露陷落柱前采用廢舊輸送膠帶提前包裹液壓支架立柱，防治爆破過程中產(chǎn)生的破碎巖體對液壓支架影響，最大程度降低松動爆破給綜采設(shè)備造成影響。針對陷落柱中部可能有高硬度破碎巖層問題，在現(xiàn)場可采用縮短爆破孔間距并適當(dāng)增加爆破孔內(nèi)炸藥量方式提高破巖效果。爆破后產(chǎn)生的破碎巖體粒徑盡量控制在300 mm以內(nèi)，從而降低爆破對刮板輸送機(jī)等綜采設(shè)備影響，并降低刮板輸送機(jī)輸送載荷。

4 過陷落柱期間頂板管理技術(shù)措施

在采面過陷落柱期間應(yīng)強(qiáng)化端頭支護(hù)，按照作業(yè)規(guī)程要求采用增設(shè)單體支柱方式對頂板巖層控制，推進(jìn)過后應(yīng)及時回撤支柱，確保巖層及時垮落。在過陷落柱前應(yīng)仔細(xì)排查液壓支架，確保支架工作阻力均在正常范圍內(nèi)，頂梁與煤層頂板接觸緊密。在推進(jìn)過程中應(yīng)采用帶壓移架方式，避免破碎巖體在移架過程中冒落。當(dāng)移架后端面距離在518 mm以上時，在支架上增加布置兩個板梁，并確保板梁連接緊密。

5 結(jié)論

1）采面回采過程終于陷落柱會給采面正常生產(chǎn)帶來不利影響。在分析陷落柱分布形態(tài)以及導(dǎo)水性基礎(chǔ)上，提出采用平推硬過方式過陷落柱，并采用松動爆破方式輔助采煤機(jī)破巖，從而實(shí)現(xiàn)了18301綜采工作面順利、快速通過X11陷落柱，并提高了采煤煤炭采收率。

2）在采煤機(jī)破巖時應(yīng)合理采煤機(jī)割煤以及液壓支架支撐高度，在截割過陷落柱時盡量降低采高，減少采煤機(jī)破巖量。在過陷落柱期間應(yīng)強(qiáng)化采面頂板管理，綜采支架頂板應(yīng)與頂板巖層緊密接觸，支架有足夠支撐阻力。

3）18301綜采工作面采用平推硬過方式過陷落柱為礦井其他采面過陷落柱提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。但是采面采用平推硬過陷落柱時應(yīng)提前采用物探、化探以及鉆探等方式對陷落柱是否含水、是否導(dǎo)水以及內(nèi)部是否有大量有毒有害氣體進(jìn)行詳細(xì)探測，只有充分掌握陷落柱發(fā)育形態(tài)以及陷落柱內(nèi)破碎煤巖體分布情況，方可有針對性制定采面過陷落柱措施，確保采面生產(chǎn)安全。