回坡底煤礦10-108工作面過E8陷落柱技術(shù)研究

張 紅

（霍州煤電集團(tuán)汾河焦煤股份有限公司回坡底礦，山西 洪洞 041600）

0 引言

陷落柱是煤系下可溶性巖層經(jīng)地下水強烈溶蝕后,形成一定的溶洞,經(jīng)過地下各種地質(zhì)因素的作用,引起上覆巖層失穩(wěn)和塌陷,形成筒狀的柱體,是巖溶引起的一種較為特殊的地質(zhì)現(xiàn)象。陷落柱對地下工程,特別是對煤礦井巷采掘工程的影響比較大,比如采煤工作面的布置、資源的損失、巷道的延伸,甚至影響煤炭的質(zhì)量,進(jìn)而影響煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益[1-4]。

1 工作面概況

10-108工作面巷道底板最高點位于回風(fēng)順槽“3”測點，底板標(biāo)高+480.222 m，最低點位于膠帶順槽“J35”測點，底板標(biāo)高+368.105 m，最高點和最低點高差為112.117 m。工作面為東一采區(qū)，南北均為未采區(qū)，東面接+556 m水平軌道大巷，西面為礦界。煤層埋深427～537 m。工作面采用走向長壁、后退式一次采全高全部垮落式綜合機械化采煤法。

2 E8陷落柱具體情況

E8陷落柱位于10-108工作面西南角，在工作面回采范圍之內(nèi)，最近點距膠帶順槽14 m，距切眼15 m，俯視平面近似橢圓；該陷落柱長軸為南北方向，軸長81 m，短軸為東西方向，軸長61 m；陷落柱內(nèi)不富水，填充物主要為中、粗粒砂巖和泥巖，塊狀，且大小不等，堆積無序。陷落柱不導(dǎo)水，不富水；柱體內(nèi)巖性主要為泥質(zhì)砂巖、中-細(xì)粒砂巖、泥巖等，塊狀，大小不一，無序堆積；膠結(jié)性好，硬度中等。

圖1 10-108工作面E8陷落柱探測邊界示意圖

圖2 10-108工作面E8陷落柱揭露區(qū)域示意圖

3 過陷落柱前期準(zhǔn)備工作

1）規(guī)程措施編制。根據(jù)地測部提供的關(guān)于E8陷落柱水文地質(zhì)情況和現(xiàn)場調(diào)研情況，對陷落柱揭露時可能出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行了分析，針對此次過陷落柱措施編制安全技術(shù)措施。

2）完善壓風(fēng)系統(tǒng)。對工作面的壓風(fēng)管路進(jìn)行全面排查，存在漏風(fēng)問題及時采取措施處理，保證工作面使用風(fēng)動設(shè)備打眼作業(yè)時的供風(fēng)風(fēng)壓。增設(shè)兩通以保證多臺鉆機的同時運行。

3）完善排水系統(tǒng)。根據(jù)排水設(shè)計和現(xiàn)場實際情況，及時完善排水設(shè)備和排水管路。

4）材料配件備用。結(jié)合陷落柱的特點、工作面設(shè)備運行狀態(tài)及過陷落柱工序特點，分析確定易損設(shè)備配件（前后溜和轉(zhuǎn)載機刮板、鏈環(huán)、機組刀齒、滾筒、搖臂、支架液壓千斤頂?shù)龋?，確定其他需用材料配件和作業(yè)工器具；提前報計劃，并積極與相關(guān)部門溝通，陷落柱揭露前備用到現(xiàn)場。

4 頂板、煤墻管理

1）陷落柱邊界注漿。陷落柱兩側(cè)與煤體交接處，煤體酥碎，易片幫；每日對陷落柱邊界前后10 m范圍的注化學(xué)漿（大成1號）進(jìn)行加固。從現(xiàn)場揭露效果看，注漿效果明顯，化學(xué)漿的擴散性和粘結(jié)性使煤體及圍巖得到有效加固，同時防止破碎區(qū)域繼續(xù)向兩側(cè)擴大。

2）改變爆破工藝。對全巖區(qū)域放震動炮時，由于頂、底板部分大塊堅硬的巖石未能全部暴露出來，按照既定的炮眼布置和裝藥爆破后巖石未完全碎裂，采高范圍仍有硬巖，頂、底區(qū)域機組無法切割，直接影響支架前移和頂溜。針對該現(xiàn)象及時改變打眼和裝藥工藝，若頂、板存在未完全暴露的大塊硬巖，則增大炮眼的角度，增加裝藥量（由2卷藥增加為3卷）；爆破后效果明顯，采高范圍頂?shù)谉o遺留硬巖。

3）頂板上網(wǎng)。陷落柱揭露前期，工作面20-40號架范圍為急坡，頂板破碎，同時動態(tài)調(diào)整支架形態(tài)不斷對頂板擾動，形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致該區(qū)域頂板管理困難。12月26日4點半，頂板注漿加固完成，開始在20-45號架范圍上單層金屬網(wǎng)，有效防止該區(qū)域架間漏矸，便于支架形態(tài)的調(diào)整，同時提高了推進(jìn)效率。

5 過陷落柱工藝

5.1 多層次注漿管理頂板

在陷落柱揭露初期，切眼20-50號架區(qū)段為急陡坡，平均傾角為17°，最大傾角為20°，同時底板松軟，導(dǎo)致支架形態(tài)管理難度大，控頂效果差。工作面在19-35架出現(xiàn)擠架、咬架，支架傾斜問題，需進(jìn)行支架擺架，對頂板的管控、加固尤為重要。

針對這一問題，利用注漿料不同膨脹系數(shù)，采用多層次頂板注漿加固，用淺孔注膨脹系數(shù)較大的注漿料對頂板裂隙進(jìn)行封閉，用深孔注膨脹系數(shù)較小且黏結(jié)性強的注漿料進(jìn)行加固，有效避免頂板裂隙的漏漿、跑漿，多層次化注漿，突破了過陷落柱頂板管理瓶頸，解決了頂板注漿漏漿、跑漿難題，降低了注漿成本，有效管控陷落柱影響區(qū)域的頂板，為調(diào)整支架形態(tài)提供有利條件。

原因分析：

1）在陷落柱揭露初期，工作面切眼地質(zhì)條件復(fù)雜，從20-50架為急陡坡，且工作面底板松軟，支架隨陡坡底板傾斜，造成應(yīng)力集中，繼而倒架。

2）在揭露初期，工作面急于推進(jìn)，造成現(xiàn)場支架操作不當(dāng)，造成擠架、咬架，進(jìn)而導(dǎo)致支架傾斜。

3）工作面支架液管、液壓頂?shù)壤匣瘒?yán)重，串漏液、自落情況嚴(yán)重，造成現(xiàn)場頂板支護(hù)效果差，支架操作困難。

總結(jié)：共計施工鉆孔43個，注新料833桶，注舊料1 402桶。經(jīng)過頂板注漿，頂板完整性提高，便于工作面擺架、扶架操作。

圖3 10-108工作面E8E陷落柱揭露區(qū)域注漿情況示意圖

5.2 深孔預(yù)裂爆破試用

以往過陷落柱措施中，由于“陷落柱”巖石硬度高、難切割的情況，必須采用放炮作業(yè)。常規(guī)放炮打設(shè)炮眼數(shù)量多，且需分次爆破存在耗時長問題。此次過陷落柱中采用大孔徑深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，在工作面陷落柱區(qū)段28-31號支架范圍內(nèi)施工4個80 mm大孔徑鉆孔進(jìn)行橫向爆破，促使孔間生成大量貫通裂隙，采煤機可直接截割通過，實現(xiàn)快速回采推進(jìn)。

過陷落柱初期，每個炮眼裝藥量為400 g，在實際放炮過程中發(fā)現(xiàn)，效果不理想，特別頂?shù)装迩度朊簤ξ赐耆┞对诓筛叻秶拇髩K硬巖，存在爆破后頂?shù)讌^(qū)域機組仍無法截割，直接影響支架前移和頂溜，采高又無法保證。針對上述情況及時進(jìn)行調(diào)整：炮眼設(shè)計長度為1 800 mm，眼距0.5 m，采用三花布置，裝藥量原則上每孔400 g，根據(jù)現(xiàn)場放炮松動效果，若遇巖石為砂巖時，每平米砂巖上打設(shè)的8個炮眼中有4個裝藥量可調(diào)整為600 g，全部藥卷正向裝藥；頂?shù)捉谴嬖谇度朊簤Φ拇髩K硬巖，將孔深更改為2.0 m，上排眼上仰角度調(diào)整為20°（設(shè)計角度18°），下排眼下俯角度調(diào)整為20°（設(shè)計角度18°）。后期的爆破效果證明，堅硬巖石更改每孔600 g炸藥，爆破效果良好，頂?shù)捉遣筛叻秶矌r破碎效果較好，機組可直接截割通過。

根據(jù)后期陷落柱通過情況跟蹤，通過陷落柱深孔預(yù)裂爆破封孔區(qū)段后，在工作面28-31號架段未進(jìn)行常規(guī)爆破措施。工作面在此區(qū)段回采推進(jìn)順利，未受到影響。爆破效果情況如下：

圖4 爆破效果情況圖

6 結(jié)論

1）遇地質(zhì)構(gòu)造必須有詳細(xì)的通過方案，明確遇特俗情況的應(yīng)急處置措施。

2）頂板破碎嚴(yán)重區(qū)域，采用不同性能的注漿料多層次注漿加固管理頂板，效果顯著，可在今后頂板管理中推廣應(yīng)用

3）深孔預(yù)裂試驗，在后期推進(jìn)中驗證效果明顯，可在今后過陷落柱及斷層等地質(zhì)構(gòu)造中推廣。