綜采工作面過陷落柱快速推進(jìn)技術(shù)在長(zhǎng)平礦井的應(yīng)用

李 晉，張 博，趙垚庭

（山西長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006）

0 引 言

隨著長(zhǎng)平礦的延伸，且地質(zhì)構(gòu)造已經(jīng)成為綜采工作面必須面臨的問題，SX108 陷落柱是該礦有史以來遭遇的最大的陷落柱，為安全生產(chǎn)帶來了一定的影響。該礦通過鋪設(shè)風(fēng)管、機(jī)具管理、設(shè)備保護(hù)、松動(dòng)爆破、加強(qiáng)檢修等一系列創(chuàng)新舉措，為綜采工作面陷落柱的快速推進(jìn)提供了技術(shù)參考。

1 工作面及地質(zhì)構(gòu)造概況

5308 綜采工作面位于五盤區(qū)北翼，所采煤層為3 號(hào)煤，平均煤厚5.69 m，設(shè)計(jì)采高3.2 m、采放比1∶0.8。工作面走向長(zhǎng)度979.32 m，傾斜長(zhǎng)度294.2 m，共170 個(gè)支架。采用三巷布置，53083 巷為設(shè)備列車巷主進(jìn)風(fēng)，配風(fēng)量2 800 m3，斷面5.6 m×4.2 m；53081 為主運(yùn)巷輔助進(jìn)風(fēng)，配風(fēng)量360 m3，斷面5.6 m×4.2 m；53082 巷為回風(fēng)巷。工作面機(jī)頭超前支護(hù)方式為單體柱配合錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，機(jī)尾采用自移式液壓支架進(jìn)行支護(hù)。

根據(jù)地質(zhì)資料預(yù)計(jì)，地質(zhì)構(gòu)造一：回采至485 m處將揭露抽放鉆孔見矸異常區(qū)（可能發(fā)育斷層、陷落柱），推進(jìn)方向影響33 m，工作面最大25 m（14 架）；地質(zhì)構(gòu)造二：5308 工作面中部（55 號(hào)架左右）推進(jìn)至513 m 左右將揭露SX108 陷落柱（長(zhǎng)軸160 m，短軸112 m），推進(jìn)方向影響112 m，工作面內(nèi)最大影響130 m（約 74 個(gè)架）。

實(shí)際揭露情況：根據(jù)巖石性質(zhì)，異常區(qū)陷落柱和SX108 陷落柱為同一個(gè)構(gòu)造，實(shí)際工作面回采至485 m 處揭露，推進(jìn)方向影響200 m，工作面內(nèi)最大影響 165 m（約 94 個(gè)架），見圖1。

圖1 構(gòu)造推測(cè)和實(shí)際揭露示意圖

揭露誤差的影響：實(shí)際比預(yù)計(jì)多推進(jìn)60 m，導(dǎo)致該礦月產(chǎn)量任務(wù)無法完成，預(yù)計(jì)2.5 個(gè)月通過構(gòu)造，實(shí)際通過3 個(gè)月，打亂了礦井的采掘銜接；但是該礦通過優(yōu)化生產(chǎn)組織等方式3 個(gè)月過陷落柱200 m，為綜采工作面過陷落柱提供了技術(shù)參考。

2 過陷落柱所遇困難

1）工作面布置 1 趟φ32 mm 與 1 趟至 50 號(hào)架的φ100 mm 風(fēng)管，無法滿足大量布置風(fēng)鉆的要求。

2）首次使用液壓鉆機(jī)進(jìn)行施工，人員對(duì)鉆機(jī)的了解，把控不到位。

3）綜采工作面爆破、設(shè)備保護(hù)時(shí)由于范圍廣、設(shè)備多等原因，無法做到全方位保護(hù)；通常采用懸掛皮帶的方式進(jìn)行保護(hù)，割煤時(shí)需將皮帶取下，放炮時(shí)再次掛起皮帶，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；且由于皮帶剛性差，起到的作用不大。

4）主要采用松動(dòng)爆破輔助，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況不斷修正炮眼布置、藥量配置及爆破作業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)。

5）檢修環(huán)節(jié)是薄弱環(huán)節(jié)，需加強(qiáng)機(jī)組、三機(jī)設(shè)備檢修。

6）割矸生產(chǎn)過程中，煤矸交接處的頂板管控以及其他影響因素。

3 過陷落柱快速推進(jìn)技術(shù)

3.1 風(fēng)管鋪設(shè)

將53081 巷和53083 巷2 趟風(fēng)管接入工作面，并實(shí)現(xiàn)每20 m（12 架）布置1 個(gè)三通接頭；另外需從53082 巷9 號(hào)橫川，將53082 巷壓風(fēng)接入工作面機(jī)頭，再結(jié)合工作面已有的1 趟風(fēng)管，形成3 趟φ100 mm 壓風(fēng)管，滿足12 臺(tái)鉆機(jī)淺孔施工，見圖2。

圖2 風(fēng)管分布示意圖

3.2 機(jī)具管理

1）液鉆鉆孔施工：鉆孔深度必須是4 m，由于采高調(diào)整為2.8 m，采用液壓鉆機(jī)只施工頂眼（護(hù)幫板中間位置，角度約為10°~15°）和底眼（溜子煤幫側(cè)高度300 ～500 mm，角度約為-11°~-13°）。

2）鉆機(jī)穩(wěn)固：鉆機(jī)施工頂、底眼由于鉆機(jī)晃動(dòng)，極易出現(xiàn)損壞鉆桿的情況，導(dǎo)致無法施工鉆孔；因此，通過不斷試驗(yàn)，使用花蘭螺絲+小鏈進(jìn)行固定鉆機(jī)，既保證了鉆機(jī)的穩(wěn)定性，又保證了操作的簡(jiǎn)單快捷性。

3）鉆機(jī)保護(hù)：由于液壓鉆機(jī)的重量，移動(dòng)鉆機(jī)比較困難，因此爆破期間將液壓鉆機(jī)吊掛在電纜槽上，方便使用。電纜槽吊掛必須用鐵鏈+8 號(hào)鐵絲（鐵絲外露不能超過3 mm）且吊掛電纜槽上必須用板梁或皮帶遮擋可靠，避免構(gòu)造段爆破過程中崩壞液鉆或者架間掉落矸石對(duì)鉆機(jī)造成損傷。

4）液鉆保養(yǎng)：每班使用后必須注入液壓油，停鉆后將出油口等接口處進(jìn)行封堵，避免進(jìn)入灰塵；接鉆桿時(shí)，必須使用黃油方面拆卸鉆桿；經(jīng)常緊固螺絲。

3.3 創(chuàng)新設(shè)備保護(hù)

傳統(tǒng)的設(shè)備保護(hù)方式既不能有效保護(hù)立柱以里的設(shè)備，同樣也具有很大的工作量，占用大量的人力和作業(yè)時(shí)間，故對(duì)設(shè)備保護(hù)方式進(jìn)行了革新：

1）安裝柱褲保護(hù)立柱，避免爆破及割矸過程中破壞立柱鍍層。

2）立柱前捆綁板梁。通過捆綁板梁提高保護(hù)的剛度和緩沖強(qiáng)度，確保爆破過程中保護(hù)不失效。

3）板梁外掛皮帶保護(hù)。板梁外吊掛皮帶增大保護(hù)范圍，并提高保護(hù)的柔性；同時(shí)，使用可活動(dòng)式小鏈掛鉤將皮帶吊掛在立柱前，便于吊掛和拆除。

4）翻轉(zhuǎn)式皮帶保護(hù)照明燈。照明燈前懸掛可翻轉(zhuǎn)的皮帶，通過皮帶的翻轉(zhuǎn)快速實(shí)現(xiàn)照明燈的保護(hù)。

3.4 松動(dòng)爆破

3.4.1 炮眼布置與藥量配置

為保證爆破效果，分別使用ZDY650 型煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)和YT28 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)施工深眼和淺眼。經(jīng)過不斷改進(jìn)，根據(jù)巖性不同采用3 種爆破方案，具體如下：

1）細(xì)粒砂巖。由于細(xì)粒砂巖的硬度超出液壓鉆機(jī)的承受范圍，只能采用YT28 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行施工。炮眼深2.4 m，采用每架4 個(gè)眼的密集布置方式，裝藥量為底眼1.5 kg、上中眼0.9 kg，具體見圖3。

圖3 細(xì)粒砂巖炮眼布置

2）砂質(zhì)泥巖。使用YT28 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行施工，炮眼深度2～3.5 m，采用每架3 個(gè)眼的三花布置方式，裝藥量為底眼1.8 kg、上眼1.2 kg，具體見圖4。

圖4 砂質(zhì)泥巖炮眼布置

3）泥巖。使用液壓鉆機(jī)和風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)相結(jié)合的方式施工炮眼，炮眼深度分別為4、2.4 m，采用三花布置方式，裝藥量分別為深眼3 kg、淺眼1.2 kg，具體如圖5 所示。

圖5 泥巖炮眼布置

3.4.2 優(yōu)化爆破作業(yè)管理

1）避免放炮后壓住溜子的方法：早班打眼時(shí)將溜子拉回，放完炮后，將溜子開空后，再將溜子頂出。

2）避免放炮損壞支架護(hù)幫和插板的方法：放炮時(shí)將插板收回，同時(shí)將護(hù)幫板收至45°，減小爆破的沖擊力。

3）準(zhǔn)備工作到位：由于炮眼數(shù)量眾多，安排生產(chǎn)班頂崗人員提前為檢修班準(zhǔn)備足夠的炮土。

4）爆破、檢修雙跟班：安排雙跟班，1 人負(fù)責(zé)打眼爆破，1 人負(fù)責(zé)檢修，爆破、檢修兩不誤。

3.5 加強(qiáng)檢修

1）三機(jī)檢修：長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸矸石，導(dǎo)致矸粉堵塞刮板螺絲，導(dǎo)致無法快速緊刮板螺絲；需要用改錐將矸粉處理才能使用套頭緊螺絲；為此，特自制矸粉清除器快速清理矸粉、緊刮板螺絲，加快三機(jī)檢修效率。

2）機(jī)組檢修：割矸時(shí)，由于機(jī)身振動(dòng)導(dǎo)致內(nèi)部晃動(dòng)出現(xiàn)螺絲松動(dòng)，電氣、模塊插頭等松動(dòng)，因此機(jī)身上機(jī)械與電氣檢修至關(guān)重要，需經(jīng)常緊固螺絲與電氣插頭。

3.6 割矸生產(chǎn)

3.6.1 煤矸交界處的頂板管控

1）煤矸交接處一般伴隨著頂板破碎等情況，為了保證進(jìn)出構(gòu)造頂板的穩(wěn)定，在此特殊時(shí)期，通過多走構(gòu)造處來縮短空頂距，保證快速通過。

2）閉鎖溜子、打柱拉架：進(jìn)出陷落柱時(shí)，若頂板破碎處時(shí)常流矸，應(yīng)先閉鎖溜子，通過帶壓拉架、打柱拉架進(jìn)行頂板控制。

3.6.2 其他影響的解決方案

1）防止火花：機(jī)組割矸，會(huì)出現(xiàn)火花，每5 架接φ10 mm 水管灑水。

2）勤換截齒：因該構(gòu)造矸石硬度高，機(jī)組截割困難，過構(gòu)造期間必須以爆破松動(dòng)為主，機(jī)組截割為輔，寧愿多換截齒，不能毀壞滾筒，提前將破矸工具準(zhǔn)備到機(jī)頭和除鐵器，所有人都要牢固樹立“不出煤不能壞設(shè)備”的意識(shí)。

3）溜子負(fù)荷大：矸石破碎時(shí)，由于矸石卡絆刮板，會(huì)出現(xiàn)溜子負(fù)荷大的情況；需打開后溜護(hù)罩，清理護(hù)罩內(nèi)矸塊；底槽澆水減小溜子負(fù)荷；打柱倒溜，給予起步空間。

4）皮帶跑偏：矸石破碎且較軟時(shí)，由于軟矸會(huì)有部分矸粉粘在皮帶或滾筒上，導(dǎo)致皮帶跑偏的情況；需在皮帶儲(chǔ)帶滾筒處灑水，將矸粉沖掉或帶走。

5）轉(zhuǎn)載機(jī)斷刮板：后溜司機(jī)主要觀察轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，有斷刮板時(shí)，及時(shí)進(jìn)行更換。

6）機(jī)頭機(jī)尾高差：由于機(jī)頭機(jī)尾高差最大29 m（機(jī)尾高機(jī)頭低），①保證工作面底板平整，不能出現(xiàn)過多驢脊梁，否則將對(duì)溜子和機(jī)組運(yùn)行有著較大的影響；②保證機(jī)頭進(jìn)度必須快于機(jī)尾，否則溜子極易竄前；③必須保證陷落柱的進(jìn)度，否則溜子極易竄向工作面，使機(jī)尾維護(hù)難度加大，管理不利甚至?xí)霈F(xiàn)機(jī)尾割不透的情況。

7）合理生產(chǎn)組織：由于陷落柱夾雜的矸塊無規(guī)律性，導(dǎo)致早班打眼放炮未全部覆蓋，在生產(chǎn)組織過程中，要靈活運(yùn)用，遇到機(jī)組特別難以割動(dòng)的矸石時(shí)，可將溜子拉回，機(jī)組割底刀通過，待早班進(jìn)行放炮處理后，再行通過。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

長(zhǎng)平礦5308 綜采工作面過陷落柱采用此快速推進(jìn)技術(shù)，3 個(gè)月完成200 m 的推進(jìn)度，平均每日3刀煤的推進(jìn)度，保證良好的生產(chǎn)水平與生產(chǎn)狀態(tài)，未發(fā)生任何人員傷亡事故，具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1）在過陷落柱期間，對(duì)巖性的變化及煤層變化，有了充分的認(rèn)識(shí)，為長(zhǎng)平礦過大范圍陷落柱提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2）在過陷落柱期間，爆破時(shí)創(chuàng)新了設(shè)備保護(hù)方案，為綜采工作面設(shè)備保護(hù)做出了模范。

3）加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，為生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。