綜采工作面快速過陷落柱工程技術(shù)實踐

徐立志

（潞安化工集團余吾煤業(yè)公司，山西 長治 046000）

隨著余吾煤業(yè)公司礦井開采水平的延伸，綜采工作面頻繁揭露地質(zhì)構(gòu)造問題已經(jīng)成為限制礦井安全高效生產(chǎn)的重大難題，如何提高綜采工作面過地質(zhì)構(gòu)造期間推進速度、增加回采率，將是余吾煤業(yè)公司持續(xù)發(fā)展的重要方向。2022年1月余吾煤業(yè)S5101綜采工作面揭露的DX6陷落柱是該礦建礦以來回采工作面揭露的最大的陷落柱。該礦原計劃利用“掘刀把面”方式通過DX6陷落柱，但經(jīng)過經(jīng)濟對比分析，回采面直接過陷落柱可多回收原煤約3萬噸，基于此，擬定綜采工作面采用“深孔預(yù)裂爆破+淺孔松動爆破”方法快速推進技術(shù)直接通過DX6陷落柱。

1 工程概況

S5101綜采工作面位于礦井二盤區(qū)北翼，工作面走向長度1 230 m，傾斜長度215 m，平均煤厚5.3 m，設(shè)計采高3.2 m，采用長壁后退法綜合放頂煤回采工藝，全部垮落法管理頂板，共安裝低位放頂煤液壓支架132架。S5101綜采工作面采用二巷布置，配風(fēng)量3 200 m3，巷道斷面規(guī)格為5.6 m×3.5 m，矩形斷面。工作面上下端頭超前支護方式為單體柱配合錨索補強支護，機尾采用自移式液壓支架進行支護。根據(jù)S5101綜采工作面地質(zhì)勘探資料顯示，該工作面頂板含水層不發(fā)育，有少量頂板裂隙水。工作面預(yù)計回采至556 m處將揭露探查鉆孔見矸異常區(qū)，分析存在陷落柱地質(zhì)構(gòu)造，預(yù)計陷落柱長軸150 m，短軸100 m，走向方向影響120 m，工作面內(nèi)傾斜方向影響95 m（約64架）。實際S5101綜采工作面回采至523 m處揭露陷落柱地質(zhì)構(gòu)造，工作面斷面內(nèi)上部為1.8 m細(xì)粒砂巖、下部為1 m煤層、底部為0.4 m砂質(zhì)泥巖。陷落柱地質(zhì)構(gòu)造對工作面走向方向影響180 m，工作面內(nèi)傾斜方向影響128 m（約85架）。DX6陷落柱構(gòu)造推測和實際揭露情況如圖1所示。

圖1 DX6陷落柱構(gòu)造推測和實際揭露

2 施工現(xiàn)狀

1）S5101綜采工作面運輸順槽延伸至工作面的2趟?51 mm高壓風(fēng)水軟管，不能滿足施工深孔爆破炮眼及多臺鉆機供風(fēng)供水需求。

2）采用YT-28鑿巖機進行打眼施工，炮眼施工效率低，需頻繁挪移鉆機，打眼時間長。

3）采用淺孔爆破期間，每循環(huán)僅能施工1.5 m，需頻繁使用皮帶對液壓支架進行保護，費時費力且保護效果有限。

4）采用淺孔松動爆破需根據(jù)現(xiàn)場巖性變化及巖層傾角調(diào)整炮眼布置及裝藥量。同時每循環(huán)一次只能處理1～2 m巖石且需打設(shè)120個炮眼進行爆破，每次打眼放炮時間長達(dá)10個小時，勞動強度大，推進速度低。

5）爆破后采煤機割矸時，煤巖交界位置的頂板管理困難、煤壁片落容易形成臺階。

3 快速推進技術(shù)

3.1 優(yōu)化爆破工藝

為強化爆破效果，解決爆破作業(yè)時間長、勞動強度大、效率低的問題，確定工作面過DX6陷落柱采用“預(yù)裂深孔爆破+淺孔爆破松動”的技術(shù)方案。

（1）深孔預(yù)裂爆破工藝。深孔預(yù)裂炮眼布置在工作面上部細(xì)粒砂巖中，采用架柱式液壓鉆機施工，共布置三排炮眼，炮眼直徑70 mm，炮眼深度均為20 m，炮眼間排距均為0.6 m，一排炮眼施工至距頂部0.3 m處，炮眼角度為80°；二排炮眼角度為87°；三排炮眼角度90°，三排炮眼保持距煤層不小于0.5 m，裝藥量為每眼10 kg，封泥長度2 m。炸藥采用三級煤礦許用水膠炸藥，雷管使用煤礦許用8號毫秒延期電雷管，雷管段號為1段。

（2）淺孔松動爆破工藝。淺孔松動炮眼布置在深孔預(yù)裂炮眼之間，采用“三花”布置，采用YT-28風(fēng)動鑿巖機進行施工。炮眼直徑38 mm，炮眼深度均為2.4 m，炮眼角度均為90°采取每架布置6個炮眼的密集布置方式，裝藥量為下部眼每眼1.5 kg、上部眼0.9 kg，封泥長度2 m。炸藥采用三級煤礦許用水膠炸藥，雷管段號為下部眼2段、上部眼3段。炮眼布置如圖2所示。

圖2 “預(yù)裂深孔爆破+淺孔爆破松動”炮眼布置

3.2 強化工程管理

（1）改造風(fēng)水軟管。將S5101工作面運輸順槽的2趟?51 mm高壓風(fēng)水軟管更換為?100 mm高壓鋼絲軟管，并每20 m布置1個三通接頭，滿足6臺架柱式液壓鉆機施工深孔、8臺YT-28風(fēng)動鑿巖機施工淺孔的需要。

（2）加強施工機具管理。①鉆機穩(wěn)固，施工前期由于液壓鉆機施工炮眼期間，受巖石硬度影響較大，鉆機極易出現(xiàn)晃動、炮眼偏斜、鉆桿損壞等現(xiàn)象。通過改良優(yōu)化，使用U卡螺絲配合固定卡座將鉆機固定至前部運輸溜槽上，不僅保證鉆機打眼期間的穩(wěn)定性，直接沿溜槽滑動鉆機的方式更減少鉆機挪移時間、提高打眼效率。②鉆機保護，由于液壓鉆機重量較重，鉆機拆除后需存放在架間備用。爆破期間為提高保護鉆機工作的快速便捷性，利用滑輪及配重塊快速起吊鉆機，并使用鋼筋網(wǎng)配合硬質(zhì)塑料網(wǎng)制作鉆機全覆蓋保護罩進行保護，避免爆破過程中損壞液壓鉆機或架間掉落碎矸對鉆機造成損傷。③鉆機保養(yǎng)維護，每次鉆機使用完成后及時加注液壓油，停鉆后將出油口、進風(fēng)口等連接位置等使用塑料袋進行封堵，防止進入煤塵；對鉆桿連接處涂抹黃油進行維護，防止沾染煤體后銹結(jié)至鉆桿接頭處；安排專人對鉆機進行檢查，工作面?zhèn)渥阋讚p小件，出現(xiàn)損壞立即更換。

（3）加強液壓支架防護管理。①安設(shè)立柱保護罩，利用2個不同直徑的舊風(fēng)筒充填竹芭、硬質(zhì)塑料網(wǎng)等制作立柱保護罩，配合拉鏈?zhǔn)奖Ｗo罩快速緊固裝置對支架立柱進行防護，避免爆破及割矸過程中支架立柱鍍層損壞，出現(xiàn)漏液等情況。②采用“窗簾式”皮帶防護簾，在工作面下端頭安裝電動葫蘆，上端頭安裝一組滑輪，穿過1根?16 mm鋼絲繩，同時裁剪高度合適的皮帶防護簾，上下兩端安裝固定掛鉤，上端固定在鋼絲繩上，爆破前啟動電動葫蘆拖移皮帶防護簾至架前，下端將掛鉤固定在前部溜槽上，實現(xiàn)對工作面支架全面防護。③翻轉(zhuǎn)式保護照明燈，在工作面照明燈后方安裝鋼板護罩，鋼板上方打設(shè)密集小孔保證照明燈散熱效果。爆破前通過翻轉(zhuǎn)照明燈利用后方鋼板護罩，實現(xiàn)快速保護照明燈。

（4）加強現(xiàn)場管理。①施工炮眼前將前部溜子拉回，爆破后將前部溜子開空后，再將溜子伸出，走機出矸，避免爆破后溜子被矸石埋壓。爆破前將護幫板收至45°減少爆破對工作面設(shè)備的沖擊力，避免爆破對支架護幫板的破壞，同時起到擋矸作用。②自制黏土炮泥機，利用廢舊鉆機棘輪加工制作風(fēng)動炮泥機，加快炮泥制作速度，并保持黏土炮泥直徑的一致性。③強化“三機”檢修維護，過陷落柱期間長時間運輸矸石，刮板輸送機極易出現(xiàn)巖粉堵塞銹結(jié)刮板螺絲，需要人工清理銹結(jié)巖粉后才能緊固螺絲，通過自制風(fēng)動巖粉清理器，使用壓風(fēng)快速清理銹結(jié)巖粉，緊固檢修刮板輸送機，加快檢修效率，由于采煤機及轉(zhuǎn)載機割矸及運矸期間長期高頻振動極易出現(xiàn)螺絲松動及電氣模塊插頭松動等現(xiàn)象，通過每班打眼期間安排人員逐一檢修，減少設(shè)備損壞率。

3.3 安全技術(shù)措施

（1）過陷落柱期間，在煤巖交接位置伴生炭質(zhì)泥巖，炭質(zhì)泥巖極為破碎，為確保工作面頂板的穩(wěn)定，通過采煤機上刀反復(fù)走刀對頂部軟弱巖體進行剝落，縮短空頂距。

（2）采煤機進出陷落柱時，頂板極易出現(xiàn)流矸、片幫等情況，通過閉鎖前部刮板輸送機，帶壓拉架、打柱拉架進行頂板控制，防止出現(xiàn)大面積流矸及片幫等巖體失穩(wěn)情況。

（3）松動爆破后，采煤機割矸作業(yè)期間會出現(xiàn)火花，通過每架安裝降塵噴頭灑水，防止火花濺射及對采煤機截齒降溫。

（4）刮板輸送機出矸時，會出現(xiàn)矸石卡刮板，溜子運轉(zhuǎn)負(fù)荷大、壓死溜子不能運行現(xiàn)象，可通過在刮板輸送機尾部清挖底槽坑，清理底槽內(nèi)矸塊，同時在底槽澆水減小運行負(fù)荷及打柱倒溜等方式解決。

（5）在巖石破碎且與煤同時運輸時，受工作面降塵噴水影響，極易出現(xiàn)煤泥，煤泥在運輸過程中粘連在皮帶托輥或滾筒上導(dǎo)致皮帶出現(xiàn)跑偏，通過在皮帶導(dǎo)向滾筒位置灑水，將皮帶上方粘連的煤泥沖掉，減少皮帶跑偏現(xiàn)象。

（6）由于過陷落柱期間，構(gòu)造內(nèi)夾雜的巖層存在無規(guī)律性及不連續(xù)性，導(dǎo)致爆破期間不能對工作面全部巖體進行覆蓋，在實際生產(chǎn)組織過程中需靈活選擇炮眼施工位置，及時調(diào)整爆破參數(shù)。

4 應(yīng)用效果

S5101綜采工作面過DX6陷落柱期間，采用“預(yù)裂深孔爆破+淺孔爆破松動”的快速推進技術(shù)后，保證每日平均3刀的推進度，在2個月時間內(nèi)順利完成推進180 m過陷落柱施工；相比“改刀把”搬家的過大型地質(zhì)構(gòu)造方式，減少搬家倒面帶來的系統(tǒng)調(diào)整工程，節(jié)約擴巷工程量52 m，增加原煤產(chǎn)量3萬噸，創(chuàng)造經(jīng)濟效益約300余萬元；在直接通過DX6陷落柱期間不僅保證工作面較好的生產(chǎn)狀態(tài)，更未發(fā)生任何安全生產(chǎn)事故。

5 結(jié)語

為解決S5101綜采工作面順利通過DX6陷落柱難題，擬定采用“預(yù)裂深孔爆破+淺孔爆破松動”的快速推進技術(shù)，以實現(xiàn)快速通過走向長180 m大型陷落柱地質(zhì)構(gòu)造。施工期間對5號煤層上覆巖層巖性的變化及過陷落柱快速推進工藝有充分的認(rèn)識與掌握，同時在工作面爆破期間創(chuàng)新了設(shè)備保護方案，并改良各項保護裝置。S5101綜采工作面順利通過DX6陷落柱的成功經(jīng)驗，可為同類型地質(zhì)條件的工作面安全高效回采提供經(jīng)驗借鑒。