門(mén) 前

（山西省煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)掌石溝煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

陷落柱是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)地質(zhì)構(gòu)造之一，陷落柱侵入煤層后破壞了煤層連續(xù)完整性，形成一個(gè)獨(dú)立的煤巖區(qū)，陷落柱附近煤體穩(wěn)定性相對(duì)較差，工作面回采過(guò)陷落柱期間會(huì)出現(xiàn)煤壁片幫、頂板破碎現(xiàn)象，不僅降低了工作面回采效率，增加了設(shè)備故障率，而且很容易發(fā)生安全事故。所以對(duì)陷落柱附近煤巖體進(jìn)行有效控制，是工作面回采過(guò)陷落柱期間重要技術(shù)環(huán)節(jié)，對(duì)工作面安全高效回采具有重要意義。本文以掌石溝煤礦15103 工作面為例，對(duì)工作面過(guò)X2 陷落柱期間存在主要技術(shù)難題進(jìn)行分析，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況提出了行之有效的安全技術(shù)措施。

1 概 況

15103 工作面位于+860 m 水平，是一采區(qū)第三個(gè)工作面，該工作面標(biāo)高為+825～+877 m，走向長(zhǎng)度1527 m，傾向長(zhǎng)度150 m。15103 工作面位于井田一采區(qū)西部，東部為未開(kāi)拓的實(shí)體煤，西為15102 工作面和15103 工作面間保護(hù)煤柱，南部與一采區(qū)三條大巷相連，北部為礦井保護(hù)煤柱。該工作面標(biāo)高為+825～+877 m，走向長(zhǎng)度1527 m，傾向長(zhǎng)度150 m。

15103 工作面回采煤層為15#層，煤層厚度為3.1～4.75 m，平均厚度4.03 m，煤層厚度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，內(nèi)生裂隙發(fā)育，硬度系數(shù)1.5，煤層頂?shù)装鍘r性情況見(jiàn)表1。

2 工作面地質(zhì)情況及問(wèn)題分析

2.1 工作面地質(zhì)情況

15103 工作面地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，主要以小斷層以及陷落柱為主，斷層平均落差為0.5 m，平均傾角為47°，對(duì)工作面回采影響較小。工作面回采至870 m 處揭露一條X0 陷落柱，陷落柱距回風(fēng)順槽水平間距為27 m，陷落柱水平投影成橢圓狀，陷落柱長(zhǎng)軸長(zhǎng)32 m（液壓支架118#～99#之間），短軸長(zhǎng)24 m，陷落柱高度為5.7 m，且從工作面頂板侵入煤層，陷落柱長(zhǎng)軸與工作面成12°夾角。通過(guò)鉆探發(fā)現(xiàn)，X0陷落柱腔體內(nèi)主要填充雜亂無(wú)章的泥巖、砂巖，填充巖體無(wú)穩(wěn)定成型結(jié)構(gòu)，腔體內(nèi)局部可見(jiàn)塊狀煤。X0 陷落柱對(duì)工作面回采影響較大，影響回采長(zhǎng)度達(dá)31 m。

2.2 問(wèn)題分析

（1）移架阻力大。由于X0 陷落柱腔體內(nèi)巖體不穩(wěn)定且?guī)r體整體平整性差，工作面在過(guò)陷落柱期間支架與陷落柱腔體內(nèi)頂板巖體接觸不嚴(yán)實(shí)，在進(jìn)行移架時(shí)移架阻力大，且頂梁出現(xiàn)“托空”現(xiàn)象，支架對(duì)頂板無(wú)法產(chǎn)生足夠的工作阻力，支架支護(hù)效果差，導(dǎo)致支架倒架、傾架等事故發(fā)生。

（2）頂板破碎嚴(yán)重。15103 工作面一次采全高，采煤機(jī)割煤深度為0.8 m，工作面回采過(guò)X0 陷落柱時(shí)由于陷落柱腔體內(nèi)充填巖體不穩(wěn)定、巖體間摩擦系數(shù)小、膠結(jié)度低，在構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力集中作用下陷落柱區(qū)域頂板極易破碎，很容易發(fā)生頂板垮落事故。

（3）煤體片幫。X0 陷落柱腔體內(nèi)以泥巖等混合巖體為主，陷落柱與煤體間存在裂隙帶，隨著工作面推移，當(dāng)工作面回采至距陷落柱10～15 m 范圍內(nèi)時(shí)，受應(yīng)力作用，在煤體與陷落柱之間裂隙中產(chǎn)生應(yīng)力釋放現(xiàn)象，導(dǎo)致陷落柱附近煤體產(chǎn)生剝離破壞作用，產(chǎn)生煤壁大面積片幫現(xiàn)象，加大了斷面控頂距，增加頂板維護(hù)難度。

表1 15103 工作面回采煤層（15#層）頂?shù)装鍘r性匯總表

3 過(guò)X0 陷落柱聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

3.1 煤體注漿加固

為了提高陷落柱附近煤體膠結(jié)穩(wěn)定性，決定對(duì)陷落柱前10 m、過(guò)陷落柱后5.0 m 范圍內(nèi)煤體進(jìn)行注漿加固。

（1）當(dāng)工作面回采至860 m（距陷落柱10 m）處對(duì)工作面煤壁施工一排仰斜注漿鉆孔，鉆孔深度為5 m，鉆孔直徑為50 mm，鉆孔仰角為60°，鉆孔距頂板1.2 m，鉆孔間距3.0 m，每排施工12 個(gè)注漿鉆孔。

（2）鉆孔施工完后，在鉆孔內(nèi)安裝一根長(zhǎng)度為3.0 m、直徑為30 mm 射漿鋼管，鋼管上均勻焊制四排射漿孔，孔直徑為10 mm，間距為0.3 m。射漿鋼管安裝后對(duì)孔口0.3 m 范圍內(nèi)采用膨脹水泥進(jìn)行封孔處理。

（3）注漿材料采用聚氨酯化學(xué)材料，注漿壓力控制在1.0～1.5 MPa 范圍內(nèi)，注漿完成5 h 后工作面繼續(xù)回采，工作面回采5.0 m 后繼續(xù)施工第二排注漿鉆孔，當(dāng)工作面過(guò)陷落柱后施工一排注漿鉆孔，如圖1。

3.2 過(guò)陷落柱頂板聯(lián)合支護(hù)

3.2.1 撞楔超前支護(hù)

（1）工作面回采至865 m 處時(shí)及時(shí)調(diào)整工作面?zhèn)涡?，在工作面煤壁與頂板之間施工一排超前支護(hù)鉆孔，鉆孔垂直煤壁布置，鉆孔深度為3.0 m，鉆孔間距為0.5 m，孔徑為30 mm。鉆孔施工完后在鉆孔內(nèi)錨注一根長(zhǎng)度為3.2 m、直徑為28 mm 中空鋼針。

（2）同一排超前支護(hù)施工完后，工作面回采時(shí)縮小采煤機(jī)割煤深度至0.5 m，采用分段割煤移架回采工藝。當(dāng)采煤機(jī)下行割煤回采至97#支架時(shí)及時(shí)對(duì)1#～99#支架進(jìn)行移架，移架到位后再回采陷落柱影響區(qū)域煤柱，回采再進(jìn)行移架，從而解決了傳統(tǒng)整刀割煤時(shí)陷落柱影響區(qū)域頂板暴露時(shí)間，造成頂板破碎、垮落等技術(shù)難題。

（3）工作面在移架時(shí)支架頂梁緊貼超前支護(hù)體，當(dāng)?shù)谝慌懦爸ёo(hù)施工完且工作面回采2.5 m后施工第二排超前支護(hù)，依次類(lèi)推直至工作面完全過(guò)陷落柱。

3.2.2 “JW”型錨索吊棚施工

（1）錨索吊棚長(zhǎng)度為3.5 m，錨索吊棚主要由一根JW 鋼梁及兩根長(zhǎng)度為3.0 m 錨索組成，吊棚與工作面平行布置，錨索吊棚布置間距為1.0 m，每排施工8 架錨索吊棚。

（2）第二排錨索吊棚與第一排邁步式布置，排距2.0 m，在兩架錨索吊棚之間鋪設(shè)長(zhǎng)度3.0 m、寬度2.4 m 鋼筋網(wǎng)，防止工作面頂板陷落柱填充巖體冒漏。

圖1 15103 工作面過(guò)X0 陷落柱頂板聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

4 效果

截至2020 年3 月11 日，15103 工作面已完全過(guò)X0 陷落柱影響區(qū)，工作面過(guò)陷落柱期間采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，取得顯著成效：

（1）對(duì)陷落柱附近煤體采取注漿加固后，控制了煤體裂隙進(jìn)一步發(fā)育，防止了集中應(yīng)力破壞作用導(dǎo)致煤體大面積片幫現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)煤體注漿加固后提高了煤體整體膠結(jié)強(qiáng)度，煤壁片幫深度控制在0.9 m 以下，端面距控制在0.3 m 以下。

（2）工作面過(guò)陷落柱期間對(duì)頂板采取聯(lián)合支護(hù)措施后，提高了支架初撐力、工作阻力，保證了支架支護(hù)效果。同時(shí)，陷落柱處頂板下沉、破碎現(xiàn)象得到有效控制，在過(guò)陷落柱期間未發(fā)生頂板垮落現(xiàn)象。