回坡底煤矿10-108工作面过E8陷落柱技术研究

张 红

（霍州煤电集团汾河焦煤股份有限公司回坡底矿，山西 洪洞 041600）

0 引言

陷落柱是煤系下可溶性岩层经地下水强烈溶蚀后,形成一定的溶洞,经过地下各种地质因素的作用,引起上覆岩层失稳和塌陷,形成筒状的柱体,是岩溶引起的一种较为特殊的地质现象。陷落柱对地下工程,特别是对煤矿井巷采掘工程的影响比较大,比如采煤工作面的布置、资源的损失、巷道的延伸,甚至影响煤炭的质量,进而影响煤矿企业经济效益[1-4]。

1 工作面概况

10-108工作面巷道底板最高点位于回风顺槽“3”测点，底板标高+480.222 m，最低点位于胶带顺槽“J35”测点，底板标高+368.105 m，最高点和最低点高差为112.117 m。工作面为东一采区，南北均为未采区，东面接+556 m水平轨道大巷，西面为矿界。煤层埋深427～537 m。工作面采用走向长壁、后退式一次采全高全部垮落式综合机械化采煤法。

2 E8陷落柱具体情况

E8陷落柱位于10-108工作面西南角，在工作面回采范围之内，最近点距胶带顺槽14 m，距切眼15 m，俯视平面近似椭圆；该陷落柱长轴为南北方向，轴长81 m，短轴为东西方向，轴长61 m；陷落柱内不富水，填充物主要为中、粗粒砂岩和泥岩，块状，且大小不等，堆积无序。陷落柱不导水，不富水；柱体内岩性主要为泥质砂岩、中-细粒砂岩、泥岩等，块状，大小不一，无序堆积；胶结性好，硬度中等。

图1 10-108工作面E8陷落柱探测边界示意图

图2 10-108工作面E8陷落柱揭露区域示意图

3 过陷落柱前期准备工作

1）规程措施编制。根据地测部提供的关于E8陷落柱水文地质情况和现场调研情况，对陷落柱揭露时可能出现的各种情况进行了分析，针对此次过陷落柱措施编制安全技术措施。

2）完善压风系统。对工作面的压风管路进行全面排查，存在漏风问题及时采取措施处理，保证工作面使用风动设备打眼作业时的供风风压。增设两通以保证多台钻机的同时运行。

3）完善排水系统。根据排水设计和现场实际情况，及时完善排水设备和排水管路。

4）材料配件备用。结合陷落柱的特点、工作面设备运行状态及过陷落柱工序特点，分析确定易损设备配件（前后溜和转载机刮板、链环、机组刀齿、滚筒、摇臂、支架液压千斤顶等），确定其他需用材料配件和作业工器具；提前报计划，并积极与相关部门沟通，陷落柱揭露前备用到现场。

4 顶板、煤墙管理

1）陷落柱边界注浆。陷落柱两侧与煤体交接处，煤体酥碎，易片帮；每日对陷落柱边界前后10 m范围的注化学浆（大成1号）进行加固。从现场揭露效果看，注浆效果明显，化学浆的扩散性和粘结性使煤体及围岩得到有效加固，同时防止破碎区域继续向两侧扩大。

2）改变爆破工艺。对全岩区域放震动炮时，由于顶、底板部分大块坚硬的岩石未能全部暴露出来，按照既定的炮眼布置和装药爆破后岩石未完全碎裂，采高范围仍有硬岩，顶、底区域机组无法切割，直接影响支架前移和顶溜。针对该现象及时改变打眼和装药工艺，若顶、板存在未完全暴露的大块硬岩，则增大炮眼的角度，增加装药量（由2卷药增加为3卷）；爆破后效果明显，采高范围顶底无遗留硬岩。

3）顶板上网。陷落柱揭露前期，工作面20-40号架范围为急坡，顶板破碎，同时动态调整支架形态不断对顶板扰动，形成恶性循环，导致该区域顶板管理困难。12月26日4点半，顶板注浆加固完成，开始在20-45号架范围上单层金属网，有效防止该区域架间漏矸，便于支架形态的调整，同时提高了推进效率。

5 过陷落柱工艺

5.1 多层次注浆管理顶板

在陷落柱揭露初期，切眼20-50号架区段为急陡坡，平均倾角为17°，最大倾角为20°，同时底板松软，导致支架形态管理难度大，控顶效果差。工作面在19-35架出现挤架、咬架，支架倾斜问题，需进行支架摆架，对顶板的管控、加固尤为重要。

针对这一问题，利用注浆料不同膨胀系数，采用多层次顶板注浆加固，用浅孔注膨胀系数较大的注浆料对顶板裂隙进行封闭，用深孔注膨胀系数较小且黏结性强的注浆料进行加固，有效避免顶板裂隙的漏浆、跑浆，多层次化注浆，突破了过陷落柱顶板管理瓶颈，解决了顶板注浆漏浆、跑浆难题，降低了注浆成本，有效管控陷落柱影响区域的顶板，为调整支架形态提供有利条件。

原因分析：

1）在陷落柱揭露初期，工作面切眼地质条件复杂，从20-50架为急陡坡，且工作面底板松软，支架随陡坡底板倾斜，造成应力集中，继而倒架。

2）在揭露初期，工作面急于推进，造成现场支架操作不当，造成挤架、咬架，进而导致支架倾斜。

3）工作面支架液管、液压顶等老化严重，串漏液、自落情况严重，造成现场顶板支护效果差，支架操作困难。

总结：共计施工钻孔43个，注新料833桶，注旧料1 402桶。经过顶板注浆，顶板完整性提高，便于工作面摆架、扶架操作。

图3 10-108工作面E8E陷落柱揭露区域注浆情况示意图

5.2 深孔预裂爆破试用

以往过陷落柱措施中，由于“陷落柱”岩石硬度高、难切割的情况，必须采用放炮作业。常规放炮打设炮眼数量多，且需分次爆破存在耗时长问题。此次过陷落柱中采用大孔径深孔预裂爆破技术，在工作面陷落柱区段28-31号支架范围内施工4个80 mm大孔径钻孔进行横向爆破，促使孔间生成大量贯通裂隙，采煤机可直接截割通过，实现快速回采推进。

过陷落柱初期，每个炮眼装药量为400 g，在实际放炮过程中发现，效果不理想，特别顶底板嵌入煤墙未完全暴露在采高范围的大块硬岩，存在爆破后顶底区域机组仍无法截割，直接影响支架前移和顶溜，采高又无法保证。针对上述情况及时进行调整：炮眼设计长度为1 800 mm，眼距0.5 m，采用三花布置，装药量原则上每孔400 g，根据现场放炮松动效果，若遇岩石为砂岩时，每平米砂岩上打设的8个炮眼中有4个装药量可调整为600 g，全部药卷正向装药；顶底角存在嵌入煤墙的大块硬岩，将孔深更改为2.0 m，上排眼上仰角度调整为20°（设计角度18°），下排眼下俯角度调整为20°（设计角度18°）。后期的爆破效果证明，坚硬岩石更改每孔600 g炸药，爆破效果良好，顶底角采高范围硬岩破碎效果较好，机组可直接截割通过。

根据后期陷落柱通过情况跟踪，通过陷落柱深孔预裂爆破封孔区段后，在工作面28-31号架段未进行常规爆破措施。工作面在此区段回采推进顺利，未受到影响。爆破效果情况如下：

图4 爆破效果情况图

6 结论

1）遇地质构造必须有详细的通过方案，明确遇特俗情况的应急处置措施。

2）顶板破碎严重区域，采用不同性能的注浆料多层次注浆加固管理顶板，效果显著，可在今后顶板管理中推广应用

3）深孔预裂试验，在后期推进中验证效果明显，可在今后过陷落柱及断层等地质构造中推广。