综采工作面快速过陷落柱工程技术实践

徐立志

（潞安化工集团余吾煤业公司，山西 长治 046000）

随着余吾煤业公司矿井开采水平的延伸，综采工作面频繁揭露地质构造问题已经成为限制矿井安全高效生产的重大难题，如何提高综采工作面过地质构造期间推进速度、增加回采率，将是余吾煤业公司持续发展的重要方向。2022年1月余吾煤业S5101综采工作面揭露的DX6陷落柱是该矿建矿以来回采工作面揭露的最大的陷落柱。该矿原计划利用“掘刀把面”方式通过DX6陷落柱，但经过经济对比分析，回采面直接过陷落柱可多回收原煤约3万吨，基于此，拟定综采工作面采用“深孔预裂爆破+浅孔松动爆破”方法快速推进技术直接通过DX6陷落柱。

1 工程概况

S5101综采工作面位于矿井二盘区北翼，工作面走向长度1 230 m，倾斜长度215 m，平均煤厚5.3 m，设计采高3.2 m，采用长壁后退法综合放顶煤回采工艺，全部垮落法管理顶板，共安装低位放顶煤液压支架132架。S5101综采工作面采用二巷布置，配风量3 200 m3，巷道断面规格为5.6 m×3.5 m，矩形断面。工作面上下端头超前支护方式为单体柱配合锚索补强支护，机尾采用自移式液压支架进行支护。根据S5101综采工作面地质勘探资料显示，该工作面顶板含水层不发育，有少量顶板裂隙水。工作面预计回采至556 m处将揭露探查钻孔见矸异常区，分析存在陷落柱地质构造，预计陷落柱长轴150 m，短轴100 m，走向方向影响120 m，工作面内倾斜方向影响95 m（约64架）。实际S5101综采工作面回采至523 m处揭露陷落柱地质构造，工作面断面内上部为1.8 m细粒砂岩、下部为1 m煤层、底部为0.4 m砂质泥岩。陷落柱地质构造对工作面走向方向影响180 m，工作面内倾斜方向影响128 m（约85架）。DX6陷落柱构造推测和实际揭露情况如图1所示。

图1 DX6陷落柱构造推测和实际揭露

2 施工现状

1）S5101综采工作面运输顺槽延伸至工作面的2趟ϕ51 mm高压风水软管，不能满足施工深孔爆破炮眼及多台钻机供风供水需求。

2）采用YT-28凿岩机进行打眼施工，炮眼施工效率低，需频繁挪移钻机，打眼时间长。

3）采用浅孔爆破期间，每循环仅能施工1.5 m，需频繁使用皮带对液压支架进行保护，费时费力且保护效果有限。

4）采用浅孔松动爆破需根据现场岩性变化及岩层倾角调整炮眼布置及装药量。同时每循环一次只能处理1～2 m岩石且需打设120个炮眼进行爆破，每次打眼放炮时间长达10个小时，劳动强度大，推进速度低。

5）爆破后采煤机割矸时，煤岩交界位置的顶板管理困难、煤壁片落容易形成台阶。

3 快速推进技术

3.1 优化爆破工艺

为强化爆破效果，解决爆破作业时间长、劳动强度大、效率低的问题，确定工作面过DX6陷落柱采用“预裂深孔爆破+浅孔爆破松动”的技术方案。

（1）深孔预裂爆破工艺。深孔预裂炮眼布置在工作面上部细粒砂岩中，采用架柱式液压钻机施工，共布置三排炮眼，炮眼直径70 mm，炮眼深度均为20 m，炮眼间排距均为0.6 m，一排炮眼施工至距顶部0.3 m处，炮眼角度为80°；二排炮眼角度为87°；三排炮眼角度90°，三排炮眼保持距煤层不小于0.5 m，装药量为每眼10 kg，封泥长度2 m。炸药采用三级煤矿许用水胶炸药，雷管使用煤矿许用8号毫秒延期电雷管，雷管段号为1段。

（2）浅孔松动爆破工艺。浅孔松动炮眼布置在深孔预裂炮眼之间，采用“三花”布置，采用YT-28风动凿岩机进行施工。炮眼直径38 mm，炮眼深度均为2.4 m，炮眼角度均为90°采取每架布置6个炮眼的密集布置方式，装药量为下部眼每眼1.5 kg、上部眼0.9 kg，封泥长度2 m。炸药采用三级煤矿许用水胶炸药，雷管段号为下部眼2段、上部眼3段。炮眼布置如图2所示。

图2 “预裂深孔爆破+浅孔爆破松动”炮眼布置

3.2 强化工程管理

（1）改造风水软管。将S5101工作面运输顺槽的2趟ϕ51 mm高压风水软管更换为ϕ100 mm高压钢丝软管，并每20 m布置1个三通接头，满足6台架柱式液压钻机施工深孔、8台YT-28风动凿岩机施工浅孔的需要。

（2）加强施工机具管理。①钻机稳固，施工前期由于液压钻机施工炮眼期间，受岩石硬度影响较大，钻机极易出现晃动、炮眼偏斜、钻杆损坏等现象。通过改良优化，使用U卡螺丝配合固定卡座将钻机固定至前部运输溜槽上，不仅保证钻机打眼期间的稳定性，直接沿溜槽滑动钻机的方式更减少钻机挪移时间、提高打眼效率。②钻机保护，由于液压钻机重量较重，钻机拆除后需存放在架间备用。爆破期间为提高保护钻机工作的快速便捷性，利用滑轮及配重块快速起吊钻机，并使用钢筋网配合硬质塑料网制作钻机全覆盖保护罩进行保护，避免爆破过程中损坏液压钻机或架间掉落碎矸对钻机造成损伤。③钻机保养维护，每次钻机使用完成后及时加注液压油，停钻后将出油口、进风口等连接位置等使用塑料袋进行封堵，防止进入煤尘；对钻杆连接处涂抹黄油进行维护，防止沾染煤体后锈结至钻杆接头处；安排专人对钻机进行检查，工作面备足易损小件，出现损坏立即更换。

（3）加强液压支架防护管理。①安设立柱保护罩，利用2个不同直径的旧风筒充填竹芭、硬质塑料网等制作立柱保护罩，配合拉链式保护罩快速紧固装置对支架立柱进行防护，避免爆破及割矸过程中支架立柱镀层损坏，出现漏液等情况。②采用“窗帘式”皮带防护帘，在工作面下端头安装电动葫芦，上端头安装一组滑轮，穿过1根ϕ16 mm钢丝绳，同时裁剪高度合适的皮带防护帘，上下两端安装固定挂钩，上端固定在钢丝绳上，爆破前启动电动葫芦拖移皮带防护帘至架前，下端将挂钩固定在前部溜槽上，实现对工作面支架全面防护。③翻转式保护照明灯，在工作面照明灯后方安装钢板护罩，钢板上方打设密集小孔保证照明灯散热效果。爆破前通过翻转照明灯利用后方钢板护罩，实现快速保护照明灯。

（4）加强现场管理。①施工炮眼前将前部溜子拉回，爆破后将前部溜子开空后，再将溜子伸出，走机出矸，避免爆破后溜子被矸石埋压。爆破前将护帮板收至45°减少爆破对工作面设备的冲击力，避免爆破对支架护帮板的破坏，同时起到挡矸作用。②自制黏土炮泥机，利用废旧钻机棘轮加工制作风动炮泥机，加快炮泥制作速度，并保持黏土炮泥直径的一致性。③强化“三机”检修维护，过陷落柱期间长时间运输矸石，刮板输送机极易出现岩粉堵塞锈结刮板螺丝，需要人工清理锈结岩粉后才能紧固螺丝，通过自制风动岩粉清理器，使用压风快速清理锈结岩粉，紧固检修刮板输送机，加快检修效率，由于采煤机及转载机割矸及运矸期间长期高频振动极易出现螺丝松动及电气模块插头松动等现象，通过每班打眼期间安排人员逐一检修，减少设备损坏率。

3.3 安全技术措施

（1）过陷落柱期间，在煤岩交接位置伴生炭质泥岩，炭质泥岩极为破碎，为确保工作面顶板的稳定，通过采煤机上刀反复走刀对顶部软弱岩体进行剥落，缩短空顶距。

（2）采煤机进出陷落柱时，顶板极易出现流矸、片帮等情况，通过闭锁前部刮板输送机，带压拉架、打柱拉架进行顶板控制，防止出现大面积流矸及片帮等岩体失稳情况。

（3）松动爆破后，采煤机割矸作业期间会出现火花，通过每架安装降尘喷头洒水，防止火花溅射及对采煤机截齿降温。

（4）刮板输送机出矸时，会出现矸石卡刮板，溜子运转负荷大、压死溜子不能运行现象，可通过在刮板输送机尾部清挖底槽坑，清理底槽内矸块，同时在底槽浇水减小运行负荷及打柱倒溜等方式解决。

（5）在岩石破碎且与煤同时运输时，受工作面降尘喷水影响，极易出现煤泥，煤泥在运输过程中粘连在皮带托辊或滚筒上导致皮带出现跑偏，通过在皮带导向滚筒位置洒水，将皮带上方粘连的煤泥冲掉，减少皮带跑偏现象。

（6）由于过陷落柱期间，构造内夹杂的岩层存在无规律性及不连续性，导致爆破期间不能对工作面全部岩体进行覆盖，在实际生产组织过程中需灵活选择炮眼施工位置，及时调整爆破参数。

4 应用效果

S5101综采工作面过DX6陷落柱期间，采用“预裂深孔爆破+浅孔爆破松动”的快速推进技术后，保证每日平均3刀的推进度，在2个月时间内顺利完成推进180 m过陷落柱施工；相比“改刀把”搬家的过大型地质构造方式，减少搬家倒面带来的系统调整工程，节约扩巷工程量52 m，增加原煤产量3万吨，创造经济效益约300余万元；在直接通过DX6陷落柱期间不仅保证工作面较好的生产状态，更未发生任何安全生产事故。

5 结语

为解决S5101综采工作面顺利通过DX6陷落柱难题，拟定采用“预裂深孔爆破+浅孔爆破松动”的快速推进技术，以实现快速通过走向长180 m大型陷落柱地质构造。施工期间对5号煤层上覆岩层岩性的变化及过陷落柱快速推进工艺有充分的认识与掌握，同时在工作面爆破期间创新了设备保护方案，并改良各项保护装置。S5101综采工作面顺利通过DX6陷落柱的成功经验，可为同类型地质条件的工作面安全高效回采提供经验借鉴。