综放工作面过陷落柱开采技术探讨

张育恒

(晋城煤业集团长平公司，山西高平048400)

矿井设计

综放工作面过陷落柱开采技术探讨

张育恒

(晋城煤业集团长平公司，山西高平048400)

Discussion of Full-mechanized Mining Face Collapse Column

针对长平煤矿2307综放工作面过SX49陷落柱的地质开采条件，在对工作面陷落柱进行详细的地质围岩探测基础上，采用采煤机割落矸石和放小型震动炮的措施强行通过陷落柱，保证了2307工作面的连续推进，不仅有效降低了陷落柱对生产的影响，提高了煤炭资源回收率，而且为以后工作面过陷落柱的方法提供了技术指导。

综放工作面;陷落柱;技术措施;顶板控制

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［1－2］。

本文针对长平矿2307综放工作面过SX49陷落柱的地质开采条件，结合2307工作面陷落柱资料，从技术及经济角度出发，探讨了综放工作面过陷落柱的可行性，并进行了现场实施，取得了良好的经济与社会效益。

1 工程概述

2307综放工作面为长平矿井二盘区东部的一个放顶煤工作面。工作面开采3号煤层，机采高度2.8m，放顶煤厚度2.14m;工作面倾斜长度180m，走向长度650m，埋深228～256m。工作面回采前，通过坑透和钻探分析，基本确定了SX49陷落柱沿工作面推进方向距切眼446～544m，走向影响长度为80m，倾斜方向影响长度为50m，图1为SX49陷落柱位置示意。

2 可行性分析

目前，我国回采工作面陷落柱的处理方法主要是根据陷落柱出现在工作面内的位置、大小、形状以及采煤方法等因素，采用另开切眼或缩短工作面等技术措施来处理［3］。对此，2307综放工作面过陷落柱可有2种方案:一是另开切眼，绕过陷落柱;二是强行通过陷落柱。

图1 SX49陷落柱位置示意

方案一要进行相应的巷道施工和工作面长度调整，技术难度小，但煤炭损失量大，准备时间长。方案二无需另掘巷道和工作面搬家，不损失煤炭资源，但在通过过程中可能会存在透水、冒顶压架、底板下陷等影响工作面推进的安全隐患。

为此，对陷落柱进行了详细的勘探，明确了陷落柱的位置、范围，查明了该陷落柱为弱含水性，通过过程中涌水量很小，认为可以强行通过。

3 工程实践

3.1 通过前准备工作

施工队组成立过陷落柱攻关组，准备好过构造带临时支护材料、设备，准备好化学注浆材料及注浆泵，必要时进行局部注浆加固处理。

3.2 放小型震动炮

当陷落柱构造带矸石较硬时，采用放小震动炮松动的方式进行处理。炮眼根据陷落柱赋存情况进行布置，在顶帮完整段，采用“五花眼”方式，眼深1.2m，眼距0.6～0.8m，炮眼与煤壁夹角为70～80°，上眼距离顶板500mm，下眼距离底板600mm，中眼位于上下眼之间正中位置，装药量控制在1卷，每次放炮范围不大于10m，超过10m时，分次打眼，分次爆破，炮眼布置如图2所示。在顶帮不完整段，采用采煤机直接割矸。

图2 构造带炮眼布置

放震动炮的目的是为采煤机切割矸石创造条件，严禁盲目增加装药量，防止将煤帮矸石崩入支架架间或崩坏支架阀组。

工作面力求多打眼，少装药，目的是减少大块矸石产生。

3.3 采高控制

工作面正常回采段，采高控制在2.8m，陷落柱两端采高逐渐下调至2.2～2.5m，尽可能减少陷落柱内的割矸厚度，构造段采高以满足机组正常通过为宜。

3.4 顶板控制

当回采工作面出现顶板冒落时，须等到顶板岩层冒落稳定后，在液压支架上方架设垂直工作面的板梁，然后在板梁上打“井”字型木垛接顶，防止顶板冒落范围进一步扩大。

打设板梁的同时需要拉超前架，伸出前探梁，支起护壁板进行护顶和护帮。

3.5 工作面陷落柱揭露情况

从陷落柱的揭露情况看，SX49陷落柱揭露大致可以分成3个阶段 (如图3所示)。

图3 陷落柱实际揭露示意

第1阶段:陷落柱揭露前煤体影响区 2307综放工作面在机头推进436.4m，机尾推进443.8m时，工作面进入陷落柱前煤体影响区，主要表现在工作面45～50号、100～118号支架存在割400mm厚的底矸，20～50号支架顶板破碎;该段走向长度为15m，煤体相对破碎，并且需要割一定厚度的矸石。该区域内重点是顶板和采高控制，需要及时拉超前架维护顶板，采高控制在2.4～2.6m即可。

第2阶段:陷落柱破碎带影响区 当机头推进440m，机尾推进到452m，工作面37～39号支架突然揭露全断面矸石，岩性杂乱，通过对岩性的分析，初步判断为陷落柱。当机头推进到463m，机尾推进到482m时，工作面陷落柱揭露范围为28～79号架，在28～51号架之间矸石颜色呈浅白色，51～79号架之间夹有矸石和黄土。

第3阶段:陷落柱过后围岩影响区 当工作面原来混杂的红土矸胶结区域消失后，工作面煤帮在37～70号支架之间为全断面矸石，岩性较完整，初步分析认为是陷落柱后围岩影响区。该区段走向长度约为15m，区域内割矸范围较陷落柱破碎带内有所减少，工作面矸石比较整齐、比较破碎。此区域特点受陷落柱影响，在陷落柱的边缘，煤层及顶板出现整体下沉，随着距陷落柱中心越来越远，影响逐渐减弱，直至煤岩位置恢复正常。

3.6 陷落柱范围验证

接下来给出一个染色算法,并设它是从E(H(1,n))到{1,2,3,…,k}的一个映射f,对六角系统的所有2度点进行边着色,直到没有边剩余。首先,将六角系统H(1,n)的各个顶点进行标号,如图3所示。

2307工作面陷落柱打钻确定范围为:沿走向影响长度为80m，沿倾斜方向影响长度为50m;揭露后陷落柱实际范围为:长轴82m、短轴57m。通过对揭露情况的综合确定，陷落柱形状和范围、大小等的实际情况与预测情况基本一致。

陷落柱导水情况的预测和实际揭露情况也完全相同，说明通过坑透结合钻探情况，能够掌握现有构造的基本情况。

4 过构造期间存在的问题

4.1 工作面水的管理情况

在过陷落柱期间，顶板无淋水，陷落柱内无渗水，在工作面打眼过程中，由于必须实行湿式打眼，工作面前溜内在打眼期间存在一定的积水;工作面底板机尾高、机头低，积水随底板流向机头方向，流不出工作面。队组对积水情况未及时采取积极有效的排水措施，开溜后在机头溜子下的积水便随溜子底链又带到机尾，造成积水在工作面来回循环流动，既影响工作面及外部运输系统巷道的文明生产，又影响外部的胶带运输，造成外部多部胶带运输机运行不正常。

4.2 过构造期间的外部运输系统影响情况

2307工作面的出煤系统影响时间为30h，除了综采队自己分管的2部刮板输送机、胶带运输机外，到达煤仓还需经过外部运行队分管的3部胶带运输机及刮板输送机，特别是胶带运输机的影响尤其严重，胶带跑偏停运，胶带因2307和2302同时生产造成的运输量过大，运输量的不平衡情况也尤其突出，整个运输系统在不断的开停中，严重制约着过构造的进度。

4.3 工作面过陷落柱打眼放炮情况

因此工作面陷落柱的炮眼布置应根据构造内大粒砂岩的情况灵活确定，最初采取“三花眼”放震动炮，但砂岩硬度较大、范围大，机组割矸困难;后来根据现场放炮情况，生产中及时安排队组补充措施，采用“五花眼”，加密炮眼，加大数量，放炮质量有了很大地提高。但由于队组每班2个循环的强行要求，班组为完成割煤任务，不得不挤压打眼时间，影响放炮效果，最后可能就是以牺牲截齿寿命来换取循环进度。

4.4 工作面事故和截齿使用情况

根据工作面过构造的特点，对采煤机、刮板输送机、转载机、外运等其他设备的故障率进行了统计，如表1所示。

表1 工作面故障率统计

以一天正常生产2班，每班工作8h，通过对过构造期间的时间50d作为基数，分析得出各设备故障时间占总时间的比例。

通过上述分析，工作面机组故障时间最多，占过构造总时间的8.63%，主要原因是过构造时割矸造成机组震动，影响时间主要是因为更换了3次变频器和1次后滚筒。

转载机故障占3%，主要是1次断链和1次机尾轴坏影响。刮板输送机故障比较低，占2.5%，主要是一次断底链影响。

根据对工作面截齿和齿座的统计:过构造用截齿6800多个，齿座700多个。

4.5 业务部室对生产的指导及服务情况

在过陷落柱之前，组织安全、机电、地测、通风、调度等部室召开了2307工作面过陷落柱研讨会，对具体的过构造方案和过构造期间可能遇到的问题展开了认真的讨论，通过完善方案后，编写了《2307工作面过陷落柱安全技术措施》，并由生产中心牵头进行了认真的会审。

在过构造期间，生产中心安排了地测部、生产中心、机电部3家进行了现场跟班，协调解决生产过程中出现的问题，针对在过构造期间放炮方面出现的新问题，及时督促队组补充完善了措施。

在现场跟班过程中，根据现场发现的问题，生产中心及各部室通过电话沟通，或面对面与领导干部交流，以及下发三定表等方式，及时安排解决生产中出现的问题，督促队组严格执行措施要求，确保安全顺利通过陷落柱。

5 经济效益分析

通过对综放工作面过陷落柱采用绕行搬家通过和硬过陷落柱2种方法的经济技术比较可得:

(1)如果绕过需要做撤架通道，直接材料损耗19万元，重新施工切眼，直接费用90万元，搬家费用10万元，合计119万元，同时丢掉煤炭840kt，影响时间大概1个半月。

(2)工作面强过陷落柱，可以多回收煤炭资源840kt，每吨煤按照500元计算，并除去截齿等材料的损坏，最终可以获取利润3000多万元，提高了资源的回收率，创造了可观的效益。

(3)工作面强行通过该陷落柱，缓解了衔接紧张的局面。

6 结论

(1)综放工作面遇陷落柱，影响工作面推进速度，带来一系列安全问题，严重影响综放工作面的安全高效回采。在做好相应地质勘探的前提下，采用强行通过的方式开采，有效缓解了工作面推进进度，提高资源回收率。

(2)采用采煤机直接割落矸石和放小型震动炮相结合的方式是强行通过工作面陷落柱的直接有效措施。

(3)强过陷落柱时必须严格控制顶板、采高，适当降低过陷落柱采高，加强冒顶防护，确保安全回采。

(4)2307综放工作面强行通过陷落柱，提高了工作面的连续推进度，不仅有效控制了陷落柱对生产的影响，提高了煤炭资源回收率，而且为以后工作面过陷落柱的方法提供了技术指导。

［1］孟 鑫，王安顺.综采工作面过陷落柱技术初探［J］.煤炭技术，2010，29(11):239－240.

［2］郑学亮.综放工作面过断层技术管理实践［J］.煤矿开采，2006，11(6):55－56，79.

［3］李晋平，肖亚宁，万世文.综放工作面遇陷落柱高效开采技术［J］.煤炭科学技术，2006，34(10):36－38.

［4］吕维赟.阳煤三矿K8403工作面过陷落柱开采技术方案研究［J］.煤炭技术，2010，30(9):56－58.

［责任编辑:潘俊锋］

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1006-6225(2012)04-0024-03

2012－04－10

张育恒 (1973－)，男，山西晋城人，工程师，现任长平公司总工程师。