过陷落柱掘采技术研究与应用

方志刚



过陷落柱掘采技术研究与应用

方志刚

摘要针对工作面掘进过陷落柱时顶板破碎，维护、施工困难，采用分段支护的方式维护陷落柱的破碎顶板；采用预注马丽散联合锚索、锚杆支护的方式维护断层带顶板，在回采过程中在通过陷落柱断层群采用锚杆钢带支护和马丽散粘合顶板顺利通过断层群，在工作面开采陷落柱时提前采用深孔爆破技术对陷落柱进行深孔预裂松动爆破实现综采工作面顺利通过陷落柱，为该领域研究及煤炭开采提供了技术指导和借鉴经验。

关键词陷落柱；炮掘；深孔松动爆破；断层带

0　引言

同煤集团四老沟矿开采侏罗系煤层开采已接近枯竭，14#层现开采村庄压煤，四老沟矿开采的14#层404盘区8423工作面为缓倾斜煤层是该压煤点所圈的第一处工作面，开采意义重大，经济效益必须特别显著。但该工作面在2423巷掘进过程中揭露一处陷落柱及其衍生断层6条，鉴于此种情况一般施工方法为另开回采切眼绕过陷落柱，但此种方法采用在8423工作面无疑将浪费宝贵的侏罗系优质煤炭资源，经研究采用继续向前掘进，且边向前掘进边探测陷落柱的构造，为以后回采强过陷落柱施工提供参考数据。由于陷落柱及其衍生断层带的存在对掘进作业及回采工作面正常推进开采造成了严重影响，为了不影响生产，根据实际情况，特制定了掘进及回采特殊施工方法。

1　工作面过陷落柱掘进技术

1.1地质构造概述

2423巷全长为1 129 m在掘进至680 m时遇陷落柱，陷落柱附近有多条伴生断层发育，走向为南北走向，落差为0.8 m～1.3 m，断层倾角为68°～75°。针对这一情况，采用超前物探探明巷道前方煤层位置，钻探验证陷落柱的产状。经过施工探测该陷落柱呈不规则椭圆形长轴为60 m，短轴为34 m。侵入工作面长约50 m（如图1）。陷落柱内主要为致密坚硬砂岩、泥岩、煤、不含有水，胶结较好。陷落角为75°～85°由于陷落柱及其伴生断层的影响，对掘进施工影响较大，预计影响掘进施工为20 m。特制定特殊施工方法。［1］

图1　8423工作面平面示意

1.2顺槽巷过陷落柱及衍生断层施工方法支护方式

掘进巷道过陷落柱附近衍生断层时顶板破碎且围岩压力分布不均，无规律。掘进中揭露断层后，难以维护的顶板先提前在该处注入玛丽散使顶板及围岩保持完整性，然后再进行掘进施工。马丽散注入顶板的深度6 m，与顶板夹角为20°，间距为1 m（见13页图2所示）。支护方式不变（见13页图3）。针对工作面顶板破碎，维护、施工困难，对现有支护材料和支护技术及施工工艺进行灵活采用，采用分段支护的方式维护陷落柱段的破碎顶板。经过对井下现场实际的勘查结合支护理论分析并针对实际情况结合该矿成熟的支护工艺，巷道与陷落柱交叉段顶板永久支护采用6.2 m长，ϕ 15.24 mm的锚索，配合2根600 mm长（一根快速，一根中速）锚索树脂，吊挂3.2 m长工字钢梁，维护顶板。其中，锚索与顶板夹角50°，排距×间距=2.0×1.0 m。陷落柱顶板破碎带其余巷段，永久支护采用6.2 m长，ϕ 15.24 mm锚索，配合2根600 mm长（一根快速，一根中速）锚索树脂，下垫250×250 mm钢托板，锚索与顶板夹角90°，排距×间距=2.0×1.0 m，维护顶板。临时支护全部采用2 m长，ϕ 18 mm金属圆钢麻花树脂锚杆，配合1根350 mm长快速锚杆树脂，端头锚固，排距×间距=1.0×1.0 m2（非交叉点支护见图3）。

掘进过陷落柱采用机掘和炮掘相结合的工艺施工该巷段。若遇巷道围岩坚硬无法使用掘进机时采用炮掘施工方法，施工时多打眼少装炮，最大程度的保持了工作面顶板及其围岩的完整性，加快了掘进进度。巷道掘进时打眼爆破施工工艺为：布置掏槽眼4个，每眼装药5.0卷（1 000 g），眼深1.7 m，松动眼3个，每眼装药4.0卷（800 g），眼深1.5 m，周边眼18个，其中顶眼6个，每眼装药3.0卷（600 g），眼深1.7 m，距顶300 mm，距帮200mm，眼距600mm，全断面一次爆破。［2］（见图4）

图2　顺槽巷注玛丽散孔布置

图3　非交叉点（永久）支护

图4　炮眼布置

2　工作面过陷落柱回采技术

2.18423工作面回采情况概述

8423工作面东部为南羊路村庄保护煤柱（小窑破坏区），南部为404皮带下山，西部为已采的8405工作面，北部为我矿与同家梁矿矿界，上覆为11#层8104工作面采空区，平均煤厚为4.55 m，采高为3 m。从切眼开始，工作面推进至350 m处遇陷落柱，在2423巷掘进中已揭露陷落柱产状，此陷落柱深入工作面长约50 m。工作面从切眼开始回采，推进至300 m处遇到断层群，垂直断距为1 m左右，在2423巷已揭露走向长度26 m，基本为全岩，岩性为砂岩坚硬或碳质泥岩。根据2423巷揭露情况，陷落柱和断层基本紧靠，生产时先过断层，再过陷落柱，全岩长度为54 m。煤层平均厚度为4.2 m，工作面走向为1 120 m，倾向为150 m。煤层倾角为4°工作面由于回采设备条件所限采高为3.6 m（如图5所示）。

图5　工作面陷落柱剖面示意

2.2工作面过陷落柱回采施工方法

2.2.1回采前深孔松动爆破技术

为达到减少8423综采工作面搬家次数，一次性顺利回采，最大程度实现矿井节支降耗、安全高效生产的目的，四老沟矿在8423工作面开采初期决定结合深孔爆破技术提前对2423巷断层带及陷落柱影响的长54 m的全岩段进行深孔松动爆破。依据工作面顶、底板岩性为坚硬的细砂岩及陷落柱内以细砂岩为主的胶结其它砾岩、煤屑的复合坚硬岩层，深孔爆破的炮孔垂直于2423巷道煤壁，深度为50 m；为了获得良好的预裂松动效果，炮孔为上下2排成三花眼布置；采用装1 m药装1 m炮土的间隔装药形式，考虑到爆破冲击波对巷道另一帮的冲击影响，装药装到离炮孔口6 m处，剩余6 m全部装炮土封孔，每装好10孔爆破一次，爆破效果良好。深孔松动爆破共经历40 d，共打63个深孔松动爆破孔（见图6）。陷落柱不规则下沉，造成柱体内岩块松散，岩性不一致，硬度有较大差别，部分夹杂煤屑块，同时陷落柱下沉过程中由于重力滑动和摩擦造成附近的围岩断裂和变形，产生派生构造，在陷落柱边缘形成多道断层，从而产生地堑地垒，使工作面起伏不平。

图6　炮孔布置示意

2.2.2工作面过陷落柱及衍生断层带顶板维护方法

过陷落柱及衍生断层带期间，顶板破碎，采用加注马丽散联合钢带维护顶板。注浆钻孔布置方法是孔顶端位置在工作面顶板以上4 m，考虑断层顶板严重破碎，保证不往下流注入的浆液，马丽散有0.7 m～1.4 m扩散半径，注浆孔8 m长度为设计需要。在断层位置工作面顶板沿支架前探梁在煤体内每隔2个支架布置1个钻孔，不大于3 m的孔间距，8 m孔深，25°～30°仰角，钻孔采用MQT- 80型单体锚杆机配可接长锚索钻杆、ϕ 28 mm钻头，打出孔后，用ϕ 25 mm无缝钢管加工成的特种钻杆沿孔套入，作为注浆管用。［3］

过陷落柱期间调整采煤工艺，由于工作面头尾落差达12 m，头低尾高，所以采用超前拉架、单向割煤方式，即机组上行截割煤岩，下行装煤矸。调整工作面采高，工作面采高调整到2.3 m～2.6 m，以满足机组的最小通过高度。严格控制机组速度，不得超过2 m/min。

过及衍生断层带和过陷落柱期间重点加强超前支护和端头支护强度和密度，2423巷超前支护由原来的超前35 m支护改为超前50 m支护（单体支护间排距为1.2 m×1.5 m），并由原来的单体柱加0.6 m工字钢柱帽改为单体柱加1.2 mπ型梁支护顶板，有效增大支护顶板面积。端头支护采用切顶处打木垛方法防止古塘顶板出现异常塌落（工作面每推进6 m架设一组木垛）。在过陷落柱期间每个循环必须超前拉架，保证达到最小控顶距。

3　结语

四老沟矿通过上述支护技术有效的维护了采掘过陷落柱期间巷道的破碎顶板，工作面回采时采用深孔爆破方法结合有效的马丽散注浆技术使用，配合已有成熟支护技术，科学的确定了工作面过陷落柱的回采技术方案，降低煤矿企业生产成本。

参考文献

［1］侯艳文.回采巷道掘进过岩溶陷落柱施工技术［J］.煤，2015，09 （24）：39-47.

［2］李培青.巷道掘进过柱顶板支护技术及施工工艺研究［J］.科技信息，2009，05：304-305.

［3］朱俊峰，黄以寿.马丽散注浆加固巷道破碎顶板在祁南矿的应用［J］.煤矿现代化，2010（5）：26-27.

Research and Application of Mining through Collapse Column Technology

Fang Zhigang

Abstract：In view of the roof breakage，the maintenance and construction difficulty in tunneling the working face through the collapse column，the broken roof of the collapse column is maintained by using the method of piecewise support. The combined support maintenance of marithan pre-injection，anchor cable and anchor bolt support is used for the roof maintenance of the fault zone，when pass the collapse column by using the anchor bolt steel belt support and marithan bonding roof in the process of stoping，the fault zone is passed smoothly，when mining collapse column in the working face，the collapse column is carried on the deep hole loose blasting to realize the smooth passage for the fully mechanized working face by early using the deep hole blasting technology，it provides the technical guidance and the reference experience for the research in the field and the coal mining.

Key words：collapse column；deep hole loose blasting；fault zone

中图分类号TD823.91

文献标识码B

文章编号1000-4866（2016）03-0012-03

作者简介

方志刚，1980年出生，男，山西大同人，2003年毕业于中国矿业大学大学采矿工程专业，现任同煤集团四老沟矿副总工程师。

收稿日期：2016-04-11