8128综采工作面过陷落柱安全施工技术

吴 强

（大同煤矿集团朔州煤电小峪煤业有限公司，山西 朔州 038300）

1 概述

大同煤矿集团朔州煤电小峪煤业有限公司8128工作面位于南Ⅰ盘区北部，由2128、5128两顺槽巷及切眼构成。其北为小窑破坏区，南为416、417大巷，西为矿界与簸箕掌煤业相邻，东为正在回采的8126面。工作面设计走向长805m，倾斜长150m，可采长度680m，面积120750m2。工作面回采煤层为16#煤层，平均厚度为3.29m，煤层顶板以泥岩及砂岩为主，工作面采用综合机械化回采工艺。截至目前工作面已回采至510m。

工作面回采至527m处位于工作面92#～108#支架之间逐渐揭露X3陷落柱。陷落柱水平面上呈椭圆状，长轴与工作面呈77°夹角，陷落柱短轴长度为24m，长轴长度为54m，影响工作面最大走向长度为52.7m，影响最大倾向长度为26m。在工作面回风顺槽施工了3个水平钻孔对陷落柱钻探，陷落柱侵入工作面高度为2.2m，陷落柱腔体内主要以散状泥岩、砂岩混合岩体为主，岩体稳定性差。

由于16#煤层受陷落柱侵蚀作用，破坏了煤体整体连续稳定性，在陷落柱四周煤体成破碎状，预计工作面在过陷落柱时周期长，煤壁片帮严重，陷落柱处顶板破碎严重，支架支护效果差，容易发生顶板冒漏。对此，决定对8128工作面过X3陷落柱回采方案进行合理选择，采取有效安全技术措施。

2 过X3陷落柱方案选择

2.1 方案一：直接回采法

8128工作面采用采煤机正常割煤直接过X3陷落柱，采煤机截割深度为0.8m。由于陷落柱腔体内岩体极不稳定，采用采煤机直接破岩过陷落柱时，很容易造成腔体内岩体失稳现象，导致陷落柱处顶板垮落现象，威胁工作面安全回采。

2.2 方案二：抛面法

工作面回采至520m处时，将工作面刮板输送机缩短至80#支架，工作面回采长度缩短为140m，当工作面推进至580m后再次工作面全长回采。采用抛面法过X3陷落柱时煤柱损失量大，同时需对工作面刮板输送机、液压支架拆卸、安装，而且还需重新施工切巷，回采周期长。

2.3 方案三：分层松动爆破法

工作面揭露陷落柱后，对陷落柱施工爆破钻孔进行分层爆破施工。采用爆破施工时可根据炮孔深度及数量合理确定爆破断面及进度，从而提高陷落柱岩体稳定性。该方法可提高工作面过陷落柱回采进度及煤柱回采量，但是在过陷落柱时必须提前对陷落柱腔体内岩体进行加固，并对陷落柱顶板采取超前支护及加固措施。

通过以上三种方案的对比分析，决定采用方案三过8128工作面X3陷落柱。

3 过X3陷落柱施工技术

3.1 注浆加固

为了防止因X3陷落柱腔体内岩体不稳定导致爆破施工时出现顶板垮落事故，提高腔体岩体稳定性，及时填充岩体裂隙，决定在爆破施工前对陷落柱腔体进行注浆加固施工。

（1）工作面揭露X3陷落柱后，对陷落柱施工两排注浆钻孔。第一排注浆孔施工在工作面设计顶板位置，钻孔垂直煤壁布置，钻孔深度为3.0m，钻孔直径为45mm，钻孔间距为3.0m；第二排注浆钻孔施工在距顶板1.5m，钻孔深度为4.0m，钻孔仰角为30°，钻孔间距为3.0m，且与第一排交错布置。如图1所示。

（2）两排注浆钻孔施工完后，依次对钻孔内安装注浆管，并将注浆管与2ZBQ50/19气动双液注浆泵连接，并进行马丽散注浆施工。

（3）注浆区域注浆2h后工作面方可进行后续工作。当工作面推进3.0m后或者陷落柱岩体出现松散现象时，及时进行第二次注浆施工，施工工艺相同。

3.2 分层松动爆破

（1）8128工作面回采至520m处时及时调整工作面伪斜，保证工作面支架初撑力及工作阻力，并降低采煤机截割深度至0.5m，工作面回采后及时清理煤矸并进行移架。

（2）工作面揭露陷落柱后，对陷落柱施工三排松动爆破孔，钻孔深度为0.9m，钻孔直径为43mm，钻孔垂直煤壁布置。第一排钻孔距顶板0.5m，钻孔排距为1.0m，间距为1.5m。每排钻孔数量根据揭露陷落柱宽度而定。

（3）钻孔施工完后对钻孔内填装三级矿用乳化炸药及毫秒电雷管，并采用水炮泥对炮孔进行封堵，封孔长度不低于0.5m，每次爆破炮孔数量不得超过3个。

（4）工作面上断面爆破后，下断面底煤采用采煤机清扫。工作面煤矸清理后对陷落柱顶板采取联合维护后，及时将支架移架到位。

3.3 超前锚杆支护

（1）为了保证支架过陷落柱期间支护效果，决定对陷落柱处顶板施工超前锚杆支护。超前锚杆长度为3.5m，直径为22mm。为了降低超前支护变形现象，超前锚杆采用玻璃钢螺纹锚杆，超前锚杆垂直煤壁布置，施工在工作面设计顶板位置，超前锚杆间距为0.4m。

（2）首先采用手持式钻机对煤壁施工支护钻孔，钻孔深度为3.5m，直径为30mm。钻孔施工完后依次对钻孔填装锚固剂及玻璃钢锚杆，并进行锚固，锚杆外露长度控制在0.3m范围内。锚杆锚固后在外露端安装一根长度为3.0m、宽度为10mm槽钢并与煤壁预紧。

3.4 “JW”型锚索吊棚施工

（1）8128工作面施工的“JW”型锚索吊棚主要由“JW”型钢梁及恒阻锚索组成。“JW”型钢梁长度为3.5m，宽度为0.3m，厚度为4mm，钢梁上焊制两个直径为30mm圆孔，孔间距为2.5m。恒阻锚索长度为5.0m，直径为21.8mm。

（2）“JW”型吊棚与工作面平行布置，当工作面回采至525m处时施工第一架吊棚，吊棚排距为1.5m，相邻两架吊棚间距为1.0m。如图1所示。

图1 8128工作面过X3陷落柱联合支护示意图

4 应用效果

截至2019年2月16日，8128工作面已回采至590m，完全通过了X3陷落柱影响区，工作面过陷落柱共计用时8d，过陷落柱期间平均回采速度达6.6m/d。与采煤机直接破岩法相比，松动爆破法施工过程中对陷落柱顶板采取合理有效联合控制措施，通过实际应用过陷落柱期间顶板未出现破碎、冒落现象，液压支架在陷落柱处初撑力、工作阻力达到设计值，未出现倒架、顶梁悬空等事故，保证了支架支护效果。与抛面法相比，增加了工作面原煤回采量7.2万t，提高经济效益1200余万元，减少了中切巷施工工程量以及搬家倒面次数，减少巷道掘进费用达470万元，取得了显著经济效益。