木瓜煤矿10-202工作面过陷落柱技术研究

（霍州煤电吕梁山煤电有限公司方山木瓜煤矿 山西 033100）

1.木瓜煤矿10-202工作面情况分析

(1)井下位置及四邻采掘情况

10-202回采工作面于6月2日四点班正巷推进至9#点前4.5m，付巷推进到4#点前144.4m时在16-21#架揭露陷落柱，柱体内填充有黄色泥岩碎屑及不规则块状灰岩块，6月7日0点、8点、4点班，6月8日0点、8点班分别于10-2021巷靠近切巷位置施工5个钻孔，其中1#、3#、4#钻孔均有10-12m3/h黄色涌水。初步判断陷落柱长轴24m，短轴17m，工作面影响14#-22#支架，陷落柱体涌水量60-70m3/h。根据工作面水文地质情况分析，出水水源为太原组灰岩水。

(2)地面位置

10-202工作面以北为黄土丘陵，以南为盛地沟村，以西为任家塔村，以东为黄土丘陵，工作面采动影响范围内无村庄、无地表水体等，上部地表主要以耕地为主；地面最低点位于正巷开口处上部地表沟谷内距正巷110m处，标高+1046m；最高点位于付巷510m的黄土梁上，距付巷33m处，标高+1190m。地面标高范围（m）：1046m～1190m，工作面标高范围（m）：814m～852m，盖山厚度（m）：232m～338m，第三、第四系黄土层厚度（m）：107m～144m。

(3)水文地质情况

首先，地表水。10-202工作面上部地表水体主要以降雨为主，无常年性河流，年平均降雨量为397mm，回采工作面盖山厚度为232m-338m，由于覆盖层底部普遍发育有粘土隔水层，10#煤层上部基岩含有两层稳定的隔水层即山西组4#煤层至太原组L5灰岩之间的泥岩、太原组泥岩隔水层，均可视为稳定的隔水层，故大气降水与地表水对工作面回采无影响。其次，顶板含水层。（9+10）#煤层上部顶板为L1+K2灰岩，厚度为15m，石灰岩裂隙较发育，补水性强，掘进期间正常涌水量8-10m3/h。最后，（9+10）#煤层底板含水层主要有奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层，工作面西南方向1800m处SB1水文孔水位标高795m，根据奥灰等水位线水力坡度推算，工作面下部奥灰水位标高为800m，工作面最低底板标高为+812m，高于奥灰水位标高，故回采期间不受奥灰水威胁。

2.木瓜煤矿10-202工作面过陷落柱技术分析

(1)陷落柱情况

10-202综采工作面陷落柱为15#-18#架区域，且有增大的趋势，预计陷落柱长轴为24m，短轴为17m，陷落柱内为不规则块状灰岩，伴有岩溶冲刷黄色泥岩、碎屑等充填物，且顶板裂隙发育，有淋水现象。

(2)过陷落柱方式

第一，工作面15#-18#支架段顶板受向斜轴区域水溶蚀影响，顶板破碎严重，伴随顶板淋水（有变大的趋势），根据工作面陷落柱的性质，决定按照“疏水、加固”的方式，先施工放水孔进行疏放水，再在陷落柱区域按照“从底-帮-顶”的方式加固、充填煤壁和顶底板。第二，从现场陷落柱的揭露情况看，预估该陷落柱岩石硬度软，可采用采煤机直接截割、沿陷落柱两侧顶板进行平推硬过的方法通过。第三，工作面采取提溜子的方式降低工作面陷落柱影响区域的采高，机头平段区域采高不得超过4m，工作面顶板破碎区采高不得超过5m，确保支架的有效支撑力和煤壁压力的减小。第四，陷落柱为破碎岩石、岩溶组成，需在陷落柱与煤体交界处进行注浆。在工作面陷落柱影响区域及正巷超前支护15m范围内进行超前注浆加强煤壁及顶板的稳定性。

(3)陷落柱范围确定及对柱体进行疏放水

揭露陷落柱后，顶板及柱体内涌水量约30m3/h，工作面最大涌水量85m3/h。通过水质化验，比对二盘区大巷掘进期间顶板淋水及10-202工作面以往涌水水质化验数据基本一致，水源为煤层顶板太原组灰岩含水层。

根据1#、3#、4#、6#、8#、9#、10#、15#、19#钻孔钻探情况，初步判断陷落柱的发育形态见下图：

图1

(4)10-202工作面陷落柱注浆方案

工作面过陷落柱注浆分两部分进行，即在工作面陷落柱区域进行封堵注浆加固煤壁；在正巷进行超前注浆对陷落柱区域顶底板进行加固。

①封堵注浆。封堵注浆随回采分几个循环进行，第一循环从15#架20#架开始施工封堵钻孔，开孔位置就在架与架之间的夹缝中，无法开钻的可在煤墙上开钻，钻探机具使用锚索钻机，在冒落严重区域，每架1-2个孔，钻孔角度+45°（4m）、+30°（8m）和+10°（6m），4m和6m同架布置与8m间隔布置，然后下入4分注浆管，前端1m为花眼，后端为丝扣，丝扣用于连接配套阀门，沿工作面方向在陷落柱范围进行打孔注浆（根据现场情况可进行加减），注浆管长度与钻孔一致，按预计陷落柱范围，每循环需布置注浆钻孔15-20个，每一个循环推进2-4m，每个钻孔注浆量预计400-500Kg，注浆压力为4-8MPa。每个循环在陷落柱内2m布置1个底板加固孔，孔深3m，预计单孔注浆量400-500Kg，注浆压力为3-5MPa，底板预计波雷音注浆量为50吨。

图2 波雷因PN-2注浆材料参数

②超前预注浆（水泥浆）方案。在10-2021巷切眼外30m处布置一个钻场，使用ZDY4000S型全液压钻机施工灰岩加固孔，设计钻孔6个，钻孔深入厚层灰岩（11.8m）顶部；在10-2021巷切眼外40m处布置一个钻场，设计钻孔6个，钻孔深入煤层下10m处，如果孔内出水，先放水。

③注浆孔注浆。注浆采用纯水泥浆，先用水灰比为2:1的水泥稀浆充填细小裂隙，使注浆半径扩大，然后逐步将水灰比为升至1:1的水泥浆注浆，注浆时可能会有漏浆情况，可改注水泥-水玻璃双液浆（水灰比为1:1，水玻璃浓度为35波美度，水泥浆与水玻璃的体积比控制在1:0.25～1:0.5范围内），注浆压力4MPa。预计水泥注浆总量为300吨。

3.疏放水及注浆封堵效果

通过施工34个疏放水钻孔，工作面陷落柱柱体内涌水明显较小，钻孔涌水也明显减小，截止6月17日，工作面陷落柱柱体内及钻孔均无涌水情况，工作面涌水主要为老山涌水，涌水量稳定在30m3/h。整体疏放水效果良好。通过封堵注浆及超前预注浆，工作面涌水明显减小，工作面煤帮较稳定，平直，割煤期间未出现煤壁垮落现象，整体注浆效果良好。

4.木瓜煤矿10-202工作面过陷落柱技术运用经验的总结

第一，高度重视物探异常区分析及钻探验证工作。对所有物探异常区内是否存在地质异常体必须树立“宁可信其有、不可信其无”的理念，超前进行钻探验证工作，进一步查明物探异常区内是否存在不良地质体及涌水异常情况。

第二，严格落实回采工作面防治水安全许可评价和水害治理报告制度，针对物探异常区及构造区的钻探验证孔间距原则上不超过10m布置，做到物探异常区、构造破坏区、涌水异常区钻探全覆盖，对探查存在的构造异常区域先治理评估再组织生产。

第三，严格地质异常变化因素管控。采掘工作面遇煤厚、倾角、顶板岩性突然变化、煤壁潮湿渗水、煤层顶板风氧化、顶板破碎、顶板来压、顶板淋水或淋水增大、涌水量陡增、工作面向斜低洼处等地质异常变化时，必须立即停止作业，探查分析，并采取针对性措施。并及时向施工队组下发临时地质预报，有效指导安全生产。

第四，进一步开展采掘面“一面一图”工作，彻底摸清矿井所有采掘工作面前进方向300m范围内地质及水文地质情况，查明工作面前方是否存在地质异常体及富水区域，有效杜绝无预报无计划揭露地质异常体及涌水异常区域。

第五，加强工作面淋水区域水害分析预测预报管理，高度重视工作面向斜轴部低洼处顶板水防止工作，出现涌水异常必须及时对水质进行化验比对，明确涌水来源及补给通道，并在淋水区域施工密集钻孔进行验证及疏放水，确保无隐蔽积水区。

第六，加强钻探工、技术员的责任心及专业技术素养培训，使其能够根据钻孔的反水情况，准确区分是构造，还是顶、底板，确保钻探数据真实可靠，只有钻探数据真实可靠，才能给出准确的探测结果。

5.结语

木瓜煤矿10-202工作面过陷落柱技术运用让工程更加稳定、更加安全，推动了后续生产工作的开展，确保了人民群众工作中的生命安全，因此，一定要结合施工现场实际情况推动木瓜煤矿10-202工作面过陷落柱技术的应用。