首阳煤业采掘工作面过陷落柱管控措施

郭玉玺

【摘 要】 陷落柱是煤矿在采掘过程中常见的地质构造之一，在其内部，往往各种垮落的岩石混杂，受采动影响，会导致巷道支护工艺变更、巷道围岩变形量大、掘进效率降低、回采顶板维护困难等影响。此外，甚至有含导水陷落柱引发的突水事故发生，并具有突发性、突水量大、经济损失大且难以治理等特点。故本文就陷落柱机理、采掘工作面过陷落柱及控制顶板主要措施及水灾事故预防方面进行管控。

【关键词】 陷落柱;采掘工作面;顶板;水灾

【中图分类号】 TD823 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）01-0008-03

中国北方型石炭二叠纪20个煤田的45个矿区中，据不完全统计，已报道的揭露出的煤矿区陷落柱，仅在山西省就有3571个，约占整个华北地区的98%，又以岩溶陷落柱为主，成因是以底部岩层中空洞发育为基础，地下水的强烈交替为条件，岩体自身重力、地应力集中以及溶洞内的真空负压三重作用为动力，经过迅速垮落、间歇溶蚀、搬运、塌陷、冒落等周而复始的过程，分阶段逐步形成陷落柱。而首阳煤矿位于山西晋城矿区，紧邻太行山脉，井下揭露构造以岩溶陷落柱居多，并伴有小断层、褶曲。为减少甚至避免采掘工作面受陷落柱带来的危害，故本文对其机理、突出特性、分布规律进行研究，并结合工程实例进行管控。

1井田及陷落柱概况

首阳煤矿现开采15号煤层，属低瓦斯矿井，水文地质类型中等，煤层自燃等级为Ⅱ级，煤尘无爆炸性，地温及地压正常。15号煤层位于太原组下部，煤层厚3.55～5.27m，平均4.25m，赋存稳定，厚度变异系数为18.77%，可采系数为100%，煤层直接顶板为泥岩或K2石灰岩，老顶为K2灰岩，底板为泥岩或含黄铁矿泥岩，局部为粉砂质泥岩。本区位于沁水块坳东缘，晋获断裂带中南段。区域地层总体倾向北西。煤矿内地层总体受近东西向、北東向两组向背斜褶皱构造控制，地层走向NNE—NE，倾角3-12°，总体倾向北西。煤矿内共发育有15条正断层（除一条落差在160m外，其余多为0.5～5m小断层为主）、一条逆断层（60m）以及15处小型陷落柱，煤矿内陷落柱详见表1。

2采掘工作面过陷落柱主要措施

2.1掘进工作面过陷落柱及控制顶板主要措施

首阳煤矿一般通过物探、钻探相结合的手段对掘进巷道前方未知隐伏构造（如陷落柱）进行超前探测，其中以两种物探方式（井下直流电法和MSP震波法）发现异常区分布，钻探方式则通过科学合理的钻孔设计搭配钻孔轨迹窥视仪，并依据钻探全过程完成构造的第一手资料掌握和分析。随后，在实际揭露时，对其完成范围、采掘受影响程度等工作。首阳煤矿过陷落柱时一般采用架棚这一被动支护方式，若邻近区域受地质构造影响程度较小或对采掘后续影响较小时，可选择全锚索支护（灵活选择W钢带、梯子梁），反之影响程度较大时可采用架棚+锚网索联合支护，必要时可考虑超前预注浆加固（或充填）等方式。以首阳煤矿15102运输顺槽为例，采用锚网索+斜撑工字钢棚。

2.2回采工作面过陷落柱主要措施

综采工作面过陷落柱一般有直接通过和绕行两种方式，直接通过需要直面顶板维护管理，绕行通过则主要是嵌入工作面可预计影响回采程度大。现以首阳煤矿15101工作面直接通过陷落柱方法为例，鉴于陷落柱嵌入工作面顶板胶结程度较好，主要为顶板受采动影响控制，陷落柱分布于顺槽位置详见图1。

2.2.1加强超前支护

即对综采工作面两顺槽受采动影响区域进行支护加固，如15101回采工作面两顺槽采用架棚方式时，两顺槽容易片帮、部分段应力集中导致钢棚受压明显，首先应采用钢丝绳+固定锚杆方式对非回采侧棚腿进行加固;其次棚梁则采用槽钢+锚索的方式进行固定，锚索长度及其锚固长度则根据顶板岩性赋存而定，以方便回采侧棚腿回收;第三，由于梯形工字钢棚铰接段易受支护影响，原则上超前支护应在不破坏整体支护的情况下，控制其在顶梁下10cm以内。此外，回采侧要注意网片的整体性，避免片落伤人。

2.2.2加强端头支护

以15101综采工作面为例，端头支架应接实顶板，若造成非回采侧棚梁、腿脱离或顶板破碎时，则采用单体液压支柱方式进行补强支护。

2.2.3科学合理施工综采工作面松动爆破孔

以首采工作面过陷落柱时煤壁中部为硬质泥岩为例，通过科学合理设计进行爆破（详见图2），另应尽量配备硬岩滚筒对其进行落煤（矸）。

2.2.4加强现场管理，管控采空区悬顶距离

受陷落柱围岩性质及其临近构造连带影响，一般呈现跟进垮落、窜矸等现象，现场管理时应加设防护网和挡矸安全设施;若顶板跟进不及时时，则必须进行退锚、强制放顶措施，起到卸压效果。

3水灾事故预防

根据首阳过陷落柱形成机理及实际揭露情况表明，陷落柱主要为岩溶陷落柱，虽然一般不含水，但采掘过程中仍应加强超前探测、疏放水或堵水加固等工作，避免因地质情况掌握不清导致水灾事故或顶板管控失衡现象发生。此外，必须提前完善有足够能力的排水系统，有条件时提前进行疏放。

4总结

面对过陷落柱的工作，首阳煤矿各领导强化现场办公，各环节指挥丝丝入扣，各人员施工紧锣密鼓，终于通过了陷落柱段，此项工作的开展不仅为首阳煤矿以后克服各种不良地质构造条件积累了宝贵的经验，更为今后有效地完成各项安全生产目标任务提供了保障，也为其他矿井过陷落柱提供参考。

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