综采工作面过陷落柱快速推进技术在长平矿井的应用

李 晋，张 博，赵垚庭

（山西长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048006）

0 引 言

随着长平矿的延伸，且地质构造已经成为综采工作面必须面临的问题，SX108 陷落柱是该矿有史以来遭遇的最大的陷落柱，为安全生产带来了一定的影响。该矿通过铺设风管、机具管理、设备保护、松动爆破、加强检修等一系列创新举措，为综采工作面陷落柱的快速推进提供了技术参考。

1 工作面及地质构造概况

5308 综采工作面位于五盘区北翼，所采煤层为3 号煤，平均煤厚5.69 m，设计采高3.2 m、采放比1∶0.8。工作面走向长度979.32 m，倾斜长度294.2 m，共170 个支架。采用三巷布置，53083 巷为设备列车巷主进风，配风量2 800 m3，断面5.6 m×4.2 m；53081 为主运巷辅助进风，配风量360 m3，断面5.6 m×4.2 m；53082 巷为回风巷。工作面机头超前支护方式为单体柱配合锚索补强支护，机尾采用自移式液压支架进行支护。

根据地质资料预计，地质构造一：回采至485 m处将揭露抽放钻孔见矸异常区（可能发育断层、陷落柱），推进方向影响33 m，工作面最大25 m（14 架）；地质构造二：5308 工作面中部（55 号架左右）推进至513 m 左右将揭露SX108 陷落柱（长轴160 m，短轴112 m），推进方向影响112 m，工作面内最大影响130 m（约 74 个架）。

实际揭露情况：根据岩石性质，异常区陷落柱和SX108 陷落柱为同一个构造，实际工作面回采至485 m 处揭露，推进方向影响200 m，工作面内最大影响 165 m（约 94 个架），见图1。

图1 构造推测和实际揭露示意图

揭露误差的影响：实际比预计多推进60 m，导致该矿月产量任务无法完成，预计2.5 个月通过构造，实际通过3 个月，打乱了矿井的采掘衔接；但是该矿通过优化生产组织等方式3 个月过陷落柱200 m，为综采工作面过陷落柱提供了技术参考。

2 过陷落柱所遇困难

1）工作面布置 1 趟φ32 mm 与 1 趟至 50 号架的φ100 mm 风管，无法满足大量布置风钻的要求。

2）首次使用液压钻机进行施工，人员对钻机的了解，把控不到位。

3）综采工作面爆破、设备保护时由于范围广、设备多等原因，无法做到全方位保护；通常采用悬挂皮带的方式进行保护，割煤时需将皮带取下，放炮时再次挂起皮带，费时费力；且由于皮带刚性差，起到的作用不大。

4）主要采用松动爆破辅助，需根据现场情况不断修正炮眼布置、药量配置及爆破作业的薄弱环节。

5）检修环节是薄弱环节，需加强机组、三机设备检修。

6）割矸生产过程中，煤矸交接处的顶板管控以及其他影响因素。

3 过陷落柱快速推进技术

3.1 风管铺设

将53081 巷和53083 巷2 趟风管接入工作面，并实现每20 m（12 架）布置1 个三通接头；另外需从53082 巷9 号横川，将53082 巷压风接入工作面机头，再结合工作面已有的1 趟风管，形成3 趟φ100 mm 压风管，满足12 台钻机浅孔施工，见图2。

图2 风管分布示意图

3.2 机具管理

1）液钻钻孔施工：钻孔深度必须是4 m，由于采高调整为2.8 m，采用液压钻机只施工顶眼（护帮板中间位置，角度约为10°~15°）和底眼（溜子煤帮侧高度300 ～500 mm，角度约为-11°~-13°）。

2）钻机稳固：钻机施工顶、底眼由于钻机晃动，极易出现损坏钻杆的情况，导致无法施工钻孔；因此，通过不断试验，使用花兰螺丝+小链进行固定钻机，既保证了钻机的稳定性，又保证了操作的简单快捷性。

3）钻机保护：由于液压钻机的重量，移动钻机比较困难，因此爆破期间将液压钻机吊挂在电缆槽上，方便使用。电缆槽吊挂必须用铁链+8 号铁丝（铁丝外露不能超过3 mm）且吊挂电缆槽上必须用板梁或皮带遮挡可靠，避免构造段爆破过程中崩坏液钻或者架间掉落矸石对钻机造成损伤。

4）液钻保养：每班使用后必须注入液压油，停钻后将出油口等接口处进行封堵，避免进入灰尘；接钻杆时，必须使用黄油方面拆卸钻杆；经常紧固螺丝。

3.3 创新设备保护

传统的设备保护方式既不能有效保护立柱以里的设备，同样也具有很大的工作量，占用大量的人力和作业时间，故对设备保护方式进行了革新：

1）安装柱裤保护立柱，避免爆破及割矸过程中破坏立柱镀层。

2）立柱前捆绑板梁。通过捆绑板梁提高保护的刚度和缓冲强度，确保爆破过程中保护不失效。

3）板梁外挂皮带保护。板梁外吊挂皮带增大保护范围，并提高保护的柔性；同时，使用可活动式小链挂钩将皮带吊挂在立柱前，便于吊挂和拆除。

4）翻转式皮带保护照明灯。照明灯前悬挂可翻转的皮带，通过皮带的翻转快速实现照明灯的保护。

3.4 松动爆破

3.4.1 炮眼布置与药量配置

为保证爆破效果，分别使用ZDY650 型煤矿用全液压坑道钻机和YT28 风动凿岩机施工深眼和浅眼。经过不断改进，根据岩性不同采用3 种爆破方案，具体如下：

1）细粒砂岩。由于细粒砂岩的硬度超出液压钻机的承受范围，只能采用YT28 风动凿岩机进行施工。炮眼深2.4 m，采用每架4 个眼的密集布置方式，装药量为底眼1.5 kg、上中眼0.9 kg，具体见图3。

图3 细粒砂岩炮眼布置

2）砂质泥岩。使用YT28 风动凿岩机进行施工，炮眼深度2～3.5 m，采用每架3 个眼的三花布置方式，装药量为底眼1.8 kg、上眼1.2 kg，具体见图4。

图4 砂质泥岩炮眼布置

3）泥岩。使用液压钻机和风动凿岩机相结合的方式施工炮眼，炮眼深度分别为4、2.4 m，采用三花布置方式，装药量分别为深眼3 kg、浅眼1.2 kg，具体如图5 所示。

图5 泥岩炮眼布置

3.4.2 优化爆破作业管理

1）避免放炮后压住溜子的方法：早班打眼时将溜子拉回，放完炮后，将溜子开空后，再将溜子顶出。

2）避免放炮损坏支架护帮和插板的方法：放炮时将插板收回，同时将护帮板收至45°，减小爆破的冲击力。

3）准备工作到位：由于炮眼数量众多，安排生产班顶岗人员提前为检修班准备足够的炮土。

4）爆破、检修双跟班：安排双跟班，1 人负责打眼爆破，1 人负责检修，爆破、检修两不误。

3.5 加强检修

1）三机检修：长时间运输矸石，导致矸粉堵塞刮板螺丝，导致无法快速紧刮板螺丝；需要用改锥将矸粉处理才能使用套头紧螺丝；为此，特自制矸粉清除器快速清理矸粉、紧刮板螺丝，加快三机检修效率。

2）机组检修：割矸时，由于机身振动导致内部晃动出现螺丝松动，电气、模块插头等松动，因此机身上机械与电气检修至关重要，需经常紧固螺丝与电气插头。

3.6 割矸生产

3.6.1 煤矸交界处的顶板管控

1）煤矸交接处一般伴随着顶板破碎等情况，为了保证进出构造顶板的稳定，在此特殊时期，通过多走构造处来缩短空顶距，保证快速通过。

2）闭锁溜子、打柱拉架：进出陷落柱时，若顶板破碎处时常流矸，应先闭锁溜子，通过带压拉架、打柱拉架进行顶板控制。

3.6.2 其他影响的解决方案

1）防止火花：机组割矸，会出现火花，每5 架接φ10 mm 水管洒水。

2）勤换截齿：因该构造矸石硬度高，机组截割困难，过构造期间必须以爆破松动为主，机组截割为辅，宁愿多换截齿，不能毁坏滚筒，提前将破矸工具准备到机头和除铁器，所有人都要牢固树立“不出煤不能坏设备”的意识。

3）溜子负荷大：矸石破碎时，由于矸石卡绊刮板，会出现溜子负荷大的情况；需打开后溜护罩，清理护罩内矸块；底槽浇水减小溜子负荷；打柱倒溜，给予起步空间。

4）皮带跑偏：矸石破碎且较软时，由于软矸会有部分矸粉粘在皮带或滚筒上，导致皮带跑偏的情况；需在皮带储带滚筒处洒水，将矸粉冲掉或带走。

5）转载机断刮板：后溜司机主要观察转载机运行状态，有断刮板时，及时进行更换。

6）机头机尾高差：由于机头机尾高差最大29 m（机尾高机头低），①保证工作面底板平整，不能出现过多驴脊梁，否则将对溜子和机组运行有着较大的影响；②保证机头进度必须快于机尾，否则溜子极易窜前；③必须保证陷落柱的进度，否则溜子极易窜向工作面，使机尾维护难度加大，管理不利甚至会出现机尾割不透的情况。

7）合理生产组织：由于陷落柱夹杂的矸块无规律性，导致早班打眼放炮未全部覆盖，在生产组织过程中，要灵活运用，遇到机组特别难以割动的矸石时，可将溜子拉回，机组割底刀通过，待早班进行放炮处理后，再行通过。

4 经济效益分析

长平矿5308 综采工作面过陷落柱采用此快速推进技术，3 个月完成200 m 的推进度，平均每日3刀煤的推进度，保证良好的生产水平与生产状态，未发生任何人员伤亡事故，具有较明显的经济效益与社会效益。

1）在过陷落柱期间，对岩性的变化及煤层变化，有了充分的认识，为长平矿过大范围陷落柱提供了宝贵经验。

2）在过陷落柱期间，爆破时创新了设备保护方案，为综采工作面设备保护做出了模范。

3）加强地质构造的预测预报，为生产提供科学依据。