对采煤工作面快速过陷落柱技术的探讨

吉艳平

(山西泽州天泰和瑞煤业有限公司，山西 泽州 048000)

陷落柱是较好的导水地质构造，同时陷落柱内充填物的承载能力及稳定性往往较差，在采面设计时若通过留设保护煤柱方式规避陷落柱，则会出现采面不规则或者降低煤炭采收率等问题；若将陷落柱圈定在采面内，采煤机硬过陷落柱时则面临顶板失稳、采煤机破岩等各种问题，制约了煤炭开采速度。本文依据现场情况，提出了针对性过陷落柱的技术措施，不仅可实现煤炭高效、持续生产，而且对采面安全生产的保障能力具有一定的促进意义，现场应用后取得了较为显著的安全及经济效益。

1 工程概况

13205采煤工作面回采13号煤层，采面设计面长180 m、推进长度956 m，采面东侧及北侧均是未开采煤炭，南侧为采区巷道、西侧为已回采完毕的13203采空区。13号煤层厚度均值2.8 m、埋深395 m，采面采用综采方式，全部垮落法管理顶板，现阶段13205采煤工作面推进长度超过450 m。在13号煤层结构复采，夹杂有2～5层炭质泥岩加矸，煤层赋存稳定，具体顶底板岩性参数如表1所示。

表1 13号煤层顶底板岩性

回采巷道掘进揭露以及三维地震勘察资料显示，在13205综采工作面开采范围内发育有X102陷落柱(短轴12 m、长轴18 m)，陷落柱内部有坚硬的石灰岩以及强度较低的泥岩，充填物胶结性较差。在X102陷落柱周边有其他的小伴生地质构造，陷落柱影响区内对煤炭开采的影响较为明显。

2 陷落柱对采面煤炭开采影响分析

通过前期探测发现，X102陷落柱内部不含水且陷落柱未与底板承压水含水层联通，为提高采面煤炭资源回收率并就降低陷落柱对煤炭开采的影响，提出采煤机直接截割陷落柱内岩体。为提高采面过陷落柱期间顶板的稳定性，采用带压移架方式前移液压支架。依据现场情况，对采面在过陷落柱期间面临的问题进行归纳，具体包括：

1) X102陷落柱形状不规则，采煤工作面在陷落柱影响范围内推进时受应力叠加影响(包括构造应力、地应力及采动压力等)，同时由于13号煤层直接顶为砂质泥岩、泥岩互层，本身承受能力及稳定性较差，若开采时采面对顶板控制效果较差，则容易出现顶板垮落问题甚至引起液压支架倾覆，液压支架工作阻力难以达到预先设定值。

2) X102陷落柱内部被石灰岩、泥岩等充填，岩体稳定性较差，但是部分大块石灰岩强度高，采煤机直接截割时面临磨损严重、推进速度缓慢等问题。

3) 前提钻孔探测发现，陷落柱附近煤体破碎且松软，陷落柱周边煤层赋存不稳定，当13205采煤工作面推挤至X102陷落柱附近时容易出现片帮、冒顶等问题，影响煤炭正常生产。

3 过陷落柱技术措施

3.1 生产管理技术措施

在采面回采过陷落柱时，应依据陷落柱内部充填岩体裂隙发育情况以及岩体硬度等，采用采煤机直接截割或者辅助采用松动爆破方式提高采煤机推进速度。对陷落柱内充填物进行取样测试，发现充填岩体最大抗压强度可达到65 MPa，因此需要辅助采用爆破方式降低充填体强度。在陷落柱影响范围内开采时，应适当降低开采高度，采高应确保采煤机可正常移动，同时确保采面平直、底板平稳，刮板输送机能正常运行。

在采面推进过程中，必须确保液压支架与顶板良好接触，以实现顶板有效管理；在陷落柱影响范围内割煤时，采煤机牵引速度控制在1.0 m/min，在截割过程中时刻关注采煤机运行及顶板稳定性情况，确保生产安全。

3.2 松动爆破辅助破岩

在采面内布置炮眼并通过松动爆破方式提高破岩效果。采面内炮眼布置见图1，共计布置3排炮眼，上部炮眼与顶部间距控制在500 mm、下部炮眼与底板间隔600 mm，炮眼孔深为1 800 mm；炮眼均垂直煤壁施工，单个炮眼内放入2～3卷炸药，封孔综合使用黄土炮泥、水炮泥，炮眼装药结构见图2。在陷落柱内推进时适当降低截割深度至700 mm，牵引速度为4.0 m/min，提高顶板稳定性控制能力。同时在生产过程中应强化喷雾降尘，提升煤炭生产效率。

图1 炮眼布置示意(mm)

图2 炮眼内装药结构

在松动爆破前应将刮板输送机尽量靠近支架侧，并用废旧输送带包裹液压支架立柱，避免松动爆破产生的矸石砸坏液压支架立柱；对于陷落柱内充填的高硬度岩体，通过缩小炮眼间距、增加装药量等方式提高破岩效果。对陷落柱内的坚硬岩体爆破后，确保破碎后岩体直径在300 mm的以内，便于后续刮板输送机、转载机等的运输。

3.3 顶板管理措施

在过陷落柱时应确保采面端头按照规定加密支柱，采面内液压支架应确保顶梁与顶板接触密实；采面液压支架移动采用带压移架方式，带压移架到位后，若支架与端面间距离超过518 mm时，需在支架上安装板梁(2个)并与板梁紧密接触。

4 结 语

1) 当采煤工作面内发育有陷落柱时，采面在陷落柱影响范围内推进速度较慢且存在较大的安全风险。在对采面现场地质情况、开采情况进行分析的基础上，通过采用采煤机割岩、松动爆破以及强化顶板管理等措施，提高采面过陷落柱的效率以及安全保障能力。

2) 在过陷落柱期间应严格控制采面开采高度，尽量降低陷落柱影响区内采高，强化顶板管理，确保采煤机在陷落柱影响范围内平稳运行；为降低采煤机过陷落柱时的磨损并提高推进效率，采用松动爆破方式弱化陷落柱内坚硬岩体，并对松动爆破技术方案进行设计。

3) 在13205综采工作面过X102陷落柱影响区时，顶板始终保持稳定，采面推进速度可达到4.0 m/d，同时采煤机截割齿磨损量较小，实现了安全高效过陷落柱。