木瓜煤礦10-202工作面過(guò)陷落柱技術(shù)研究

（霍州煤電呂梁山煤電有限公司方山木瓜煤礦 山西 033100）

1.木瓜煤礦10-202工作面情況分析

(1)井下位置及四鄰采掘情況

10-202回采工作面于6月2日四點(diǎn)班正巷推進(jìn)至9#點(diǎn)前4.5m，付巷推進(jìn)到4#點(diǎn)前144.4m時(shí)在16-21#架揭露陷落柱，柱體內(nèi)填充有黃色泥巖碎屑及不規(guī)則塊狀灰?guī)r塊，6月7日0點(diǎn)、8點(diǎn)、4點(diǎn)班，6月8日0點(diǎn)、8點(diǎn)班分別于10-2021巷靠近切巷位置施工5個(gè)鉆孔，其中1#、3#、4#鉆孔均有10-12m3/h黃色涌水。初步判斷陷落柱長(zhǎng)軸24m，短軸17m，工作面影響14#-22#支架，陷落柱體涌水量60-70m3/h。根據(jù)工作面水文地質(zhì)情況分析，出水水源為太原組灰?guī)r水。

(2)地面位置

10-202工作面以北為黃土丘陵，以南為盛地溝村，以西為任家塔村，以東為黃土丘陵，工作面采動(dòng)影響范圍內(nèi)無(wú)村莊、無(wú)地表水體等，上部地表主要以耕地為主；地面最低點(diǎn)位于正巷開(kāi)口處上部地表溝谷內(nèi)距正巷110m處，標(biāo)高+1046m；最高點(diǎn)位于付巷510m的黃土梁上，距付巷33m處，標(biāo)高+1190m。地面標(biāo)高范圍（m）：1046m～1190m，工作面標(biāo)高范圍（m）：814m～852m，蓋山厚度（m）：232m～338m，第三、第四系黃土層厚度（m）：107m～144m。

(3)水文地質(zhì)情況

首先，地表水。10-202工作面上部地表水體主要以降雨為主，無(wú)常年性河流，年平均降雨量為397mm，回采工作面蓋山厚度為232m-338m，由于覆蓋層底部普遍發(fā)育有粘土隔水層，10#煤層上部基巖含有兩層穩(wěn)定的隔水層即山西組4#煤層至太原組L5灰?guī)r之間的泥巖、太原組泥巖隔水層，均可視為穩(wěn)定的隔水層，故大氣降水與地表水對(duì)工作面回采無(wú)影響。其次，頂板含水層。（9+10）#煤層上部頂板為L(zhǎng)1+K2灰?guī)r，厚度為15m，石灰?guī)r裂隙較發(fā)育，補(bǔ)水性強(qiáng)，掘進(jìn)期間正常涌水量8-10m3/h。最后，（9+10）#煤層底板含水層主要有奧陶系碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層，工作面西南方向1800m處SB1水文孔水位標(biāo)高795m，根據(jù)奧灰等水位線水力坡度推算，工作面下部奧灰水位標(biāo)高為800m，工作面最低底板標(biāo)高為+812m，高于奧灰水位標(biāo)高，故回采期間不受奧灰水威脅。

2.木瓜煤礦10-202工作面過(guò)陷落柱技術(shù)分析

(1)陷落柱情況

10-202綜采工作面陷落柱為15#-18#架區(qū)域，且有增大的趨勢(shì)，預(yù)計(jì)陷落柱長(zhǎng)軸為24m，短軸為17m，陷落柱內(nèi)為不規(guī)則塊狀灰?guī)r，伴有巖溶沖刷黃色泥巖、碎屑等充填物，且頂板裂隙發(fā)育，有淋水現(xiàn)象。

(2)過(guò)陷落柱方式

第一，工作面15#-18#支架段頂板受向斜軸區(qū)域水溶蝕影響，頂板破碎嚴(yán)重，伴隨頂板淋水（有變大的趨勢(shì)），根據(jù)工作面陷落柱的性質(zhì)，決定按照“疏水、加固”的方式，先施工放水孔進(jìn)行疏放水，再在陷落柱區(qū)域按照“從底-幫-頂”的方式加固、充填煤壁和頂?shù)装?。第二，從現(xiàn)場(chǎng)陷落柱的揭露情況看，預(yù)估該陷落柱巖石硬度軟，可采用采煤機(jī)直接截割、沿陷落柱兩側(cè)頂板進(jìn)行平推硬過(guò)的方法通過(guò)。第三，工作面采取提溜子的方式降低工作面陷落柱影響區(qū)域的采高，機(jī)頭平段區(qū)域采高不得超過(guò)4m，工作面頂板破碎區(qū)采高不得超過(guò)5m，確保支架的有效支撐力和煤壁壓力的減小。第四，陷落柱為破碎巖石、巖溶組成，需在陷落柱與煤體交界處進(jìn)行注漿。在工作面陷落柱影響區(qū)域及正巷超前支護(hù)15m范圍內(nèi)進(jìn)行超前注漿加強(qiáng)煤壁及頂板的穩(wěn)定性。

(3)陷落柱范圍確定及對(duì)柱體進(jìn)行疏放水

揭露陷落柱后，頂板及柱體內(nèi)涌水量約30m3/h，工作面最大涌水量85m3/h。通過(guò)水質(zhì)化驗(yàn)，比對(duì)二盤(pán)區(qū)大巷掘進(jìn)期間頂板淋水及10-202工作面以往涌水水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致，水源為煤層頂板太原組灰?guī)r含水層。

根據(jù)1#、3#、4#、6#、8#、9#、10#、15#、19#鉆孔鉆探情況，初步判斷陷落柱的發(fā)育形態(tài)見(jiàn)下圖：

圖1

(4)10-202工作面陷落柱注漿方案

工作面過(guò)陷落柱注漿分兩部分進(jìn)行，即在工作面陷落柱區(qū)域進(jìn)行封堵注漿加固煤壁；在正巷進(jìn)行超前注漿對(duì)陷落柱區(qū)域頂?shù)装暹M(jìn)行加固。

①封堵注漿。封堵注漿隨回采分幾個(gè)循環(huán)進(jìn)行，第一循環(huán)從15#架20#架開(kāi)始施工封堵鉆孔，開(kāi)孔位置就在架與架之間的夾縫中，無(wú)法開(kāi)鉆的可在煤墻上開(kāi)鉆，鉆探機(jī)具使用錨索鉆機(jī)，在冒落嚴(yán)重區(qū)域，每架1-2個(gè)孔，鉆孔角度+45°（4m）、+30°（8m）和+10°（6m），4m和6m同架布置與8m間隔布置，然后下入4分注漿管，前端1m為花眼，后端為絲扣，絲扣用于連接配套閥門(mén)，沿工作面方向在陷落柱范圍進(jìn)行打孔注漿（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可進(jìn)行加減），注漿管長(zhǎng)度與鉆孔一致，按預(yù)計(jì)陷落柱范圍，每循環(huán)需布置注漿鉆孔15-20個(gè)，每一個(gè)循環(huán)推進(jìn)2-4m，每個(gè)鉆孔注漿量預(yù)計(jì)400-500Kg，注漿壓力為4-8MPa。每個(gè)循環(huán)在陷落柱內(nèi)2m布置1個(gè)底板加固孔，孔深3m，預(yù)計(jì)單孔注漿量400-500Kg，注漿壓力為3-5MPa，底板預(yù)計(jì)波雷音注漿量為50噸。

圖2 波雷因PN-2注漿材料參數(shù)

②超前預(yù)注漿（水泥漿）方案。在10-2021巷切眼外30m處布置一個(gè)鉆場(chǎng)，使用ZDY4000S型全液壓鉆機(jī)施工灰?guī)r加固孔，設(shè)計(jì)鉆孔6個(gè)，鉆孔深入厚層灰?guī)r（11.8m）頂部；在10-2021巷切眼外40m處布置一個(gè)鉆場(chǎng)，設(shè)計(jì)鉆孔6個(gè)，鉆孔深入煤層下10m處，如果孔內(nèi)出水，先放水。

③注漿孔注漿。注漿采用純水泥漿，先用水灰比為2:1的水泥稀漿充填細(xì)小裂隙，使注漿半徑擴(kuò)大，然后逐步將水灰比為升至1:1的水泥漿注漿，注漿時(shí)可能會(huì)有漏漿情況，可改注水泥-水玻璃雙液漿（水灰比為1:1，水玻璃濃度為35波美度，水泥漿與水玻璃的體積比控制在1:0.25～1:0.5范圍內(nèi)），注漿壓力4MPa。預(yù)計(jì)水泥注漿總量為300噸。

3.疏放水及注漿封堵效果

通過(guò)施工34個(gè)疏放水鉆孔，工作面陷落柱柱體內(nèi)涌水明顯較小，鉆孔涌水也明顯減小，截止6月17日，工作面陷落柱柱體內(nèi)及鉆孔均無(wú)涌水情況，工作面涌水主要為老山涌水，涌水量穩(wěn)定在30m3/h。整體疏放水效果良好。通過(guò)封堵注漿及超前預(yù)注漿，工作面涌水明顯減小，工作面煤幫較穩(wěn)定，平直，割煤期間未出現(xiàn)煤壁垮落現(xiàn)象，整體注漿效果良好。

4.木瓜煤礦10-202工作面過(guò)陷落柱技術(shù)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)

第一，高度重視物探異常區(qū)分析及鉆探驗(yàn)證工作。對(duì)所有物探異常區(qū)內(nèi)是否存在地質(zhì)異常體必須樹(shù)立“寧可信其有、不可信其無(wú)”的理念，超前進(jìn)行鉆探驗(yàn)證工作，進(jìn)一步查明物探異常區(qū)內(nèi)是否存在不良地質(zhì)體及涌水異常情況。

第二，嚴(yán)格落實(shí)回采工作面防治水安全許可評(píng)價(jià)和水害治理報(bào)告制度，針對(duì)物探異常區(qū)及構(gòu)造區(qū)的鉆探驗(yàn)證孔間距原則上不超過(guò)10m布置，做到物探異常區(qū)、構(gòu)造破壞區(qū)、涌水異常區(qū)鉆探全覆蓋，對(duì)探查存在的構(gòu)造異常區(qū)域先治理評(píng)估再組織生產(chǎn)。

第三，嚴(yán)格地質(zhì)異常變化因素管控。采掘工作面遇煤厚、傾角、頂板巖性突然變化、煤壁潮濕滲水、煤層頂板風(fēng)氧化、頂板破碎、頂板來(lái)壓、頂板淋水或淋水增大、涌水量陡增、工作面向斜低洼處等地質(zhì)異常變化時(shí)，必須立即停止作業(yè)，探查分析，并采取針對(duì)性措施。并及時(shí)向施工隊(duì)組下發(fā)臨時(shí)地質(zhì)預(yù)報(bào)，有效指導(dǎo)安全生產(chǎn)。

第四，進(jìn)一步開(kāi)展采掘面“一面一圖”工作，徹底摸清礦井所有采掘工作面前進(jìn)方向300m范圍內(nèi)地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，查明工作面前方是否存在地質(zhì)異常體及富水區(qū)域，有效杜絕無(wú)預(yù)報(bào)無(wú)計(jì)劃揭露地質(zhì)異常體及涌水異常區(qū)域。

第五，加強(qiáng)工作面淋水區(qū)域水害分析預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)管理，高度重視工作面向斜軸部低洼處頂板水防止工作，出現(xiàn)涌水異常必須及時(shí)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)比對(duì)，明確涌水來(lái)源及補(bǔ)給通道，并在淋水區(qū)域施工密集鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證及疏放水，確保無(wú)隱蔽積水區(qū)。

第六，加強(qiáng)鉆探工、技術(shù)員的責(zé)任心及專業(yè)技術(shù)素養(yǎng)培訓(xùn)，使其能夠根據(jù)鉆孔的反水情況，準(zhǔn)確區(qū)分是構(gòu)造，還是頂、底板，確保鉆探數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，只有鉆探數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，才能給出準(zhǔn)確的探測(cè)結(jié)果。

5.結(jié)語(yǔ)

木瓜煤礦10-202工作面過(guò)陷落柱技術(shù)運(yùn)用讓工程更加穩(wěn)定、更加安全，推動(dòng)了后續(xù)生產(chǎn)工作的開(kāi)展，確保了人民群眾工作中的生命安全，因此，一定要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況推動(dòng)木瓜煤礦10-202工作面過(guò)陷落柱技術(shù)的應(yīng)用。