對采煤工作面快速過陷落柱技術(shù)的探討

吉艷平

(山西澤州天泰和瑞煤業(yè)有限公司，山西 澤州 048000)

陷落柱是較好的導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造，同時陷落柱內(nèi)充填物的承載能力及穩(wěn)定性往往較差，在采面設(shè)計時若通過留設(shè)保護煤柱方式規(guī)避陷落柱，則會出現(xiàn)采面不規(guī)則或者降低煤炭采收率等問題；若將陷落柱圈定在采面內(nèi)，采煤機硬過陷落柱時則面臨頂板失穩(wěn)、采煤機破巖等各種問題，制約了煤炭開采速度。本文依據(jù)現(xiàn)場情況，提出了針對性過陷落柱的技術(shù)措施，不僅可實現(xiàn)煤炭高效、持續(xù)生產(chǎn)，而且對采面安全生產(chǎn)的保障能力具有一定的促進(jìn)意義，現(xiàn)場應(yīng)用后取得了較為顯著的安全及經(jīng)濟效益。

1 工程概況

13205采煤工作面回采13號煤層，采面設(shè)計面長180 m、推進(jìn)長度956 m，采面東側(cè)及北側(cè)均是未開采煤炭，南側(cè)為采區(qū)巷道、西側(cè)為已回采完畢的13203采空區(qū)。13號煤層厚度均值2.8 m、埋深395 m，采面采用綜采方式，全部垮落法管理頂板，現(xiàn)階段13205采煤工作面推進(jìn)長度超過450 m。在13號煤層結(jié)構(gòu)復(fù)采，夾雜有2～5層炭質(zhì)泥巖加矸，煤層賦存穩(wěn)定，具體頂?shù)装鍘r性參數(shù)如表1所示。

表1 13號煤層頂?shù)装鍘r性

回采巷道掘進(jìn)揭露以及三維地震勘察資料顯示，在13205綜采工作面開采范圍內(nèi)發(fā)育有X102陷落柱(短軸12 m、長軸18 m)，陷落柱內(nèi)部有堅硬的石灰?guī)r以及強度較低的泥巖，充填物膠結(jié)性較差。在X102陷落柱周邊有其他的小伴生地質(zhì)構(gòu)造，陷落柱影響區(qū)內(nèi)對煤炭開采的影響較為明顯。

2 陷落柱對采面煤炭開采影響分析

通過前期探測發(fā)現(xiàn)，X102陷落柱內(nèi)部不含水且陷落柱未與底板承壓水含水層聯(lián)通，為提高采面煤炭資源回收率并就降低陷落柱對煤炭開采的影響，提出采煤機直接截割陷落柱內(nèi)巖體。為提高采面過陷落柱期間頂板的穩(wěn)定性，采用帶壓移架方式前移液壓支架。依據(jù)現(xiàn)場情況，對采面在過陷落柱期間面臨的問題進(jìn)行歸納，具體包括：

1) X102陷落柱形狀不規(guī)則，采煤工作面在陷落柱影響范圍內(nèi)推進(jìn)時受應(yīng)力疊加影響(包括構(gòu)造應(yīng)力、地應(yīng)力及采動壓力等)，同時由于13號煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖、泥巖互層，本身承受能力及穩(wěn)定性較差，若開采時采面對頂板控制效果較差，則容易出現(xiàn)頂板垮落問題甚至引起液壓支架傾覆，液壓支架工作阻力難以達(dá)到預(yù)先設(shè)定值。

2) X102陷落柱內(nèi)部被石灰?guī)r、泥巖等充填，巖體穩(wěn)定性較差，但是部分大塊石灰?guī)r強度高，采煤機直接截割時面臨磨損嚴(yán)重、推進(jìn)速度緩慢等問題。

3) 前提鉆孔探測發(fā)現(xiàn)，陷落柱附近煤體破碎且松軟，陷落柱周邊煤層賦存不穩(wěn)定，當(dāng)13205采煤工作面推擠至X102陷落柱附近時容易出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)葐栴}，影響煤炭正常生產(chǎn)。

3 過陷落柱技術(shù)措施

3.1 生產(chǎn)管理技術(shù)措施

在采面回采過陷落柱時，應(yīng)依據(jù)陷落柱內(nèi)部充填巖體裂隙發(fā)育情況以及巖體硬度等，采用采煤機直接截割或者輔助采用松動爆破方式提高采煤機推進(jìn)速度。對陷落柱內(nèi)充填物進(jìn)行取樣測試，發(fā)現(xiàn)充填巖體最大抗壓強度可達(dá)到65 MPa，因此需要輔助采用爆破方式降低充填體強度。在陷落柱影響范圍內(nèi)開采時，應(yīng)適當(dāng)降低開采高度，采高應(yīng)確保采煤機可正常移動，同時確保采面平直、底板平穩(wěn)，刮板輸送機能正常運行。

在采面推進(jìn)過程中，必須確保液壓支架與頂板良好接觸，以實現(xiàn)頂板有效管理；在陷落柱影響范圍內(nèi)割煤時，采煤機牽引速度控制在1.0 m/min，在截割過程中時刻關(guān)注采煤機運行及頂板穩(wěn)定性情況，確保生產(chǎn)安全。

3.2 松動爆破輔助破巖

在采面內(nèi)布置炮眼并通過松動爆破方式提高破巖效果。采面內(nèi)炮眼布置見圖1，共計布置3排炮眼，上部炮眼與頂部間距控制在500 mm、下部炮眼與底板間隔600 mm，炮眼孔深為1 800 mm；炮眼均垂直煤壁施工，單個炮眼內(nèi)放入2～3卷炸藥，封孔綜合使用黃土炮泥、水炮泥，炮眼裝藥結(jié)構(gòu)見圖2。在陷落柱內(nèi)推進(jìn)時適當(dāng)降低截割深度至700 mm，牽引速度為4.0 m/min，提高頂板穩(wěn)定性控制能力。同時在生產(chǎn)過程中應(yīng)強化噴霧降塵，提升煤炭生產(chǎn)效率。

圖1 炮眼布置示意(mm)

圖2 炮眼內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)

在松動爆破前應(yīng)將刮板輸送機盡量靠近支架側(cè)，并用廢舊輸送帶包裹液壓支架立柱，避免松動爆破產(chǎn)生的矸石砸壞液壓支架立柱；對于陷落柱內(nèi)充填的高硬度巖體，通過縮小炮眼間距、增加裝藥量等方式提高破巖效果。對陷落柱內(nèi)的堅硬巖體爆破后，確保破碎后巖體直徑在300 mm的以內(nèi)，便于后續(xù)刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機等的運輸。

3.3 頂板管理措施

在過陷落柱時應(yīng)確保采面端頭按照規(guī)定加密支柱，采面內(nèi)液壓支架應(yīng)確保頂梁與頂板接觸密實；采面液壓支架移動采用帶壓移架方式，帶壓移架到位后，若支架與端面間距離超過518 mm時，需在支架上安裝板梁(2個)并與板梁緊密接觸。

4 結(jié) 語

1) 當(dāng)采煤工作面內(nèi)發(fā)育有陷落柱時，采面在陷落柱影響范圍內(nèi)推進(jìn)速度較慢且存在較大的安全風(fēng)險。在對采面現(xiàn)場地質(zhì)情況、開采情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過采用采煤機割巖、松動爆破以及強化頂板管理等措施，提高采面過陷落柱的效率以及安全保障能力。

2) 在過陷落柱期間應(yīng)嚴(yán)格控制采面開采高度，盡量降低陷落柱影響區(qū)內(nèi)采高，強化頂板管理，確保采煤機在陷落柱影響范圍內(nèi)平穩(wěn)運行；為降低采煤機過陷落柱時的磨損并提高推進(jìn)效率，采用松動爆破方式弱化陷落柱內(nèi)堅硬巖體，并對松動爆破技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計。

3) 在13205綜采工作面過X102陷落柱影響區(qū)時，頂板始終保持穩(wěn)定，采面推進(jìn)速度可達(dá)到4.0 m/d，同時采煤機截割齒磨損量較小，實現(xiàn)了安全高效過陷落柱。