呂維赟

（陽泉煤業(yè)集團 三礦，山西 陽泉 045008）

陽煤三礦K8403工作面過陷落柱開采技術方案研究

呂維赟

（陽泉煤業(yè)集團 三礦，山西 陽泉 045008）

針對陽煤三礦K8403工作面回采巷道掘進中揭露陷落柱的實際情況，對回采中的過斷層措施提出了兩套方案，在保證技術可行和生產安全的前提下，進行了方案的經濟技術分析，獲得了優(yōu)良方案。

陽煤三礦；陷落柱；開采技術；

陽泉煤業(yè)(集團)有限責任公司三礦位于山西省陽泉市礦區(qū)西部，山西沁水煤田的東北邊緣，是生產能力450萬t的特大型礦井。近幾年來，由于開采水平向深部發(fā)展，地質構造日趨復雜，影響著采區(qū)和工作面的正常設計布置。

1 K8403工作面的概況及陷落柱賦存情況

1.1 K8403工作面的構造概況

K8403工作面位于井田的擴四區(qū)。工作面煤層中部高兩側低，整體為一向背斜相間的褶皺構造形態(tài)。西北部為一走向NE、傾向NW的單斜構造形態(tài)，煤層傾角3°～16°，平均5°；中部由一穹隆、構造盆地及軸向NE、樞紐向SW傾伏的背斜構造組合而成，煤層傾角2°～38°，平均6°；東南部較平緩，為一寬緩的軸向NE、樞紐向SW傾伏的向斜構造形態(tài)，煤層傾角1°～6°，平均3°。工作面掘進中共揭露撓曲2條：撓曲N1（撓幅為7.4 m、傾角為16°），撓曲 N2（撓幅為 7.4m、傾角為 38°）。

擴四區(qū)古巖溶陷落柱比較發(fā)育，根據井下開采和鉆孔揭露，三礦共有316個，占井田總面積的0.36%，陷落柱長軸最大的達250 m，最小的10 m，這些陷落柱在井田內星羅棋布，給煤層的開采帶來很大的困難。K8403工作面進風巷掘進過程中，揭露陷落柱X1（44×23m），掘進期間柱體內曾出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，且出現(xiàn)陷落柱潰泄，對生產造成較大影響。在進風巷遇陷落柱X1前，先后施工5個放水孔，疏放15號煤層老頂四節(jié)石灰?guī)r裂隙水和柱體內積水5896m3。在陷落柱內掘進期間，一直淋頭水不斷，并在掘至12m時出現(xiàn)潰瀉現(xiàn)象，表明柱體與含水層有水力聯(lián)系，且陷落柱導水，最后采取先施工繞巷，注漿加固，返頭掘進才安全貫通，見圖1。

圖1 K8403工作面陷落柱X1位置圖

1.2 本區(qū)陷落柱的特征

1）陷落柱體內組成特征:一般陷落柱內巖性復雜，棱角分明，滾圓度差，形狀不規(guī)則，排列無規(guī)律，常被一些泥質物充填膠結，但膠結性差，柱體內一般干燥無水，只在極個別地區(qū)發(fā)現(xiàn)有細小的淋頭水出現(xiàn)。

2）陷落形態(tài)：一類是平面形態(tài)，一般多呈橢圓形、圓形、渾圓形、長橢圓形，也有極個別奇形怪狀和尖棱狀，其中橢圓形的有300個，占95%，圓形的有10個，占3.2%。另一類是斷面形態(tài)，總的形態(tài)是呈上小下大圓錐狀的柱體，也有個別呈上大下小的，主要是因為上部圍巖為松散的沉積物或較軟的泥巖及煤層所致。陷落角隨塌陷高度而變化，一般上部較小，下部較大，在70°以上。

3）陷落柱軸線形態(tài)：巖溶陷落柱中心軸在各煤層平面上投影并不完全重疊，有些錯位，中心軸并不是垂直的直線，有偏斜和彎曲。究其原因有二：一是受后期構造運動（層滑構造）的影響，柱體部分層段產生了水平方向的位移。尤其是在煤系地層較軟弱或裂隙較發(fā)育的巖層段（如煤層中），陷落柱常沿煤層頂底板及夾石層產生水平方向的位移。二是由于陷落時，上覆巖層的物理力學性質在豎向上的不均性和力學結構面（節(jié)理、裂隙、層理、斷層等）在不同方向上的切割，造成陷落柱向巖層相對軟弱或裂隙相對發(fā)育的一側偏移。因此柱體中心軸形態(tài)表現(xiàn)為歪斜、彎曲、扭轉形態(tài)。

4）柱面與圍巖的接觸關系：柱面與煤層接觸面除少數為鋸齒狀外，一般呈不規(guī)則的曲線狀，且被一層光滑的泥質物質所充填，厚度多在0.02 m～0.05 m；這層泥質物質是陷落柱的巖塊與煤層接觸的空隙被水溶解的泥質物所充填，而后又經構造運動的擠壓發(fā)生剪切滑動形成的。接觸面附近圍巖一般無牽引現(xiàn)象，只是煤層頂底板及煤層破碎，裂隙發(fā)育；但在個別較大的陷落柱內，陷落巖塊比較完整或呈整體下陷，強大的巖塊自身重力對煤層的頂底板產生牽引作用，致使煤層頂底板向柱體中心傾斜，巖層產狀發(fā)生變化，其傾斜度最大可達17°～20°。

2 陷落柱的危害

2.1 一般危害

破壞可采煤層，減少煤炭儲量；影響正規(guī)采煤，制約機械化作業(yè)；提高了掘進率，降低礦井效益；陷落柱對煤礦安全生產造成影響。

2.2 對本工作面存在的潛在危害

1）透水：工作面在進風巷遇陷落柱X1前，先后施工5個放水孔，疏放15號煤層老頂四節(jié)石灰?guī)r裂隙水和柱體內積水5 896 m3。在陷落柱內掘進期間，一直淋頭水不斷，并在掘至12 m時出現(xiàn)潰瀉現(xiàn)象，表明柱體與含水層有水力聯(lián)系，存在透水隱患。

2）工作面頂板冒落壓架：陷落柱附近煤層頂板一般較為破碎，經揭露的陷落柱內的巖石強度極低，曾經發(fā)生潰瀉致使回風巷在掘進過程中無法通過，最后采取先施工繞巷，注漿加固，返頭掘進才安全貫通。因此在工作面通過時，柱體內巖塊承載力降低而發(fā)生潰瀉冒頂現(xiàn)象，加之陷落柱又處在工作面端頭應力集中增高區(qū)域，更容易發(fā)生冒頂、片幫、潰瀉壓架事故。

3）瓦斯事故：高瓦斯礦井在接近陷落柱處的工作面瓦斯涌出量可能急劇增大，管理疏忽易發(fā)生瓦斯事故。

4）底板下陷影響支架通過：陷落柱附近及陷落柱內，煤層頂板一般較為破碎和松軟，支架通過時容易下陷，支架不僅無法對頂板提供足夠的支撐力，導致頂板狀況惡化，而且無法移架，嚴重影響生產。

3 煤礦生產中對陷落柱的處理措施

（1）設計階段對陷落柱的處理：根據陷落柱的數目、形狀、大小、分布情況，合理選擇巷道的布置和采煤方法，盡可能將陷落柱留在設計的煤柱內，減少煤炭損失和降低陷落柱對生產的影響。

（2）巷道掘進遇陷落柱后的處理措施：一般主要開拓巷道遇陷落柱后，按原設計直接強行通過，但要加強巷道支護。工作面順槽掘進遇陷落柱，一般是直接穿過，也可將回風順槽繞陷落而過，將陷落柱留在煤柱內。

（3）回采工作面陷落柱的處理：根據陷落柱出現(xiàn)的部位、形狀、大小、采煤方法等因素，采取縮短工作面或另開切眼等措施處理。

（4）對于本工作面的陷落柱，由于已在進風巷揭露，且在繞巷施工中大致明確陷落柱的大小，在回采過程中，可采用強行通過的方式，也可采用縮短工作面從繞巷通過的方式，在以保證安全和提高效率和效益為目標的前提下，兩種方案要經過技術經濟分析才能做出選擇。

4 技術方案與技術經濟比較

鑒于本區(qū)的基本情況，在過陷落柱時，擬用以下方案回采：

方案1是利用已施工形成的繞巷，工作面推至該位置時，縮小工作面長度，對繞巷包圍下的陷落柱及煤柱棄采，待通過該區(qū)域后再恢復工作面長度（見圖 2）。

方案2是工作面強行通過陷落柱。

4.1 經濟比較

方案1是：產量損失47899t。影響生產及工時消耗：在已形成的繞巷內形成開切眼工程量3678.75 m3。工作面變短時撤、移支架消耗工時大約30 d左右。工作面恢復長度，支架安裝，工作面重新對接所需工時大約15d。在以上工序過程中，停產搞工程，對生產造成嚴重影響。

圖2 K8403工作面陷落柱X1及繞巷尺寸

方案2是：無產量損失。陷落柱前20m提前進行打鉆探測，超前探放水，制定專項過陷落柱措施等，可提前進行準備工作，與生產同時進行，不影響出煤。

4.2 技術比較

方案1為通常的巷道施工和工作面長度調整，技術難度小。

方案2在生產過程中可能存在有透水、工作面頂板冒落壓架、瓦斯事故、底板下陷影響支架通過等安全隱患，但是充分掌握陷落柱的性質，采取相應的安全技術措施的前提下，也可達到安全回采的要求。

4.3 比較結果

根據上述技術經濟分析，方案1的煤炭損失量大，從提高煤炭采出率角度看，對資源緊缺型礦井影響更為嚴重。方案2在采用現(xiàn)有的研究手段和施工技術手段，只要前期理論研究充分，對不利因素采用合適的應對措施，保證安全的前提下，可完成回采，充分節(jié)約煤炭資源，具有良好的技術經濟效果，因此建議采用。

Abstract:In view of the real situation of exposure karstic collapse columns during the driving of K8403 working face in the No.3 mine of Yangquan Coal Group,the author presents two schemes for the passing faults.On the premise of technology feasibility and safety production,the economical and technical characteristics of the schemes are analyzed and the optimal scheme is achieved.

Key words:No.3 Mine,Yangquan Coal Group;karstic collapse columns;mining technology

編輯：徐樹文

Study on Collapse-columns Mining Schemes of K8403 Working Face,No.3 Mine,Yangquan Coal Group

LV Wei-yun

（No.3 Mine,Yangquan Coal Group,Yangquan Shanxi 045008,China）

TD823.8

A

1672-5050（2010）09-0056-03

2010-06-29

呂維赟（1970—），男，山西昔陽人，本科，工程師，從事煤礦管理工作。