張育恒

(晉城煤業(yè)集團(tuán)長平公司，山西高平048400)

礦井設(shè)計(jì)

綜放工作面過陷落柱開采技術(shù)探討

張育恒

(晉城煤業(yè)集團(tuán)長平公司，山西高平048400)

Discussion of Full-mechanized Mining Face Collapse Column

針對長平煤礦2307綜放工作面過SX49陷落柱的地質(zhì)開采條件，在對工作面陷落柱進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)圍巖探測基礎(chǔ)上，采用采煤機(jī)割落矸石和放小型震動炮的措施強(qiáng)行通過陷落柱，保證了2307工作面的連續(xù)推進(jìn)，不僅有效降低了陷落柱對生產(chǎn)的影響，提高了煤炭資源回收率，而且為以后工作面過陷落柱的方法提供了技術(shù)指導(dǎo)。

綜放工作面;陷落柱;技術(shù)措施;頂板控制

陷落柱是煤系下可溶性巖層經(jīng)地下水強(qiáng)烈溶蝕后，形成一定的溶洞，經(jīng)過地下各種地質(zhì)因素的作用，引起上覆巖層失穩(wěn)和塌陷，形成筒狀的柱體，是巖溶引起的一種較為特殊的地質(zhì)現(xiàn)象。陷落柱對地下工程，特別是對煤礦井巷采掘工程的影響比較大，比如采煤工作面的布置、資源的損失、巷道的延伸，甚至影響煤炭的質(zhì)量，進(jìn)而影響煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益［1－2］。

本文針對長平礦2307綜放工作面過SX49陷落柱的地質(zhì)開采條件，結(jié)合2307工作面陷落柱資料，從技術(shù)及經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，探討了綜放工作面過陷落柱的可行性，并進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)施，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

1 工程概述

2307綜放工作面為長平礦井二盤區(qū)東部的一個放頂煤工作面。工作面開采3號煤層，機(jī)采高度2.8m，放頂煤厚度2.14m;工作面傾斜長度180m，走向長度650m，埋深228～256m。工作面回采前，通過坑透和鉆探分析，基本確定了SX49陷落柱沿工作面推進(jìn)方向距切眼446～544m，走向影響長度為80m，傾斜方向影響長度為50m，圖1為SX49陷落柱位置示意。

2 可行性分析

目前，我國回采工作面陷落柱的處理方法主要是根據(jù)陷落柱出現(xiàn)在工作面內(nèi)的位置、大小、形狀以及采煤方法等因素，采用另開切眼或縮短工作面等技術(shù)措施來處理［3］。對此，2307綜放工作面過陷落柱可有2種方案:一是另開切眼，繞過陷落柱;二是強(qiáng)行通過陷落柱。

圖1 SX49陷落柱位置示意

方案一要進(jìn)行相應(yīng)的巷道施工和工作面長度調(diào)整，技術(shù)難度小，但煤炭損失量大，準(zhǔn)備時(shí)間長。方案二無需另掘巷道和工作面搬家，不損失煤炭資源，但在通過過程中可能會存在透水、冒頂壓架、底板下陷等影響工作面推進(jìn)的安全隱患。

為此，對陷落柱進(jìn)行了詳細(xì)的勘探，明確了陷落柱的位置、范圍，查明了該陷落柱為弱含水性，通過過程中涌水量很小，認(rèn)為可以強(qiáng)行通過。

3 工程實(shí)踐

3.1 通過前準(zhǔn)備工作

施工隊(duì)組成立過陷落柱攻關(guān)組，準(zhǔn)備好過構(gòu)造帶臨時(shí)支護(hù)材料、設(shè)備，準(zhǔn)備好化學(xué)注漿材料及注漿泵，必要時(shí)進(jìn)行局部注漿加固處理。

3.2 放小型震動炮

當(dāng)陷落柱構(gòu)造帶矸石較硬時(shí)，采用放小震動炮松動的方式進(jìn)行處理。炮眼根據(jù)陷落柱賦存情況進(jìn)行布置，在頂幫完整段，采用“五花眼”方式，眼深1.2m，眼距0.6～0.8m，炮眼與煤壁夾角為70～80°，上眼距離頂板500mm，下眼距離底板600mm，中眼位于上下眼之間正中位置，裝藥量控制在1卷，每次放炮范圍不大于10m，超過10m時(shí)，分次打眼，分次爆破，炮眼布置如圖2所示。在頂幫不完整段，采用采煤機(jī)直接割矸。

圖2 構(gòu)造帶炮眼布置

放震動炮的目的是為采煤機(jī)切割矸石創(chuàng)造條件，嚴(yán)禁盲目增加裝藥量，防止將煤幫矸石崩入支架架間或崩壞支架閥組。

工作面力求多打眼，少裝藥，目的是減少大塊矸石產(chǎn)生。

3.3 采高控制

工作面正?；夭啥?，采高控制在2.8m，陷落柱兩端采高逐漸下調(diào)至2.2～2.5m，盡可能減少陷落柱內(nèi)的割矸厚度，構(gòu)造段采高以滿足機(jī)組正常通過為宜。

3.4 頂板控制

當(dāng)回采工作面出現(xiàn)頂板冒落時(shí)，須等到頂板巖層冒落穩(wěn)定后，在液壓支架上方架設(shè)垂直工作面的板梁，然后在板梁上打“井”字型木垛接頂，防止頂板冒落范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

打設(shè)板梁的同時(shí)需要拉超前架，伸出前探梁，支起護(hù)壁板進(jìn)行護(hù)頂和護(hù)幫。

3.5 工作面陷落柱揭露情況

從陷落柱的揭露情況看，SX49陷落柱揭露大致可以分成3個階段 (如圖3所示)。

圖3 陷落柱實(shí)際揭露示意

第1階段:陷落柱揭露前煤體影響區(qū) 2307綜放工作面在機(jī)頭推進(jìn)436.4m，機(jī)尾推進(jìn)443.8m時(shí)，工作面進(jìn)入陷落柱前煤體影響區(qū)，主要表現(xiàn)在工作面45～50號、100～118號支架存在割400mm厚的底矸，20～50號支架頂板破碎;該段走向長度為15m，煤體相對破碎，并且需要割一定厚度的矸石。該區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)是頂板和采高控制，需要及時(shí)拉超前架維護(hù)頂板，采高控制在2.4～2.6m即可。

第2階段:陷落柱破碎帶影響區(qū) 當(dāng)機(jī)頭推進(jìn)440m，機(jī)尾推進(jìn)到452m，工作面37～39號支架突然揭露全斷面矸石，巖性雜亂，通過對巖性的分析，初步判斷為陷落柱。當(dāng)機(jī)頭推進(jìn)到463m，機(jī)尾推進(jìn)到482m時(shí)，工作面陷落柱揭露范圍為28～79號架，在28～51號架之間矸石顏色呈淺白色，51～79號架之間夾有矸石和黃土。

第3階段:陷落柱過后圍巖影響區(qū) 當(dāng)工作面原來混雜的紅土矸膠結(jié)區(qū)域消失后，工作面煤幫在37～70號支架之間為全斷面矸石，巖性較完整，初步分析認(rèn)為是陷落柱后圍巖影響區(qū)。該區(qū)段走向長度約為15m，區(qū)域內(nèi)割矸范圍較陷落柱破碎帶內(nèi)有所減少，工作面矸石比較整齊、比較破碎。此區(qū)域特點(diǎn)受陷落柱影響，在陷落柱的邊緣，煤層及頂板出現(xiàn)整體下沉，隨著距陷落柱中心越來越遠(yuǎn)，影響逐漸減弱，直至煤巖位置恢復(fù)正常。

3.6 陷落柱范圍驗(yàn)證

接下來給出一個染色算法,并設(shè)它是從E(H(1,n))到{1,2,3,…,k}的一個映射f,對六角系統(tǒng)的所有2度點(diǎn)進(jìn)行邊著色,直到?jīng)]有邊剩余。首先,將六角系統(tǒng)H(1,n)的各個頂點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)號,如圖3所示。

2307工作面陷落柱打鉆確定范圍為:沿走向影響長度為80m，沿傾斜方向影響長度為50m;揭露后陷落柱實(shí)際范圍為:長軸82m、短軸57m。通過對揭露情況的綜合確定，陷落柱形狀和范圍、大小等的實(shí)際情況與預(yù)測情況基本一致。

陷落柱導(dǎo)水情況的預(yù)測和實(shí)際揭露情況也完全相同，說明通過坑透結(jié)合鉆探情況，能夠掌握現(xiàn)有構(gòu)造的基本情況。

4 過構(gòu)造期間存在的問題

4.1 工作面水的管理情況

在過陷落柱期間，頂板無淋水，陷落柱內(nèi)無滲水，在工作面打眼過程中，由于必須實(shí)行濕式打眼，工作面前溜內(nèi)在打眼期間存在一定的積水;工作面底板機(jī)尾高、機(jī)頭低，積水隨底板流向機(jī)頭方向，流不出工作面。隊(duì)組對積水情況未及時(shí)采取積極有效的排水措施，開溜后在機(jī)頭溜子下的積水便隨溜子底鏈又帶到機(jī)尾，造成積水在工作面來回循環(huán)流動，既影響工作面及外部運(yùn)輸系統(tǒng)巷道的文明生產(chǎn)，又影響外部的膠帶運(yùn)輸，造成外部多部膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行不正常。

4.2 過構(gòu)造期間的外部運(yùn)輸系統(tǒng)影響情況

2307工作面的出煤系統(tǒng)影響時(shí)間為30h，除了綜采隊(duì)自己分管的2部刮板輸送機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)外，到達(dá)煤倉還需經(jīng)過外部運(yùn)行隊(duì)分管的3部膠帶運(yùn)輸機(jī)及刮板輸送機(jī)，特別是膠帶運(yùn)輸機(jī)的影響尤其嚴(yán)重，膠帶跑偏停運(yùn)，膠帶因2307和2302同時(shí)生產(chǎn)造成的運(yùn)輸量過大，運(yùn)輸量的不平衡情況也尤其突出，整個運(yùn)輸系統(tǒng)在不斷的開停中，嚴(yán)重制約著過構(gòu)造的進(jìn)度。

4.3 工作面過陷落柱打眼放炮情況

因此工作面陷落柱的炮眼布置應(yīng)根據(jù)構(gòu)造內(nèi)大粒砂巖的情況靈活確定，最初采取“三花眼”放震動炮，但砂巖硬度較大、范圍大，機(jī)組割矸困難;后來根據(jù)現(xiàn)場放炮情況，生產(chǎn)中及時(shí)安排隊(duì)組補(bǔ)充措施，采用“五花眼”，加密炮眼，加大數(shù)量，放炮質(zhì)量有了很大地提高。但由于隊(duì)組每班2個循環(huán)的強(qiáng)行要求，班組為完成割煤任務(wù)，不得不擠壓打眼時(shí)間，影響放炮效果，最后可能就是以犧牲截齒壽命來換取循環(huán)進(jìn)度。

4.4 工作面事故和截齒使用情況

根據(jù)工作面過構(gòu)造的特點(diǎn)，對采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、外運(yùn)等其他設(shè)備的故障率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 工作面故障率統(tǒng)計(jì)

以一天正常生產(chǎn)2班，每班工作8h，通過對過構(gòu)造期間的時(shí)間50d作為基數(shù)，分析得出各設(shè)備故障時(shí)間占總時(shí)間的比例。

通過上述分析，工作面機(jī)組故障時(shí)間最多，占過構(gòu)造總時(shí)間的8.63%，主要原因是過構(gòu)造時(shí)割矸造成機(jī)組震動，影響時(shí)間主要是因?yàn)楦鼡Q了3次變頻器和1次后滾筒。

轉(zhuǎn)載機(jī)故障占3%，主要是1次斷鏈和1次機(jī)尾軸壞影響。刮板輸送機(jī)故障比較低，占2.5%，主要是一次斷底鏈影響。

根據(jù)對工作面截齒和齒座的統(tǒng)計(jì):過構(gòu)造用截齒6800多個，齒座700多個。

4.5 業(yè)務(wù)部室對生產(chǎn)的指導(dǎo)及服務(wù)情況

在過陷落柱之前，組織安全、機(jī)電、地測、通風(fēng)、調(diào)度等部室召開了2307工作面過陷落柱研討會，對具體的過構(gòu)造方案和過構(gòu)造期間可能遇到的問題展開了認(rèn)真的討論，通過完善方案后，編寫了《2307工作面過陷落柱安全技術(shù)措施》，并由生產(chǎn)中心牽頭進(jìn)行了認(rèn)真的會審。

在過構(gòu)造期間，生產(chǎn)中心安排了地測部、生產(chǎn)中心、機(jī)電部3家進(jìn)行了現(xiàn)場跟班，協(xié)調(diào)解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，針對在過構(gòu)造期間放炮方面出現(xiàn)的新問題，及時(shí)督促隊(duì)組補(bǔ)充完善了措施。

在現(xiàn)場跟班過程中，根據(jù)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的問題，生產(chǎn)中心及各部室通過電話溝通，或面對面與領(lǐng)導(dǎo)干部交流，以及下發(fā)三定表等方式，及時(shí)安排解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，督促隊(duì)組嚴(yán)格執(zhí)行措施要求，確保安全順利通過陷落柱。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過對綜放工作面過陷落柱采用繞行搬家通過和硬過陷落柱2種方法的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較可得:

(1)如果繞過需要做撤架通道，直接材料損耗19萬元，重新施工切眼，直接費(fèi)用90萬元，搬家費(fèi)用10萬元，合計(jì)119萬元，同時(shí)丟掉煤炭840kt，影響時(shí)間大概1個半月。

(2)工作面強(qiáng)過陷落柱，可以多回收煤炭資源840kt，每噸煤按照500元計(jì)算，并除去截齒等材料的損壞，最終可以獲取利潤3000多萬元，提高了資源的回收率，創(chuàng)造了可觀的效益。

(3)工作面強(qiáng)行通過該陷落柱，緩解了銜接緊張的局面。

6 結(jié)論

(1)綜放工作面遇陷落柱，影響工作面推進(jìn)速度，帶來一系列安全問題，嚴(yán)重影響綜放工作面的安全高效回采。在做好相應(yīng)地質(zhì)勘探的前提下，采用強(qiáng)行通過的方式開采，有效緩解了工作面推進(jìn)進(jìn)度，提高資源回收率。

(2)采用采煤機(jī)直接割落矸石和放小型震動炮相結(jié)合的方式是強(qiáng)行通過工作面陷落柱的直接有效措施。

(3)強(qiáng)過陷落柱時(shí)必須嚴(yán)格控制頂板、采高，適當(dāng)降低過陷落柱采高，加強(qiáng)冒頂防護(hù)，確保安全回采。

(4)2307綜放工作面強(qiáng)行通過陷落柱，提高了工作面的連續(xù)推進(jìn)度，不僅有效控制了陷落柱對生產(chǎn)的影響，提高了煤炭資源回收率，而且為以后工作面過陷落柱的方法提供了技術(shù)指導(dǎo)。

［1］孟 鑫，王安順.綜采工作面過陷落柱技術(shù)初探［J］.煤炭技術(shù)，2010，29(11):239－240.

［2］鄭學(xué)亮.綜放工作面過斷層技術(shù)管理實(shí)踐［J］.煤礦開采，2006，11(6):55－56，79.

［3］李晉平，肖亞寧，萬世文.綜放工作面遇陷落柱高效開采技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，34(10):36－38.

［4］呂維赟.陽煤三礦K8403工作面過陷落柱開采技術(shù)方案研究［J］.煤炭技術(shù)，2010，30(9):56－58.

［責(zé)任編輯:潘俊鋒］

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1006-6225(2012)04-0024-03

2012－04－10

張育恒 (1973－)，男，山西晉城人，工程師，現(xiàn)任長平公司總工程師。