吳長擂

（山西長平煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048006）

陷落柱在我國煤礦開采中為常見的地質體，給煤礦的正常開采帶來了巨大影響[1-3]。在實際生產中，陷落柱對煤礦的危害主要是破壞了煤層的連續(xù)性，影響了煤礦采掘施工。由于需要繞過陷落柱，放緩了掘進速度，同時要求提高巷道支護工作面安全系數(shù)技術難度，造成回采工作中的放棄開采，并影響到資源量的開發(fā)[4-5]。一般來說，由于陷落柱分布情況復雜，巖體松散，工作面地應力疊加，常常需要合適的支護方案。本文針對長平煤礦5303巷道掘進過程中遇到DX70陷落柱的問題，提出了掘進中存在的問題和安全防護措施，以確保煤礦的安全生產。

1 概況

長平煤礦位于太行山西側南端，主要開采3#煤層。在5303中部底抽巷掘進過程中，該巷道已經掘進50m，預計在80.9m處，揭露DX70陷落柱。根據礦井地質預測資料，該陷落柱呈橢圓形，長軸約417m，短軸約140m，主要以粗粒砂巖、泥巖夾碎石為主，含有少量煤屑，相對干燥。陷落柱與煤層接觸邊緣煤層松軟，見有風化現(xiàn)象，掘進過程中預計通過128m。為確保施工安全，需要對此區(qū)段進行安全支護。

2 過陷落柱中的難題

2.1 原施工設計方案

過巷道初期，結合礦井實際地質情況和生產實際，提出了三套過陷落柱的方案：

方案一：直接推過。在距離預測陷落柱位置30m時，采取邊探邊掘的方法對該陷落柱進行打鉆探查，根據陷落柱的準確具體位置及水文地質特性，直接推過。此方案不會浪費煤炭資源，但是該方案工期較長，對采煤工作有影響。

方案二：掘進配巷甩陷落柱。施工探巷探測陷落柱的準確具體位置，并施工繞道繞過陷落柱。此方案工期短，相對安全，對采煤工作影響小。缺點是成本相對較高，會損失部分資源。

方案三：重新掘進，更換工作面。該方案安全系數(shù)高，但是工期較長，資源損失量大，易造成采掘銜接失調

2.2 存在的問題分析

根據礦井地質資料，結合實際遇到陷落柱的具體情況，確定執(zhí)行方案一，直接通過陷落柱，但在掘進過程中主要面臨的問題有：

（1）在通過DX70陷落柱期間，巷道頂板和幫圍巖為陷落柱墻體破碎混合巖體，整體穩(wěn)定性相對較差，護幫錨只能固定在松散破碎的巖體中，受應力的影響較大，支護效果不穩(wěn)定；

（2）對巷道頂板與幫之間的三角煤柱的支護效果差，在通過陷落柱時容易造成垮落；

（3）巷道頂板應力集中，原頂板錨桿和鋼帶維護斷面較小，對頂板的支護效果不及預期，鋼板常出現(xiàn)斷裂，并發(fā)生網兜和冒落現(xiàn)象。

3 過陷落柱安全技術

過陷落柱時除采用科學合理加固措施保證掘進面圍巖體穩(wěn)定以外，尚需采用適當?shù)木蜻M工序工藝，從而與加固措施相輔相成，達到最佳的過陷落柱效果，減少過構造所帶來的損失。根據5303巷道的實際情況，主要采取以下安全技術來進一步保證安全。

（1）加強礦壓觀測

通過過陷落柱期間頂板離層儀、頂板錨桿（索）壓力表、圍巖位移等數(shù)據觀測、記錄，定量分析圍巖的穩(wěn)定性，并做出預警預判。重點觀測頂板及兩幫位移量，對頂板條件不好地段及時采取補強支護措施。

（2）加強頂板支護

由于陷落柱周圍圍巖較為破碎，給頂板管理帶來很多的問題，而頂板又是決定工作面安全性的主要因素，因此，通過陷落柱時應特別注意加強頂板的支護。在支護設計合理的前提下，確保臨時支護可靠、有效，并嚴格按照安全技術措施要求施工錨桿（索），保證支護施工達到質量要求。

（3）架棚聯(lián)合支護

過陷落柱期間，采用錨注+架棚聯(lián)合支護，并根據現(xiàn)場圍巖條件及時調整間排距。當頂錨索預緊力能夠達到200kN，頂幫錨桿預緊力矩能夠達到300N.m時，棚距1m，棚滯后工作面不大于10m；當頂錨索預緊力介于150～200kN之間，幫錨桿預緊力矩介于200～300N.m之間時，棚距縮小為0.8m，棚滯后工作面不超過5m；當頂錨索預緊力小于150kN或頂幫錨桿預緊力矩小于200N.m時，棚距縮小為0.8m，棚滯后工作面不超過1m，防止冒頂事故發(fā)生。

4 支護方案設計和效果分析

4.1 支護方案設計

在對原來設計方案和問題研究的基礎上，為能夠安全、快速、優(yōu)化地通過陷落柱，提出了注漿、架設鋼棚的聯(lián)合支護措施。

（1）注漿支護。在5303巷道掘進至90m處時，在工作面施工一排注漿孔，共8個，鉆孔間距2m，鉆孔深度10m，與頂板呈35°角進行布置；巷道兩幫布置鉆孔4個，間距為1m，鉆孔深度為6m。采用馬麗散混合液進行注漿。若在注漿期間發(fā)現(xiàn)有滲漏現(xiàn)象，應立即停止注漿，并封堵鉆孔處理。相鄰兩排注漿孔距離為1.1m，依次直到通過陷落柱。

（2）梯形鋼棚補強支護（圖1）。采用凈寬4200mm長的12#工字鋼梁，Φ18×880mm金屬拉桿，U25#可伸縮腿，上腿長1800mm，下腿長2000mm，上棚腿與下棚腿搭接長度不小于400mm，下棚腿要立在巷道底板硬底上。棚腿與底板夾角為82°，棚腿扎角450～550mm，1000mm垂線量得的扎角為140mm，允許偏差±17mm。棚距保持1.0m，采用“1梁2柱”形式。采用長1200mm× 寬 150（100～150）mm× 厚 50（30～50）mm的木背板，頂板不平整部分，應使用柱帽、木楔等材料背緊，確保棚梁接頂嚴實。所架棚梁接頂困難，應在棚梁上方架設“井”字型木垛，以保證對頂板的支撐有力、有效。

水平巷道金屬棚前傾后仰±1°，即在棚腿前掛1m垂線末端至棚腿間距允許誤差±17mm；傾斜巷道金屬棚必須有一定的迎山角（迎山角指傾斜巷道中支柱與巷道頂?shù)装宕咕€之間向上傾斜的角度，一般為巷道傾角的1/8～1/6，最大不超過8°）。如表1所示。

4.2 應用效果分析

5303巷道在經過DX70陷落柱時，采用了錨注+注漿+架設鋼棚的聯(lián)合支護措施，對破碎頂板和巷幫進行了有效防護，確保了礦井的安全生產。

（1）通過鉆孔注漿支護以后，顯著提高了巖體的承載力和穩(wěn)定性。通過試驗測試，注漿后的巖體單軸抗壓強度由原來的18MPa提高到了60.3MPa，降低了危險系數(shù)。

（2）通過鋼棚補強支護，防止了因錨桿支護不利而產生的局部垮落，提高了頂板穩(wěn)定性和安全性，有效防止了頂板冒落和垮落事故的發(fā)生，提高了掘進效率。

（3）在巷道經過DX70陷落柱期間，設計了3m和6m共2個檢測點。通過近30d的觀測，2個基點位移量如圖2所示。3m處基點位移量隨著時間的增大而逐漸增大，并在約27d時達到最大位移量80m，并由此保持相對穩(wěn)定；而6m處基點位移量僅不到10m，并隨著時間的變化而不變。因此，本次支護方案維護效果明顯。

表1 架設鋼棚支架與巷道傾角關系

圖1 巷道架設鋼棚支護圖（mm）

圖2 不同基點位移與時間關系

5 結論

本次對長平煤礦5303巷掘進過程中遇到DX70陷落柱的問題進行了深入剖析，對初步設計的安全防護方案進行了優(yōu)缺點探討。根據實際地質情況和礦井生產需求，設計了注漿+架設鋼棚的聯(lián)合防護措施。經過實地檢驗證明，該方案的支護效果明顯，有效提高了圍巖穩(wěn)定性，加快了巷道的掘進進程，保障了煤礦的安全生產，達到了安全防護目的。