耿宇杰

山西保利金莊煤業(yè)有限公司 山西晉中 031300

為了順應(yīng)社會(huì)對(duì)于煤炭的需求，我國(guó)近年來(lái)對(duì)于煤炭行業(yè)的關(guān)注逐漸提升，對(duì)開采煤炭所要使用的陷落柱施工技術(shù)也在不斷地更新和研發(fā)。

1 陷落柱施工技術(shù)概述

礦區(qū)內(nèi)奧陶系石灰?guī)r巖溶較為發(fā)育，伴隨巖溶作用在本礦區(qū)內(nèi)形成了較為集中的巖溶陷落柱，到目前為止，礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)已揭露陷落柱141 個(gè)，且大多數(shù)陷落柱個(gè)體規(guī)模較小，一般小于10×50m，少數(shù)規(guī)模較大者達(dá)到110×90m，其平面形態(tài)呈近似圓狀或橢圓形狀。

陷落柱施工技術(shù)是國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)對(duì)煤炭進(jìn)行挖掘的主要技術(shù)之一，而陷落柱是在開采煤礦中非常常見的一種地質(zhì)結(jié)構(gòu)，它是最原始的形態(tài)是巖溶，在通過(guò)陷落柱的出現(xiàn)與否對(duì)于煤炭開采礦井的挖掘速度和煤炭開采的產(chǎn)量都在一定程度上存在影響，一般情況下，陷落柱的橫向斷截面出現(xiàn)的面積比較大時(shí)，會(huì)對(duì)開采的設(shè)備形成制約，開采煤炭的效率飛速下降。

2 巷道掘進(jìn)過(guò)程中過(guò)陷落柱施工技術(shù)的應(yīng)用

2.1 工程概況

山西保利金莊煤業(yè)有限公司內(nèi)所投入使用的1003 工作面帶式傳送機(jī)的順槽機(jī)頭巖洞室中處于煤層最上端的頂板的設(shè)計(jì)中將整個(gè)煤層的斷截面的總長(zhǎng)度設(shè)定為43m。

整個(gè)礦區(qū)內(nèi)目前發(fā)現(xiàn)的141 個(gè)陷落柱，陷落柱分布無(wú)明顯規(guī)律，如果揭露陷落柱將給煤層開采帶來(lái)一定困難。首先，陷落柱本身比較破碎、松軟，容易卡死采煤機(jī)；其次，陷落柱的出現(xiàn)會(huì)改變周邊巖層的傾角，導(dǎo)致巖石破碎、煤層被壓疏，使陷落柱與煤層交界處極易冒頂，頂板控制比較困難，影響機(jī)械化生產(chǎn)。因此在設(shè)備進(jìn)行作業(yè)的時(shí)候首先對(duì)于XLZ-5 的30m 長(zhǎng)的陷落柱周圍的巖石進(jìn)行搗碎工作，而在實(shí)際的操作過(guò)程中，圍巖是比較難以被擊碎的，不容易輕易變形，這種情況的產(chǎn)生導(dǎo)致了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工作的施工人員的生命安全造成了一定程度上的威脅。所以施工單位先使用噴堆JCT-2 先對(duì)巷道進(jìn)行封閉操作，之后對(duì)巷道兩旁以及頂部的板面進(jìn)行注漿加固的操作，一般情況下，注漿的主要成分都是由水、455＊ 硅膠水泥土、JCT-6 融合劑以及JCT-4 混凝土固化膠幾種原料混合而成，之后再通過(guò)化學(xué)方法或者是物理方法將混合后的熔漿利用相關(guān)的機(jī)器設(shè)備將其注入到已經(jīng)破碎的巖石表面內(nèi)部[1]。

2.2 巷道圍巖支護(hù)分析

首先是要對(duì)陷落柱巖石內(nèi)壁的性質(zhì)進(jìn)行分析，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中不含有水的地方其巖層結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)講比較穩(wěn)定。其次是在高強(qiáng)度下的應(yīng)力錨索支護(hù)，陷落柱在高強(qiáng)度的應(yīng)力作用下，內(nèi)部的錨索結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一定程度上的形變，所以如果想要陷落柱變成項(xiàng)目施工所需要的形狀，就可以通過(guò)改變陷落柱內(nèi)壁的圍巖所承受的應(yīng)力大小即可。接著是對(duì)于錨桿的支護(hù)作用，在巷道的圍巖中使用錨桿可以最大程度的提升陷落柱的向心力，可以有效地避免巷道的頂部巖石塊脫落的現(xiàn)象出現(xiàn)，加強(qiáng)對(duì)于巖石開采操作的靈敏性。最后是對(duì)陷落柱的表面進(jìn)行噴漿的工作，在巷道掘進(jìn)完成后對(duì)其巖層的表面根據(jù)巖石長(zhǎng)期以來(lái)的風(fēng)蝕程度、雨水的侵蝕程度來(lái)對(duì)巖石的表面進(jìn)行封堵，防止在后續(xù)的收尾工作中有零碎的巖石塊掉落，造成安全隱患[2]。

2.3 陷落柱受力情況分析

在巷道掘進(jìn)的過(guò)程中，陷落柱的底部很容易與在石灰?guī)r中堆積的地下水發(fā)生物理反應(yīng)或者是化學(xué)反應(yīng)，長(zhǎng)此以往，陷落柱底部將逐漸與石灰?guī)r所處的低下環(huán)境融為一體，變成溶洞。而在陷落柱的垂直方向上面，由于頂層的巖石受到了來(lái)自于自身重力的影響會(huì)經(jīng)歷離層、頂部塌陷、壓實(shí)的幾個(gè)過(guò)程。而在水平方向上面，巖石又會(huì)受到側(cè)向推力的作用會(huì)使得整片巖石層會(huì)向陷落柱的中間位置偏移，使其巖石中的夾縫被后注入的溶膠而填滿。隨著陷落柱的不斷偏移，陷落柱的頂部底部將不會(huì)再被腐蝕，同時(shí)在陷落柱周圍巖石所承受的整體的應(yīng)變力變化非常顯著，在高區(qū)的應(yīng)變力明顯下降，而在低區(qū)的應(yīng)變力明顯提高。在此基礎(chǔ)上，設(shè)巖石的高度為h，那么在整片的巖石坍塌以后，在巖石表面的巖體將會(huì)逐漸脫落到底部中來(lái)，對(duì)下層的巖石進(jìn)行破壞，假設(shè)上層表面巖石下落的高度也為h，即巖石高度和下落高度相同。底層巖石表面所承受的壓力與陷落柱中間部分的距離可用公式表現(xiàn)為

其中k 表示受力指數(shù)，k=2 到4

H 表示巖體的下落高度

C 表示石灰?guī)r的粘合力系數(shù)

Φ 表示巖石的傾斜角度

f 表示巖石與陷落柱之間的摩擦系數(shù)

通過(guò)這個(gè)公式可以看出對(duì)于巖石不同的下落高度X0 的數(shù)值也不相同，會(huì)受到很多因素的影響，在垂直方向或者是水平方向上面，升高區(qū)和降低區(qū)受到壓力的影響，容易在陷落柱的中部產(chǎn)生一定范圍內(nèi)的錯(cuò)亂，使整個(gè)陷落柱的受力情況變得復(fù)雜化。

同時(shí)在使用UDCE 對(duì)陷落柱的受力情況進(jìn)行數(shù)值上的模擬分析時(shí)，根據(jù)設(shè)備所穿過(guò)開采區(qū)域時(shí)，得到的不同的地質(zhì)情況來(lái)看，當(dāng)運(yùn)用Mohr-Coulomb 數(shù)據(jù)分析模型對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行分析時(shí)，將所要檢測(cè)的區(qū)域數(shù)值設(shè)定為寬220m、高95m、將整個(gè)設(shè)備的壓力系數(shù)設(shè)置為1．5 并在模型的頂部施加9MPa 的外部側(cè)壓，同時(shí)在兩端施加8．5MPa 的壓力，之后通過(guò)相關(guān)的計(jì)算得出在此壓力模型之下，對(duì)陷落柱產(chǎn)生最大的影響范圍為距離陷落柱底部8 到15m 的地方[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)整篇文章對(duì)于巷道掘進(jìn)過(guò)程中過(guò)陷落柱施工技術(shù)應(yīng)用情況的相關(guān)探討，可以了解到對(duì)于煤礦開采的工程來(lái)講，在施工前期對(duì)于煤炭開采區(qū)域地質(zhì)情況的掌握程度對(duì)于后續(xù)的開采工作的順利進(jìn)行有著很大的幫助，同時(shí)通過(guò)鈿桿的使用可以有效的提高陷落柱的抗剪性以及受力承受范圍。