和志偉

(山西長治王莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046000)

由于煤系地層的復(fù)雜性，在一些礦區(qū)的煤系地層中出現(xiàn)了多種地質(zhì)構(gòu)造，對礦井安全高效生產(chǎn)造成了一定的影響[1-2]。陷落柱便是其中最為常見的一種，在采掘工作面遇到陷落柱時，如果不及時采取安全措施，可能會導(dǎo)致冒頂事故[3]。目前工作面過陷落柱的方法主要有兩種：①強行通過，采用該方法必須對工作面頂板進(jìn)行專項管控，防止冒頂事故的發(fā)生；②重新開切眼，該方法雖然降低了頂板安全隱患，但增加了礦井生產(chǎn)成本，直接影響礦井的正常采掘接續(xù)[5]。本文以15201工作面過陷落柱為背景，通過有效的安全技術(shù)措施，強行通過了陷落柱，并保證了工作面安全生產(chǎn)。

1 工程概況

15201綜采工作面位于15號煤二盤區(qū)，煤層平均厚度4.5 m，平均傾角4°，工作面長度246 m，推進(jìn)長度1 862 m，回采巷道寬度為4.2 m，高度為3.5 m。當(dāng)工作面回采至1 122 m位置時，靠回風(fēng)側(cè)出現(xiàn)了X18陷落柱，如圖1所示。陷落柱長軸為80.5 m，短軸為57.5 m，柱內(nèi)巖石充填雜亂，主要被石灰?guī)r、泥巖、細(xì)粒砂巖等充填，巖石充填密實，碎塊棱角明顯、大小混雜、形狀不一、膠結(jié)程度較好，經(jīng)鉆探不導(dǎo)水。陷落柱X18與上覆巖層接觸面為不規(guī)則的鋸齒狀，受柱體坍塌影響，當(dāng)工作面穿過陷落柱時有可能出現(xiàn)柱體內(nèi)巖石垮落。

圖1 15201工作面陷落柱分布

2 過陷落柱方法的選擇

為了降低成本且不影響礦井正常生產(chǎn)，15201工作面選擇對陷落柱進(jìn)行加固，保證安全的情況下強行通過。目前，強行過陷落柱最好的方法就是對陷落柱進(jìn)行注漿加固。注漿加固技術(shù)常被用于提高破碎巖體的強度，通過對破壞巖體內(nèi)進(jìn)行注漿，漿液逐漸充滿破碎巖石之間的縫隙、裂隙，將其很好地粘結(jié)起來形成一個整體，從而提高巖體的整體強度。因此保證工作面安全通過陷落柱，注漿加固技術(shù)是很好的選擇。

3 注漿加固技術(shù)方案

注漿加固位置選擇在工作面距離陷落柱邊緣10 m處，注漿范圍為陷落柱沿工作面走向前后10 m，共70.5 m?？紤]到工作面超前應(yīng)力對陷落柱的影響，會造成回風(fēng)巷道回采幫煤壁破碎、片幫，因此考慮首先采用淺孔注漿加固工作面回風(fēng)巷內(nèi)回采幫煤體，防止注入陷落柱的漿液沿煤壁裂隙滲漏，其次實施深孔正式對陷落柱進(jìn)行加固，提高其強度，保證其完整性。

3.1 注漿孔的布置

1) 淺孔布置。淺部注漿孔布置沿工作面走向在陷落柱邊緣前后10 m范圍，共計70.5 m，設(shè)計兩排鉆孔，鉆孔平行布置，孔深4 000 mm，鉆孔直徑42 mm，上排距離頂板500 mm，鉆孔排距1 000 mm，下排距離底板2 000 mm，鉆孔間距2 500 mm，共計施工62個淺孔，所有鉆孔垂直于煤壁打設(shè)，具體布置如圖2所示。

圖2 淺孔布置示意

2) 深孔布置。深部注漿孔布置沿工作面走向陷落柱內(nèi)部布置，共計范圍57.5 m，設(shè)計1排鉆孔，鉆孔圍巖巷道中部，鉆孔直徑42 mm，孔深6 000 mm，鉆孔角度32～34°，距離底板2 000 mm，鉆孔間距5 000 mm，具體布置如圖3所示。

3.2 注漿材料的選擇

為了降低材料成本，根據(jù)鉆孔的要求，配置不同水灰比的漿液進(jìn)行充填。陷落柱由于裂隙比較發(fā)育，需要高強度漿液，因此深孔漿液按照水灰比0.6∶1進(jìn)行注入充填；淺孔主要是封堵漏漿通道，要求強度不高，因此淺孔漿液水灰比按照1.1∶1進(jìn)行注入充填。

圖3 深孔布置示意

3.3 施工工藝

為了保證注漿效果，根據(jù)工作面煤巖強度情況，對于淺部孔主要封堵煤體裂隙，強度較小，因此注漿壓力保持在4～8 MPa，深部孔要對陷落柱內(nèi)巖體間隙進(jìn)行充填，注漿壓力應(yīng)保持在12～15 MPa。在施工過程中應(yīng)該先打設(shè)淺部注漿孔，先打第1排，后打第2排，最后打深部孔，依次順序施工，每個鉆孔施工完畢立即進(jìn)行注漿，每個鉆孔的用量以煤壁返出漿為宜。

4 其他安全措施

1) 松動爆破。當(dāng)遇到巖石變硬段，煤機無法切割時，采取在煤壁放松動炮落石，采煤機掃底裝巖的方式回采，打眼采用7655型風(fēng)鉆，D42 mm鉆頭。炮眼布置視陷落柱結(jié)構(gòu)完整性和巖體硬度而定。

2) 頂板管理。工作面過陷落柱時，要緊跟前滾筒超前拉架管理頂板。煤體出現(xiàn)片幫時互幫板打出后，距離煤墻仍然超過300 mm時，及時超前移架管理頂板。

3) 瓦斯管理。過陷落柱期間密切關(guān)注上隅角及工作面瓦斯變化情況，由瓦斯員對架間、人行道及陷落柱揭露處前后5組架的瓦斯進(jìn)行測量，任何一處超過0.8%時必須停機處理。放松動炮時，安排專人對上隅角、回風(fēng)口10 m進(jìn)行監(jiān)護。過陷落柱段要保證支架滅火器完好，相鄰架間提前配置灑水管，在割巖石時，安排專人用灑水管對截割部位進(jìn)行灑水除塵、降溫作業(yè)，防止產(chǎn)生火花，造成火災(zāi)或瓦斯事故。

4) 支架架型管理。作業(yè)前必須認(rèn)真檢查支架各裝置的完好性，發(fā)現(xiàn)有變形、斷裂、損壞，應(yīng)及時更換。架間浮煤清理干凈，以確保支架拉架到位，若支架間隙較大時，要及時打出側(cè)護板，防止架間漏矸傷人。

5 應(yīng)用效果

15201工作面揭露陷落柱后，煤壁整體完整，僅在陷落柱煤巖交界處出現(xiàn)了輕微片幫，片幫范圍5～6架，深度100～200mm。生產(chǎn)過程中遇到了一次堅硬巖石，采用松動爆破順利處理。過陷落柱期間工作面支架狀態(tài)良好，未出現(xiàn)倒架現(xiàn)象，支架初撐力、工作阻力均已達(dá)標(biāo)。充分證明通過實施提前注漿加固技術(shù)能夠保證15201綜采工作面安全順利通過陷落柱。

6 結(jié) 語

1) 通過采取對陷落柱注漿加固，工作面強行通過的方法進(jìn)行陷落柱區(qū)域的回采，并確定了注漿范圍為陷落柱沿工作面走向前后10 m，共70.5 m。

2) 根據(jù)現(xiàn)場實際情況，決定采用深淺孔配合的注漿方式，并對注漿孔的布置、材料選擇、施工工藝等進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

3) 15201工作面采取深淺孔注漿加固后安全通過了X18陷落柱，并未發(fā)生大面積片幫、冒頂事故，為類似工作面過陷落柱提供了借鑒。