張 紅

（霍州煤電集團汾河焦煤股份有限公司回坡底礦，山西 洪洞 041600）

0 引言

陷落柱是煤系下可溶性巖層經地下水強烈溶蝕后,形成一定的溶洞,經過地下各種地質因素的作用,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現象。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,甚至影響煤炭的質量,進而影響煤礦企業(yè)經濟效益[1-4]。

1 工作面概況

10-108工作面巷道底板最高點位于回風順槽“3”測點，底板標高+480.222 m，最低點位于膠帶順槽“J35”測點，底板標高+368.105 m，最高點和最低點高差為112.117 m。工作面為東一采區(qū)，南北均為未采區(qū)，東面接+556 m水平軌道大巷，西面為礦界。煤層埋深427～537 m。工作面采用走向長壁、后退式一次采全高全部垮落式綜合機械化采煤法。

2 E8陷落柱具體情況

E8陷落柱位于10-108工作面西南角，在工作面回采范圍之內，最近點距膠帶順槽14 m，距切眼15 m，俯視平面近似橢圓；該陷落柱長軸為南北方向，軸長81 m，短軸為東西方向，軸長61 m；陷落柱內不富水，填充物主要為中、粗粒砂巖和泥巖，塊狀，且大小不等，堆積無序。陷落柱不導水，不富水；柱體內巖性主要為泥質砂巖、中-細粒砂巖、泥巖等，塊狀，大小不一，無序堆積；膠結性好，硬度中等。

圖1 10-108工作面E8陷落柱探測邊界示意圖

圖2 10-108工作面E8陷落柱揭露區(qū)域示意圖

3 過陷落柱前期準備工作

1）規(guī)程措施編制。根據地測部提供的關于E8陷落柱水文地質情況和現場調研情況，對陷落柱揭露時可能出現的各種情況進行了分析，針對此次過陷落柱措施編制安全技術措施。

2）完善壓風系統(tǒng)。對工作面的壓風管路進行全面排查，存在漏風問題及時采取措施處理，保證工作面使用風動設備打眼作業(yè)時的供風風壓。增設兩通以保證多臺鉆機的同時運行。

3）完善排水系統(tǒng)。根據排水設計和現場實際情況，及時完善排水設備和排水管路。

4）材料配件備用。結合陷落柱的特點、工作面設備運行狀態(tài)及過陷落柱工序特點，分析確定易損設備配件（前后溜和轉載機刮板、鏈環(huán)、機組刀齒、滾筒、搖臂、支架液壓千斤頂等），確定其他需用材料配件和作業(yè)工器具；提前報計劃，并積極與相關部門溝通，陷落柱揭露前備用到現場。

4 頂板、煤墻管理

1）陷落柱邊界注漿。陷落柱兩側與煤體交接處，煤體酥碎，易片幫；每日對陷落柱邊界前后10 m范圍的注化學漿（大成1號）進行加固。從現場揭露效果看，注漿效果明顯，化學漿的擴散性和粘結性使煤體及圍巖得到有效加固，同時防止破碎區(qū)域繼續(xù)向兩側擴大。

2）改變爆破工藝。對全巖區(qū)域放震動炮時，由于頂、底板部分大塊堅硬的巖石未能全部暴露出來，按照既定的炮眼布置和裝藥爆破后巖石未完全碎裂，采高范圍仍有硬巖，頂、底區(qū)域機組無法切割，直接影響支架前移和頂溜。針對該現象及時改變打眼和裝藥工藝，若頂、板存在未完全暴露的大塊硬巖，則增大炮眼的角度，增加裝藥量（由2卷藥增加為3卷）；爆破后效果明顯，采高范圍頂底無遺留硬巖。

3）頂板上網。陷落柱揭露前期，工作面20-40號架范圍為急坡，頂板破碎，同時動態(tài)調整支架形態(tài)不斷對頂板擾動，形成惡性循環(huán)，導致該區(qū)域頂板管理困難。12月26日4點半，頂板注漿加固完成，開始在20-45號架范圍上單層金屬網，有效防止該區(qū)域架間漏矸，便于支架形態(tài)的調整，同時提高了推進效率。

5 過陷落柱工藝

5.1 多層次注漿管理頂板

在陷落柱揭露初期，切眼20-50號架區(qū)段為急陡坡，平均傾角為17°，最大傾角為20°，同時底板松軟，導致支架形態(tài)管理難度大，控頂效果差。工作面在19-35架出現擠架、咬架，支架傾斜問題，需進行支架擺架，對頂板的管控、加固尤為重要。

針對這一問題，利用注漿料不同膨脹系數，采用多層次頂板注漿加固，用淺孔注膨脹系數較大的注漿料對頂板裂隙進行封閉，用深孔注膨脹系數較小且黏結性強的注漿料進行加固，有效避免頂板裂隙的漏漿、跑漿，多層次化注漿，突破了過陷落柱頂板管理瓶頸，解決了頂板注漿漏漿、跑漿難題，降低了注漿成本，有效管控陷落柱影響區(qū)域的頂板，為調整支架形態(tài)提供有利條件。

原因分析：

1）在陷落柱揭露初期，工作面切眼地質條件復雜，從20-50架為急陡坡，且工作面底板松軟，支架隨陡坡底板傾斜，造成應力集中，繼而倒架。

2）在揭露初期，工作面急于推進，造成現場支架操作不當，造成擠架、咬架，進而導致支架傾斜。

3）工作面支架液管、液壓頂等老化嚴重，串漏液、自落情況嚴重，造成現場頂板支護效果差，支架操作困難。

總結：共計施工鉆孔43個，注新料833桶，注舊料1 402桶。經過頂板注漿，頂板完整性提高，便于工作面擺架、扶架操作。

圖3 10-108工作面E8E陷落柱揭露區(qū)域注漿情況示意圖

5.2 深孔預裂爆破試用

以往過陷落柱措施中，由于“陷落柱”巖石硬度高、難切割的情況，必須采用放炮作業(yè)。常規(guī)放炮打設炮眼數量多，且需分次爆破存在耗時長問題。此次過陷落柱中采用大孔徑深孔預裂爆破技術，在工作面陷落柱區(qū)段28-31號支架范圍內施工4個80 mm大孔徑鉆孔進行橫向爆破，促使孔間生成大量貫通裂隙，采煤機可直接截割通過，實現快速回采推進。

過陷落柱初期，每個炮眼裝藥量為400 g，在實際放炮過程中發(fā)現，效果不理想，特別頂底板嵌入煤墻未完全暴露在采高范圍的大塊硬巖，存在爆破后頂底區(qū)域機組仍無法截割，直接影響支架前移和頂溜，采高又無法保證。針對上述情況及時進行調整：炮眼設計長度為1 800 mm，眼距0.5 m，采用三花布置，裝藥量原則上每孔400 g，根據現場放炮松動效果，若遇巖石為砂巖時，每平米砂巖上打設的8個炮眼中有4個裝藥量可調整為600 g，全部藥卷正向裝藥；頂底角存在嵌入煤墻的大塊硬巖，將孔深更改為2.0 m，上排眼上仰角度調整為20°（設計角度18°），下排眼下俯角度調整為20°（設計角度18°）。后期的爆破效果證明，堅硬巖石更改每孔600 g炸藥，爆破效果良好，頂底角采高范圍硬巖破碎效果較好，機組可直接截割通過。

根據后期陷落柱通過情況跟蹤，通過陷落柱深孔預裂爆破封孔區(qū)段后，在工作面28-31號架段未進行常規(guī)爆破措施。工作面在此區(qū)段回采推進順利，未受到影響。爆破效果情況如下：

圖4 爆破效果情況圖

6 結論

1）遇地質構造必須有詳細的通過方案，明確遇特俗情況的應急處置措施。

2）頂板破碎嚴重區(qū)域，采用不同性能的注漿料多層次注漿加固管理頂板，效果顯著，可在今后頂板管理中推廣應用

3）深孔預裂試驗，在后期推進中驗證效果明顯，可在今后過陷落柱及斷層等地質構造中推廣。