工作面安全快速过陷落柱支护体系研究

赵 源

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司，山西 孝义 033000）

引言

陷落柱是北方地区煤炭回采时较为常见的构造类型，当煤炭回采区域内发育有陷落柱时煤层顶底板稳定性会明显降低，在采掘过程中容易出现顶板冒落问题[1-3]。同时由于陷落柱内裂隙发育，也是良好的导水、导气通道，但当陷落柱与附近含水层、煤层联通时会出现突水、瓦斯异常涌出等问题[4-7]。因此，如何安全快速过陷落柱是矿井煤炭回采时需要重点解决的问题。以山西某矿11505 综采工作面为工程研究对象，提出采用注浆等安全措施确保采面安全、快速过陷落柱，现场取得较好应用成果。

1 11505 综采工作面概况

11505 综采工作面位于5 采区，设计推进距离1 506 m、切眼斜长245 m，主要回采11 号煤层，煤层厚度4.4 m，埋深590 m，倾角3°。11 号煤层直接顶、基本顶岩性分别为砂质泥岩（3.6 m）、粉砂岩（10.5 m），直接底为炭质泥岩（2.3 m），采用大采高回采工艺。

采面回采巷道掘进期间揭露有X14 陷落柱，根据回采巷道揭露情况并结合物探、钻探资料，发现X14 陷落柱边缘距离采面运输顺槽约19 m，影响采面推进距离约43 m。陷落柱呈椭圆形，长轴、短轴长度分别为53 m、86 m，内部主要为破碎的砂岩、砂质泥岩并通过泥岩胶结，稳定性较差。具体采面内X14陷落柱位置见图1 所示。

图1 采面内X14 陷落柱位置示意图

2 采面过陷落柱存在问题分析

1）采面在回采遇陷落柱时，11 号煤层顶板较为破碎，液压支架顶梁与顶板岩层间接触不严密，使得液压支架初撑力达不到设计要求。同时当采面存在有一定倾角时容易导致液压支架出现倾斜。采面过陷落柱期间由于支架顶板控制效果较差，容易出现顶板垮落、支架顶梁损坏等问题。

2）在X14 陷落柱内部岩体主要为砂质泥岩、砂岩，强度低、胶结性差。在采面过陷落柱期间若不采取适当的安全措施对陷落柱内岩体进行加固，使用带压摩擦过陷落柱方法容易引起采煤机、液压支架等设备损坏，严重时甚至出现采面顶板大面积垮落问题。

3）在陷落柱影响范围内（一般在距陷落柱边缘10 m 范围内），煤体稳定性较低，抗剪以及抗压强度均较低，工作面在此范围内推进时煤壁容易出现片帮问题，若不提前采取加固措施严重时会导致生产停滞。

3 工作面安全快速过陷落柱技术措施

为确保11505 综采工作面安全、快速通过X14陷落柱，决定在过陷落柱前采用注浆方式对煤体进行加固，在过陷落柱期间使用恒阻锚索悬吊+撞锲超前支护确定顶板稳定。

3.1 过陷落柱前煤体加固技术

在11505 综采工作面回采推进至553 m 位置，此时距离陷落柱边缘约为10 m，在受到陷落柱影响的1 号～18 号液压支架间布置注浆钻孔对煤壁进行加固。注浆钻孔间隔3 000 mm、深度5 000 mm，倾角为25°，推进3.2 m（采面推进速度为3.2 m/d）后再布置一排注浆孔，确保注浆孔间有1.5 m 叠加距离，注浆钻孔施工集中在检修班。注浆钻孔施工完毕后，采用高压泵向钻孔内注入马丽散，从而有效提高注浆区域内煤体稳定性。具体采面内注浆钻孔布置见图2 所示。

图2 采面内注浆钻孔布置图

3.2 过陷落柱期间顶板管理措施

3.2.1 施工撞锲

当工作面揭露X14 陷落柱后，在1 号—19 号支架前方施工一排钻孔，钻孔间距、孔深分别为2.0 m、4.0 m。钻孔施工完毕后孔内安装直径30 mm、长度4.0 m 长树脂锚杆，并使用锚固剂锚固。锚固后的锚杆应与采面煤壁垂直。

待第一排树脂锚杆施工完毕后，采煤机正常割煤，单刀进尺控制在500 mm 以内，割煤长度达到5 m后及时前移刮板输送机以及液压支架，液压支架采用带压摩擦移架方式。当采面推进长度达到3.5 m后，施工第二排树脂锚杆。第二排树脂锚杆与第一排树脂锚杆交叉布置，叠加距离控制在500 mm。

3.2.2 恒阻锚索吊棚支护

为了进一步提高采面过陷落柱期间顶板稳定，采用迈步式恒阻锚索施工吊棚对顶板进行控制。恒阻锚索吊棚结构由11 号工字钢、恒阻锚索（2 根）构成，11 号工字钢长度3.5 m，并在工作钢上施工2 个直径30 mm 钻孔、钻孔间距为1 800 mm，以便锚索悬吊；使用的恒阻锚索规格为Φ21.6 mm×5 000 mm。

当采面揭露陷落柱后即开始布置锚索吊棚，吊棚与采面煤壁平行布置，棚间距控制在1.5 m，相邻的2 排吊棚呈迈步式方式布置。

4 应用效果分析

于2020 年5 月12 日采面揭露X14 陷落柱，截至2020 年5 月28 日采面完全推进过陷落柱，共计耗时16 d。在过陷落柱期间采面推进速度平均3.2 m/d，推进速度与采面正常回采保持一致；由于提前采用注浆、施工撞锲、恒阻锚索悬吊等方式对破碎煤体、顶板破碎岩层等进行加固，采面过陷落柱期间未出现煤壁片帮、顶板冒落问题，液压支架工作阻力始终在合理范围内，过陷落柱期间监测发现采面顶板下沉量值控制在115 m 以内。现场应用表明，文中所提安全技术措施可满足采面安全、快速过陷落柱需要。