和志伟

(山西长治王庄煤业有限责任公司，山西 长治 046000)

由于煤系地层的复杂性，在一些矿区的煤系地层中出现了多种地质构造，对矿井安全高效生产造成了一定的影响[1-2]。陷落柱便是其中最为常见的一种，在采掘工作面遇到陷落柱时，如果不及时采取安全措施，可能会导致冒顶事故[3]。目前工作面过陷落柱的方法主要有两种：①强行通过，采用该方法必须对工作面顶板进行专项管控，防止冒顶事故的发生；②重新开切眼，该方法虽然降低了顶板安全隐患，但增加了矿井生产成本，直接影响矿井的正常采掘接续[5]。本文以15201工作面过陷落柱为背景，通过有效的安全技术措施，强行通过了陷落柱，并保证了工作面安全生产。

1 工程概况

15201综采工作面位于15号煤二盘区，煤层平均厚度4.5 m，平均倾角4°，工作面长度246 m，推进长度1 862 m，回采巷道宽度为4.2 m，高度为3.5 m。当工作面回采至1 122 m位置时，靠回风侧出现了X18陷落柱，如图1所示。陷落柱长轴为80.5 m，短轴为57.5 m，柱内岩石充填杂乱，主要被石灰岩、泥岩、细粒砂岩等充填，岩石充填密实，碎块棱角明显、大小混杂、形状不一、胶结程度较好，经钻探不导水。陷落柱X18与上覆岩层接触面为不规则的锯齿状，受柱体坍塌影响，当工作面穿过陷落柱时有可能出现柱体内岩石垮落。

图1 15201工作面陷落柱分布

2 过陷落柱方法的选择

为了降低成本且不影响矿井正常生产，15201工作面选择对陷落柱进行加固，保证安全的情况下强行通过。目前，强行过陷落柱最好的方法就是对陷落柱进行注浆加固。注浆加固技术常被用于提高破碎岩体的强度，通过对破坏岩体内进行注浆，浆液逐渐充满破碎岩石之间的缝隙、裂隙，将其很好地粘结起来形成一个整体，从而提高岩体的整体强度。因此保证工作面安全通过陷落柱，注浆加固技术是很好的选择。

3 注浆加固技术方案

注浆加固位置选择在工作面距离陷落柱边缘10 m处，注浆范围为陷落柱沿工作面走向前后10 m，共70.5 m。考虑到工作面超前应力对陷落柱的影响，会造成回风巷道回采帮煤壁破碎、片帮，因此考虑首先采用浅孔注浆加固工作面回风巷内回采帮煤体，防止注入陷落柱的浆液沿煤壁裂隙渗漏，其次实施深孔正式对陷落柱进行加固，提高其强度，保证其完整性。

3.1 注浆孔的布置

1) 浅孔布置。浅部注浆孔布置沿工作面走向在陷落柱边缘前后10 m范围，共计70.5 m，设计两排钻孔，钻孔平行布置，孔深4 000 mm，钻孔直径42 mm，上排距离顶板500 mm，钻孔排距1 000 mm，下排距离底板2 000 mm，钻孔间距2 500 mm，共计施工62个浅孔，所有钻孔垂直于煤壁打设，具体布置如图2所示。

图2 浅孔布置示意

2) 深孔布置。深部注浆孔布置沿工作面走向陷落柱内部布置，共计范围57.5 m，设计1排钻孔，钻孔围岩巷道中部，钻孔直径42 mm，孔深6 000 mm，钻孔角度32～34°，距离底板2 000 mm，钻孔间距5 000 mm，具体布置如图3所示。

3.2 注浆材料的选择

为了降低材料成本，根据钻孔的要求，配置不同水灰比的浆液进行充填。陷落柱由于裂隙比较发育，需要高强度浆液，因此深孔浆液按照水灰比0.6∶1进行注入充填；浅孔主要是封堵漏浆通道，要求强度不高，因此浅孔浆液水灰比按照1.1∶1进行注入充填。

图3 深孔布置示意

3.3 施工工艺

为了保证注浆效果，根据工作面煤岩强度情况，对于浅部孔主要封堵煤体裂隙，强度较小，因此注浆压力保持在4～8 MPa，深部孔要对陷落柱内岩体间隙进行充填，注浆压力应保持在12～15 MPa。在施工过程中应该先打设浅部注浆孔，先打第1排，后打第2排，最后打深部孔，依次顺序施工，每个钻孔施工完毕立即进行注浆，每个钻孔的用量以煤壁返出浆为宜。

4 其他安全措施

1) 松动爆破。当遇到岩石变硬段，煤机无法切割时，采取在煤壁放松动炮落石，采煤机扫底装岩的方式回采，打眼采用7655型风钻，D42 mm钻头。炮眼布置视陷落柱结构完整性和岩体硬度而定。

2) 顶板管理。工作面过陷落柱时，要紧跟前滚筒超前拉架管理顶板。煤体出现片帮时互帮板打出后，距离煤墙仍然超过300 mm时，及时超前移架管理顶板。

3) 瓦斯管理。过陷落柱期间密切关注上隅角及工作面瓦斯变化情况，由瓦斯员对架间、人行道及陷落柱揭露处前后5组架的瓦斯进行测量，任何一处超过0.8%时必须停机处理。放松动炮时，安排专人对上隅角、回风口10 m进行监护。过陷落柱段要保证支架灭火器完好，相邻架间提前配置洒水管，在割岩石时，安排专人用洒水管对截割部位进行洒水除尘、降温作业，防止产生火花，造成火灾或瓦斯事故。

4) 支架架型管理。作业前必须认真检查支架各装置的完好性，发现有变形、断裂、损坏，应及时更换。架间浮煤清理干净，以确保支架拉架到位，若支架间隙较大时，要及时打出侧护板，防止架间漏矸伤人。

5 应用效果

15201工作面揭露陷落柱后，煤壁整体完整，仅在陷落柱煤岩交界处出现了轻微片帮，片帮范围5～6架，深度100～200mm。生产过程中遇到了一次坚硬岩石，采用松动爆破顺利处理。过陷落柱期间工作面支架状态良好，未出现倒架现象，支架初撑力、工作阻力均已达标。充分证明通过实施提前注浆加固技术能够保证15201综采工作面安全顺利通过陷落柱。

6 结 语

1) 通过采取对陷落柱注浆加固，工作面强行通过的方法进行陷落柱区域的回采，并确定了注浆范围为陷落柱沿工作面走向前后10 m，共70.5 m。

2) 根据现场实际情况，决定采用深浅孔配合的注浆方式，并对注浆孔的布置、材料选择、施工工艺等进行了详细阐述。

3) 15201工作面采取深浅孔注浆加固后安全通过了X18陷落柱，并未发生大面积片帮、冒顶事故，为类似工作面过陷落柱提供了借鉴。