CN105587321A - 过陷落柱采掘工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿井下采掘技术，具体为一种应用于特殊地形的过陷落柱采掘工艺。采用物探先行，钻探验证，创新掘进工艺技术，工作面掘进时：采用机掘和炮掘相结合的工艺施工该巷段。针对工作面顶板破碎，维护难，施工难，对现有支护材料和支护技术及施工工艺进行创新性整合，采用分段支护的方式维护掘进过陷落柱的破碎顶板。创新支护技术，科学的确定过特殊地质构造的开采技术方案，降低煤矿企业成本，增加了煤炭资源回收率，实现了矿井的高产高效开采，用最少的投入获得了最大的收益，取得了极大的经济效益，所以极具推广应用前景。

Description

过陷落柱采掘工艺

技术领域

本发明涉及煤矿井下采掘技术，具体为一种应用于特殊地形的过陷落柱采掘工艺。

背景技术

岩溶是发育分布在石灰岩地层中，由流动的地下水进行长期的溶蚀作用而形成的。在石灰岩中古代溶洞非常发育，由于地下水的不断溶蚀、洞穴越来越大。在地质构造力和上部覆盖岩层的重力长期作用下，有些溶洞发生坍塌，这时覆盖在上部的煤系地层也随之陷落，于是煤层遭受破坏。由于这种塌陷呈圆形或不甚规则的椭圆形柱状体，因此叫陷落柱。

在实际工作过程中，同煤集团四老沟矿某工作面巷道掘进过程中揭露一陷落柱及其衍生断层6条，此陷落柱的构造呈圆形，直径60米，侵入工作面长约50米，陷落柱内全岩，岩性为致密坚硬砂岩，掘进机不能直接破断推进，回采时采煤机不能强推通过。由于陷落柱及其衍生断层带的存在对掘进作业及回采工作面正常推进开采造成了严重影响，为了不影响生产，保证工作面顺利回采，研究采掘工作面过特殊地质构造的技术显得极其重要。

发明内容

本发明的目的在于研究采掘工作面过特殊地质构造-陷落柱的采掘技术工艺。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种过陷落柱采掘工艺，包括如下步骤：

（1）、掘进前，采用超前物探探明巷道前方煤层位置，钻探验证陷落柱的产状，先提前在该处注入玛丽散使顶板及围岩保持完整性，然后再进行掘进施工。

（2）、掘进施工工艺

a、巷道掘进时打眼爆破施工工艺，打眼布置方式如下：

掏槽眼4个，每眼装药5.0卷，每卷药量1000g，眼深1.7米；

松动眼3个，每眼装药4.0卷，每卷药量800g，眼深1.5米；

周边眼18个，其中顶眼6个，每眼装药3.0卷，每卷药量600g，眼深1.7米，距顶300mm，距帮200mm，眼距600mm；

施行全断面一次爆破。

b、采用机掘和炮掘相结合的工艺施工该巷段。

（3）、支护工艺

对陷落柱的入口和出口两段巷道顶板，永久支护采用6.2米长、直径15.24mm的锚索，配合2根600mm长锚索树脂，吊挂3.2米长工字钢梁，维护顶板；其中，锚索与顶板夹角50°，排距×间距=2.0×1.0m。

对陷落柱顶板破碎带其余巷段，永久支护采用6.2米长、直径15.24mm的锚索，配合2根600mm长锚索树脂，下垫规格为250×250mm钢托板，锚索与顶板夹角90°，排距×间距=2.0×1.0m，维护顶板。

其余临时支护全部采用2米长、直径18mm金属圆钢麻花树脂锚杆，配合一根350mm长快速锚杆树脂，端头锚固，排距×间距=1.0×1.0m，作为临时支护，上压金属网。

通过上述技术的应用，成功的维护住了该巷顶板，也同时顺利通过了该陷落柱及其断层，为回采节约了15天时间。

与现有技术相比具有如下优点：

1、采用机掘和炮掘相结合的工艺施工该巷段。

2、针对工作面顶板破碎，维护难，施工难，对现有支护材料和支护技术及施工工艺进行创新性整合，采用分段支护的方式维护掘进过陷落柱的破碎顶板。

3、运用深孔爆破技术对陷落柱进行深孔预裂松动爆破。

4、运用预注马丽散联合锚索、锚杆支护的方式维护断层带顶板。

本采掘技术方案设计合理，充分利用现有先进技术工艺，采用物探先行，钻探验证，创新掘进工艺技术，炮、机掘相结合，创新支护技术，科学的确定过特殊地质构造的开采技术方案，降低煤矿企业成本，增加了煤炭资源回收率，实现了矿井的高产高效开采，用最少的投入获得了最大的收益，取得了极大的经济效益，所以极具推广应用价值。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。

针对大同煤矿集团有限责任公司的四老沟矿404盘区采14#煤层，煤层为缓倾斜。直接顶为深灰色砂质泥岩、页岩与细砂岩互层较坚硬。厚度平均为10米，老顶为灰色、灰白色粉砂、细砂岩，成分以石英为主，平均厚度为14.5米。掘进工作面2423面在掘进243米处遇陷落柱，陷落柱附近有多条伴生断层发育，走向为南北走向。针对这一现实情况，在掘进2423巷243米时，采用超前物探探明巷道前方煤层位置，钻探验证陷落柱的产状。由于陷落柱及其伴生断层的影响，2423工作面过陷落柱段，顶板破碎且围岩压力分布不均，无规律。掘进前，先提前在该处注入玛丽散使顶板及围岩保持完整性，然后再进行掘进施工。

（1）施工工艺

巷道掘进时采用炮掘施工工艺，施工时多打眼少装炮，最大程度的保存了工作面顶板及其围岩的完整性，保证了巷道规格和掘进进度，为矿井掘进安全生产及回采顺利出煤提供了有利保障。

巷道掘进时打眼爆破施工工艺为：

掏槽眼4个，每眼装药5.0卷（1000g），眼深1.7米；

松动眼3个，每眼装药4.0卷（800g），眼深1.5米；

周边眼18个，其中顶眼6个，每眼装药3.0卷（600g），眼深1.7米，距顶300mm，距帮200mm，眼距600mm。

施行全断面一次爆破。

采用机掘和炮掘相结合的工艺施工该巷段。

（2）支护技术

经过对井下现场实际的勘查结合支护理论分析，针对实际情况支护工艺如下：

对皮带巷与陷落柱交叉处（即陷落柱的入口和出口）两段巷道顶板，永久支护采用6.2米长，φ15.24mm的锚索，配合2根600mm长（一根快速，一根中速）锚索树脂，吊挂3.2米长工字钢梁，维护顶板。其中，锚索与顶板夹角50°，排距×间距=2.0×1.0m。

对陷落柱顶板破碎带其余巷段，永久支护采用6.2米长，φ15.24mm锚索，配合2根600mm长（一根快速，一根中速）锚索树脂，下垫250×250mm钢托板，锚索与顶板夹角90°，排距×间距=2.0×1.0m，维护顶板。

临时支护全部采用2米长，φ18mm金属圆钢麻花树脂锚杆，配合一根350mm长快速锚杆树脂，端头锚固，排距×间距=1.0×1.0m，作为临时支护，上压金属网。

通过上述支护技术的应用，成功的维护住了该巷顶板，也同时顺利通过了该陷落柱及其断层，为回采节约了15天时间。

上述工作面掘进时：采用机掘和炮掘相结合的工艺施工该巷段。针对工作面顶板破碎，维护难，施工难，对现有支护材料和支护技术及施工工艺进行创新性整合，采用分段支护的方式维护掘进过陷落柱的破碎顶板。

回采时：运用深孔爆破技术对陷落柱进行深孔预裂松动爆破。运用预注马丽散联合锚索、锚杆支护的方式维护断层带顶板。

回采工艺简述如下：

（1）、工作面陷落柱和断层情况的分析

四老沟矿某盘区14#煤层8423工作面东部为南羊路村庄保护煤柱（小窑破坏区），南部为404皮带下山，西部为已采的8405工作面，北部为我矿与其他矿矿界，上覆为11#层8104工作面采空区，平均煤厚为4.55m，采高为3m。从切眼开始，工作面推进至350m处遇到陷落柱，在2423巷揭露走向长度为28米，深入工作面长约50m，全岩，岩性为一般砂岩，坚硬。工作面从切眼开始，推进至300m处遇到一断层带，垂直断距为1m左右，在2423巷揭露走向长度26m，基本为全岩，岩性为砂岩坚硬或碳质泥岩。在2423巷揭露可知，陷落柱和断层基本紧靠，生产时先过断层，再过陷落柱，全岩长度为54米，陷落柱地段巷道水平，断层带区域有7°左右倾角，断层和陷落柱在2423巷的实际高度为2.5m。

（2）过特殊地质构造开采技术运用情况

为达到减少8423综采工作面搬家次数，一次性顺利回采，最大程度实现矿井节支降耗、安全高效生产的目的，四老沟矿在8423工作面开采初期决定结合深孔爆破技术提前对2423巷断层带及陷落柱影响的长54m的全岩段进行深孔松动爆破。依据8423工作面顶、底板岩性为坚硬的细砂岩及陷落柱内以细砂岩为主的胶结其它砾岩、煤屑的复合坚硬岩层，深孔爆破的炮孔垂直于2423巷道煤壁，深度为50m；为了获得良好的预裂松动效果，炮孔为上下两排成三花眼布置；采用装1m药装1m炮土的间隔装药形式，考虑到爆破冲击波对巷道另一帮的冲击影响，装药装到离炮孔口6m处，剩余6m全部装炮土封孔，每装好10孔爆破一次，爆破效果良好。

同时，在8423工作面正常推进期间，为确保工作面过断层期间的安全顺利回采，在工作面推进到断层带时，对受断层影响工作面顶板破碎段进行预注浆，并结合锚杆、锚索联合钢带支护，对工作面煤顶进行加固。通过灌注马丽散结合锚杆、锚索联合支护的护顶方式，增加了断层带附近顶板的完整性，有效改善了断层带附近的煤、岩体结构，同时煤壁抗压强度有所增加，确保了8423工作面过断层期间的顶板安全。

经济效益如下：

通过选择合理的采掘技术方案，为四老沟矿多回收煤炭资源3.2万吨，创造经济效益1283万元。

3.2万吨×401元/吨＝1283.2万元。

同时回采一次性推进通过可减少一次工作面搬家，少掘一条150m的切眼费用，多回收煤炭资源21708吨，为四老沟矿创造效益：

工作面搬家费用：20万元；

150m切眼掘进费用：100万元；

21708吨×401元/吨=873.4万元；

总计：993.4万元。

创造效益共计：1283.2万元+993.4万元=2276.6万元。

总体性能指标比较如下：

通过对采掘工作面遇陷落柱采掘技术的研究，创新掘进工艺，支护技术，采用机掘和炮掘相结合的工艺施工该巷段。

针对工作面顶板破碎，维护难，施工难的现实情况，采用分段支护的方式维护掘进过陷落柱的破碎顶板。该工艺技术的运用，为四老沟矿8423工作面多圈出3.2万吨煤，创造经济效益1283.2万元。

同时，回采前对陷落柱进行深孔预裂松动爆破结合开采时对工作面顶板预注浆，运用锚杆、锚索联合支护，使四老沟矿实现了过较大型陷落柱及其伴生断层时综采工作面的直接推采。为四老沟矿减少一次工作面搬家，少掘一条150m的切眼费用，同时多回收煤炭资源21708吨，创造经济效益993.4万元。

在过特殊地质构造时，国内通常采取工作面搬家，重新掘开切眼或局部作“切割眼”的方式开采。造成丢三角煤，致使回采率降低、采掘接替失调，造成吨煤成本增加，降低了生产效益。反观四老沟矿综采工作面由于采取了行之有效的技术措施使工作面快速、安全通过了特殊地质构造带，同时极为安全高效，因此，四老沟矿通过特殊地质构造开采技术目前应处于国内先进水平。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。

Claims (1)

1.一种过陷落柱采掘工艺，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、掘进前，采用超前物探探明巷道前方煤层位置，钻探验证陷落柱的产状，先提前在该处注入玛丽散使顶板及围岩保持完整性，然后再进行掘进施工；

（2）、掘进施工工艺

a、巷道掘进时打眼爆破施工工艺，打眼布置方式如下：

掏槽眼4个，每眼装药5.0卷，每卷药量1000g，眼深1.7米；

松动眼3个，每眼装药4.0卷，每卷药量800g，眼深1.5米；

周边眼18个，其中顶眼6个，每眼装药3.0卷，每卷药量600g，眼深1.7米，距顶300mm，距帮200mm，眼距600mm；

施行全断面一次爆破；

b、采用机掘和炮掘相结合的工艺施工该巷段；

（3）、支护工艺

对陷落柱的入口和出口两段巷道顶板，永久支护采用6.2米长、直径15.24mm的锚索，配合2根600mm长锚索树脂，吊挂3.2米长工字钢梁，维护顶板；其中，锚索与顶板夹角50°，排距×间距=2.0×1.0m；

对陷落柱顶板破碎带其余巷段，永久支护采用6.2米长、直径15.24mm锚索，配合2根600mm长锚索树脂，下垫规格为250×250mm钢托板，锚索与顶板夹角90°，排距×间距=2.0×1.0m，维护顶板；

其余临时支护全部采用2米长、直径18mm金属圆钢麻花树脂锚杆，配合一根350mm长快速锚杆树脂，端头锚固，排距×间距=1.0×1.0m，作为临时支护，上压金属网。