1 地质概况

1.1 三维勘探

根据三维地震勘探一次解释结果显示，常村煤矿S3-13工作面内部不存在陷落柱；但经过专业的物探研究单位重新进行地震数据体二次解释，在工作面中北部发育有aXn9陷落柱，控制程度为较可靠，陷落柱平面形态为不规则近圆形，直径约65 m。

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1.2 钻探探测

为了进一步确定陷落柱的发育形态、大小及导水性，对陷落柱进行了钻探探测，陷落柱的钻探探测均在井下形成的巷道内进行，共分为两期：前期探测工程在胶带巷掘进过程中，采用井下超前探钻机打钻的方式对陷落柱进行水平方向的初步水文地质条件探测；后期探测工程在工作面形成后，针对陷落柱前期确定的边界及导水性，采用钻探、物探及化探等综合方法对陷落柱的探测结果进行分析。

通过对陷落柱进行了七个探眼钻探(探眼参数如表1)以及其他方法的探测结果综合分析表明，位于3号煤层范围内的陷落柱形态与三维地震勘探二次解释结果显示的位置及参数有一定的出入，陷落柱的中心位置向西南偏移18 m，南北方向的长度缩短30 m。即陷落柱东西方向长65.8 m，南北方向长35.5 m，为不规则椭圆形。陷落柱东边界距胶带巷西帮6 m，北边界距切眼南帮246 m。二次解释与七个探眼精准探测分析对比如图1所示。

通过分析论证，决定采取先注浆，然后直接推过陷落柱的方法。

 

表1 探眼参数

  

编号探眼位置/m探眼角度/(°)探测结果1P8往南15.8 +813.5 m煤45 m岩10 m煤+1013 m煤34 m岩15 m煤+1213 m煤47 m岩10 m煤+513.5 m煤30 m岩6 m煤20.5 m岩2P8往南0.8+77. 5 m煤64.5 m岩+96 m煤64.5 m岩7.5 m煤+116 m煤64.5 m岩10 m煤3P8往北15 +1080 m全煤4P8往南30 +975 m全煤5P8往南23 +970 m全煤6P8往北9.5 +1023.5 m煤46.5 m岩10 m煤7P8往北12.5 +1030 m煤28.5 m岩10 m煤

  

图1 二次解释与七个探眼精准探测分析对比

2 过陷落柱工艺

2.1 深孔注浆

工作面敷设两趟D32 mm排水管，在工作面机头接两台风泵向胶带巷超前棚积水坑内导水，在转载机机头处接两台风泵和两台电泵(一台22 kW、一台37 kW)，向列车外水箱内导水，水箱内接两台22 kW电泵，分别接两趟排水管向S3永久水仓排水，在胶带巷最低点处接两台卧泵作为防突系统。

当工作面回采到距前期探测陷落柱边界15 m时，开始在工作面煤墙打探眼确认陷落柱详细揭露架次。打眼深度5～16 m不等，垂直煤墙进行钻探。并根据陷落柱在切眼方向的长度、轮廓情况调整打钻间距，确保打中最先揭露陷落柱的位置，为下一步的顺利通过打下基础。

  

图2 水泥浆与化学浆孔示意(mm)

2.2 顶板加固

首先在胶带巷内对应陷落柱及前后15 m补强锚索支护，由原来的“小三花”改为“小五花” ，其次在回采至距陷落柱20 m前将胶带巷超前棚由30 m延长至50 m，支护方式由棚距(1±0.1)m改为(0.6±0.1) m。另外根据巷道来压情况，提前在胶带巷备用30根4 m工字钢，用于出现巷道压力显现明显时及时加密支护。

2.3 完善排水系统

针对陷落柱的特殊情况，首先是过陷落柱之前在胶带巷对陷落柱内进行注水泥浆和化学浆。其中，水泥浆孔分上、下两排布置，上排孔中心距底板为1.8 m，下排孔中心距底板为1.4 m，排距为400 mm，每排孔的孔间距为3 m；下排孔布置在上排孔的两孔正中间，确保任意两孔的水平距离为1.5 m；化学浆孔中心距底板1.8 m打设，排距为4 m(如图2)。共计布置水泥孔28个，使用水泥25 t，改性液6.3 t；化学浆孔14个，使用天地加固料5 t。其次是过陷落柱期间在影响范围内的胶带巷里帮注大成加固I号，孔参数和化学浆孔参数相同，注8个眼，用料约7 t，回采证明提前注浆大大加强了三角区、陷落柱揭露区域以及煤岩交界处的顶板完整性和支护安全性。

过陷落柱过程中，陷落柱范围内工作面推进需参考胶带巷底板和工作面内煤层底板变化情况，保证陷落柱范围内的大溜平直，若岩石松软，采取机组直接截割作业；若岩石变硬，采取放松动炮措施，采煤机扫底装岩的方式进行回采。扫底过程中，要随时观察顶板，发现顶板有漏矸或帮有滑坡现象，要及时停机上料管理顶板。支架工采用追机作业及时带压移架，减小空顶距离，缩短空顶时间，陷落柱揭露面适当将采高降为(2.8±0.1) m，这样更利于顶板维护管理。

2.4 切眼内钻探施工

3、围堰平整土地。对于缓起伏沙地地形，水分流失、肥力不足问题显著。相对高度在5米以上的大中型沙丘采用乔灌木封育措施；5米以下的小沙丘或缓起伏沙地进行高地高平、低地低平，然后打埂围堰种植。

工作面垂直煤墙打钻结果显示，陷落柱边界与前期胶带巷探测结果稍有不同，长轴为近东西方向，长度65 m，短轴为近南北方向，长度32 m。具体陷落柱边界对比示意如图3所示。

2.5 采煤工艺

从有关部委及权威人士处获悉，包括农村土地征收、集体经营性建设用地入市、宅基地制度改革在内的“三块地”改革试点即将收官，近期将重点完成承包地确权登记颁证工作。

  

图3 切眼和巷道探陷落柱轮廓对比平面

2.6 爆破工艺

过陷落柱区域时，如陷落柱出现较完整较硬岩体，采用“五花”布置3排炮眼，炮眼间排距1.5 m×1 m，炮眼深度为1.8～2.0 m，底眼与水平夹角10°，其余炮眼垂直打设。局部切割困难时，可将炮眼间排距缩小为1.0 m×1.0 m，如出现岩石破碎，切割较易时由采煤机直接通过的方式进行。每个炮眼装药量视岩石岩性而定，装药量为最大为4卷，封泥长度不得小于500 mm。放炮作业分区段实施，执行一次装药、一次起爆，最大爆破长度不超15 m，最多爆破眼数45个。每孔装药量为4卷，最多同时起爆45个炮眼，最大装药量为36 kg。

从实验结果来看，A和B用量比例为1∶1.1～1.2时，粘度在60mPa.s以上，当B用量过多时增粘不明显，可能由于有机胺直接发生缩合生成其他副产物影响稠化剂增粘。A和B用量任意比例合成，稠化剂的稠化时间均在5min以内，说明原材料用量对稠化时间不影响。因此，确定长链烯基A和有机胺B用量最佳比例为1∶1.5。

2.7 瓦斯管理

工作面发生冒顶、漏顶时，必须暂停采煤，机组过空顶、漏顶区域前必须检查机组前方的支架顶部瓦斯浓度，只有浓度小于1.5%时，方可回采作业。工作面相连的采空区空顶超过0.5 m3且瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止作业，采取措施处理。另外过陷落柱期间要密切关注上隅角及工作面瓦斯变化情况，发现瓦斯涌出异常要立即停机进行处理。机组在割碎石头时，要保证采煤机内外喷雾的喷雾效果，使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，造成瓦斯事故。

该工作面回采推进245 m时揭露aXn9陷落柱，首先在27～28架开始揭露，随着推进现场最大揭露架次为3～46号架，回采46刀煤后过完陷落柱，每天保证不低于1.5个正规循环，总共用35 d时间顺利推过aXn9陷落柱。