霍洛灣煤礦綜采工作面礦壓顯現(xiàn)分析研究

王洋

【摘要】在當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的新形勢(shì)下，煤炭開(kāi)采技術(shù)的研究必須要面對(duì)國(guó)內(nèi)外兩個(gè)共同市場(chǎng)，從面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)出發(fā)，立足于煤炭開(kāi)采技術(shù)的前沿，以我國(guó)煤炭資源戰(zhàn)略發(fā)展所必須的儲(chǔ)備為根本進(jìn)行深入總結(jié)和分析，使得煤炭能夠保持持續(xù)、穩(wěn)定的開(kāi)發(fā)。本文就內(nèi)蒙古自治區(qū)霍洛灣煤礦綜開(kāi)采工作面礦壓顯現(xiàn)進(jìn)行分析和研究。

【關(guān)鍵詞】煤礦；內(nèi)蒙古；礦壓；顯現(xiàn)

霍洛灣煤礦原為伊金霍洛旗地方煤礦，1989年籌建初期設(shè)計(jì)年產(chǎn)能力30萬(wàn)噸，1994年將年產(chǎn)能力改擴(kuò)建為120萬(wàn)噸，1997年由隔河相望的烏蘭木倫煤礦代管，2003年7月再次斯技改為斜井—平峒聯(lián)合開(kāi)拓方式，生產(chǎn)能力進(jìn)一步提高。雖然歷經(jīng)技改，但卻一直沿襲傳統(tǒng)、落后的房柱式炮采生產(chǎn)工藝，安全生產(chǎn)保障低，礦井產(chǎn)能、效率增長(zhǎng)慢，資源回收率低，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本高。在目前的礦產(chǎn)資源開(kāi)采中，隨著長(zhǎng)期的開(kāi)采使得房柱式煤炭開(kāi)采工作由于工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高以及安全難以保證的問(wèn)題而得到了人們的高度重視。因此在近年來(lái)采用綜合機(jī)械化采煤技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采，從而為工程的安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。

１．霍洛灣煤礦開(kāi)采綜述

近年來(lái)，霍洛灣煤礦呈現(xiàn)了前所未有的發(fā)展態(tài)勢(shì)，其開(kāi)采方式也出現(xiàn)了前所未有的變化。自上個(gè)世紀(jì)末期擴(kuò)建以來(lái)，為了減少煤炭資源的浪費(fèi)，逐步開(kāi)始采用煤住法進(jìn)行生產(chǎn)，其首次開(kāi)采工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)了23m左右，并留置出了一個(gè)煤柱位，這個(gè)記錄臨近礦產(chǎn)工作面的處置都是以三分之二的距離來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。由于在推進(jìn)距離短，無(wú)法獲得較高的進(jìn)京效益。在霍洛灣煤礦開(kāi)采工作中，為了確保煤層頂板應(yīng)力的平衡和其他工作面設(shè)置的合理，一般在工程項(xiàng)目中都是采用綜合機(jī)械化采煤的方法來(lái)進(jìn)行開(kāi)采，對(duì)于其中缺乏破壞規(guī)律等方面的研究需要進(jìn)行深入的總結(jié)和分析。

霍洛灣煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市東南，就從過(guò)去的開(kāi)沒(méi)資料分析，其內(nèi)部水主要是第四系松散水層的下滲水，其中也含有少量的分層水，而這些潛水優(yōu)勢(shì)上下交融、平面交會(huì)，因此其直接或者間接的會(huì)產(chǎn)生煤動(dòng)層和工作面出現(xiàn)頂板含水層現(xiàn)象。而通過(guò)分析，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，煤層老化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，且在工作中致密較堅(jiān)硬以及平均厚度較厚的煤層都得到了處理，以層狀為主的裂縫也得到了有效的預(yù)防和處理。

2.常見(jiàn)的煤礦開(kāi)采方法

采煤方法和工藝的進(jìn)步與完善是目前社會(huì)發(fā)展的主題，也是采礦學(xué)科得以發(fā)展和賴(lài)以生存的基礎(chǔ)。在工作中采用科學(xué)、合理的采煤工藝對(duì)于促進(jìn)煤炭資源開(kāi)采和各環(huán)節(jié)變革而言十分重要，同時(shí)在現(xiàn)代化煤礦開(kāi)采工作方向逐步朝著高產(chǎn)、高效和安全可靠的方向進(jìn)行展，在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)研究開(kāi)發(fā)能力強(qiáng)、耐用可靠的技術(shù)和生產(chǎn)系統(tǒng)來(lái)改進(jìn)和優(yōu)化系統(tǒng)要求，從而使得煤炭方法逐步趨于成熟，使得其開(kāi)采工作面層得以完善和穩(wěn)定。尤其是在內(nèi)蒙古霍洛灣煤礦開(kāi)采工作中，由于其是一種侏羅紀(jì)煤田的開(kāi)采模式，是一種淺層埋煤裝置和埋煤模式，因此在工作中對(duì)于煤礦的研究和開(kāi)采空間的優(yōu)化有著重要作用與意義，通過(guò)機(jī)械化技術(shù)和先進(jìn)的工程施工技術(shù)來(lái)提高和完善煤礦開(kāi)采要求逐步受到人們的高度重視。

3.煤礦綜采工作面礦壓規(guī)律研究

3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀

在過(guò)去社會(huì)發(fā)展中，對(duì)于有關(guān)煤層礦山壓力規(guī)律的研究不多，尤其是在國(guó)外，對(duì)這些問(wèn)題的研究更是存在著較多的不足和缺陷。一直到上個(gè)世紀(jì)中期，蘇聯(lián)科學(xué)家通過(guò)在工作中煤礦常見(jiàn)問(wèn)題分析，提出了臺(tái)階下沉的假說(shuō)，這種說(shuō)法的存在使人們認(rèn)為當(dāng)煤層埋藏較淺時(shí)，上層巖層可以視為均質(zhì)，隨著工作面的推進(jìn)，頂板將呈斜方六面體沿著向煤壁的斜面而垮落直至地表，支架上所受的力應(yīng)考慮整個(gè)上覆巖層中載荷的作用，當(dāng)有堅(jiān)硬頂板組成的老頂時(shí)，老頂斷裂在煤壁內(nèi)，支架載荷按控頂區(qū)跨度計(jì)算上覆巖層全部總量。今年來(lái)，社會(huì)發(fā)展中，人們對(duì)這些現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)逐步提高，對(duì)于煤礦層中存在的壓力現(xiàn)象也提出了新要求。經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出，國(guó)外對(duì)淺埋煤層的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律認(rèn)為淺部開(kāi)采頂板破斷直接影響到地表，頂板破斷角大，地表下沉速度快，來(lái)壓明顯且難以控制。但對(duì)淺埋煤層覆巖運(yùn)動(dòng)、變形、破環(huán)的規(guī)律的研究卻沒(méi)有什么進(jìn)展。

3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

通過(guò)大量物理相似模擬研究，得出了淺埋煤層厚砂土層的破壞規(guī)律，并通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)載荷智能采集系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，獲得了厚砂土層動(dòng)態(tài)載荷的一些特征和數(shù)據(jù)。對(duì)淺埋煤層厚砂土層破壞機(jī)理、動(dòng)態(tài)載荷傳遞機(jī)理以及載荷傳遞因子的確定，展開(kāi)了進(jìn)一步的工作[1]。

4.礦壓觀測(cè)的內(nèi)容和地質(zhì)分類(lèi)

4.1礦壓觀測(cè)研究?jī)?nèi)容

為了分析該綜采面煤系地層及頂板結(jié)構(gòu)類(lèi)型，掌握開(kāi)采過(guò)程中頂板礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支架受載特性及合理工況，尋求老頂在開(kāi)采過(guò)程中的結(jié)構(gòu)型式及其穩(wěn)定性，該工作面的觀測(cè)主要內(nèi)容有：

（1）工作面支架工作阻力觀測(cè)。

（2）工作面支架頂梁下沉量及活柱下縮量觀測(cè)。

（3）工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽超前支護(hù)受力觀測(cè)。

（4）工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽表面位移觀測(cè)。

（5）工作面頂板動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)觀測(cè)。

4.2地質(zhì)分類(lèi)

地質(zhì)特征分類(lèi)經(jīng)常使用的方法有3種，一種是按照巖層的組成成分來(lái)劃分，另一種是按煤層的上覆巖層分布空間及其組合形態(tài)來(lái)劃分，還有一種就是按水環(huán)境與上覆巖層厚度及土層厚度進(jìn)行劃分。榆神府礦區(qū)的地形地貌復(fù)雜，工程地質(zhì)也相當(dāng)復(fù)雜，其次按主采煤層的上覆巖層分布空間及其組合形態(tài)特征來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，據(jù)此榆神府礦區(qū)將被劃分成五大類(lèi):即砂土基型、砂基型、土基型、基巖型、燒變巖型，組成以上五類(lèi)上覆巖層的覆巖主要是砂:砂層(包括風(fēng)積沙及薩拉烏蘇組)，土:粘土隔水層(主要指離石黃土及三趾馬紅土)，基:指主采煤層上覆基巖。礦區(qū)從南向北、從西向東依次分布著砂土基型、土基型、砂基型及少量的基巖型上覆巖層類(lèi)型井田。其中南梁煤礦屬于土基型淺埋井田。

4.3支架活柱下縮量觀測(cè)結(jié)果及分析

活柱下縮量是研究工作面頂板及上覆巖層運(yùn)動(dòng)的比較重要的參數(shù)，它不僅能夠準(zhǔn)確地反映采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的強(qiáng)烈程度，探求支架與圍巖的相互關(guān)系，為設(shè)計(jì)和選擇支架服務(wù)，同時(shí)又可借助活柱下縮量的周期性變化的規(guī)律來(lái)推斷上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)范圍等特征。

4.4煤層底板對(duì)支架的影響

因?yàn)閮芍ы斞谧o(hù)式支架對(duì)底板比壓呈三角形分布，即使支架對(duì)底板平均比壓小于底板容許比壓，底座尖端的比壓很容易超過(guò)底板容許比壓，而四柱支撐掩護(hù)式支架因?qū)Φ装灞葔撼侍菪畏植迹葔悍植純?yōu)于兩柱支頂掩護(hù)式支架。兩柱支頂掩護(hù)式支架一般優(yōu)先用于松軟以上的底板，因此對(duì)于底板極軟的工作面支架架型選用了四柱支撐掩護(hù)式支架。開(kāi)采實(shí)踐表明,采用四柱支撐掩護(hù)式液壓支架與極軟底板是適應(yīng)的，盡管工作面有時(shí)出現(xiàn)了底鼓，但沒(méi)有影響支架的正常移動(dòng)行走[2]。

5.工作面礦壓分析

5.1直接頂初次垮落

工作面由開(kāi)切眼開(kāi)始推進(jìn)，當(dāng)推進(jìn)到18.8m移架時(shí)，直接頂初次垮落，當(dāng)工作面繼續(xù)向前推進(jìn)到27.2m時(shí)，直接頂又一次垮落。工作面繼續(xù)推進(jìn)到28.4m時(shí)，采空區(qū)中央頂板上3m處有離層產(chǎn)生，5m高度處也開(kāi)始有微離層發(fā)育。

5.2老頂初次來(lái)壓

直接頂初次垮落后，隨工作面推進(jìn)，直接頂有時(shí)架后冒落，有時(shí)架后懸頂，懸頂最長(zhǎng)達(dá)7.0m。當(dāng)工作面推至39m時(shí)，支架載荷有較大的增加，估計(jì)這是老頂初次斷裂的前兆，工作面繼續(xù)向（下轉(zhuǎn)第336頁(yè)）（上接第313頁(yè)）前推進(jìn)到40.2m時(shí)，老頂發(fā)生初次斷裂，在工作面一側(cè)老頂沿架后斷裂，在開(kāi)切眼一側(cè)老頂沿開(kāi)切眼煤壁斷裂，老頂垮落巖層厚度2m，垮落長(zhǎng)度30.5m，在老頂斷裂前，支架載荷增幅較大。

6.結(jié)束語(yǔ)

地表厚松散層淺埋煤層不能滿(mǎn)足砌體梁結(jié)構(gòu)平衡條件，表示淺煤層頂板不存在砌體梁結(jié)構(gòu)，因而不能應(yīng)用砌體梁理論計(jì)算支架載荷。因此在工作中做好工作面框綜采工作面礦壓顯示分析就顯得十分重要和有效。[科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］張文軍,沈海鴻,蔡桂寶.淺埋煤層開(kāi)采覆巖移動(dòng)規(guī)律數(shù)值分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,(02).

［２］師本強(qiáng),侯忠杰.土層覆蓋下淺埋煤層工作面支架選型研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2007,(03).