煤層風(fēng)化帶支護(hù)的措施研究

張智敏

(陽泉煤業(yè)集團(tuán)晉北煤礦企業(yè)管理有限公司,山西陽泉 045000)

煤層風(fēng)化帶支護(hù)的措施研究

張智敏

(陽泉煤業(yè)集團(tuán)晉北煤礦企業(yè)管理有限公司,山西陽泉 045000)

隨著我國對煤礦資源的不斷開采,由于斷層和地面溝壑的形成,導(dǎo)致形成了很多的風(fēng)化帶煤層。在礦井掘進(jìn)施工過程中,安全、順利通過煤層風(fēng)化帶,合理確定施工工藝與支護(hù)參數(shù)至關(guān)重要。本文中,筆者從煤層風(fēng)化帶的特點(diǎn)和支護(hù)措施進(jìn)行了相關(guān)分析,為國內(nèi)煤礦業(yè)存在的風(fēng)化層問題提出了部分個(gè)人建議,旨在為同行提供參考。

煤礦 風(fēng)化層 斷層 地面溝壑

我國煤礦業(yè)在不斷迅速發(fā)展的同時(shí)，對煤層的認(rèn)識(shí)也在不斷加深，而隨著我國在煤炭資源的不斷開采，資源儲(chǔ)量的不斷下降，國內(nèi)各煤礦的開采條件也逐步由淺層開采變?yōu)樯畈块_采，地質(zhì)條件由簡單變向復(fù)雜。煤礦在施工開采過程中，受不同地質(zhì)構(gòu)造的影響，施工難度加大，特別是煤層風(fēng)化帶巖性松軟，頂、幫管理難度較大，合理確定施工工藝及支護(hù)形式，是保障礦井安全生產(chǎn)，提高產(chǎn)能效益重要部分。所以，有關(guān)煤層的支護(hù)措施需要得到不斷的提高，以此來確保我國煤礦產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 煤層風(fēng)化帶的特點(diǎn)

1.1 物理性質(zhì)

煤層風(fēng)化帶：在物理性質(zhì)方面主要是指它的粉末狀態(tài)，且其有著較軟的質(zhì)地，容易用手碾碎。碎了之后的風(fēng)化煤層一般呈現(xiàn)黑褐色，然后消失結(jié)構(gòu)或是存在一點(diǎn)結(jié)構(gòu)，碎了之后，其硬度也有所明顯降低，沒有了光澤，容易沾染到手上，更加地吸水。

1.2 化學(xué)性質(zhì)

相比起普通的煤層，風(fēng)化帶煤層大幅降低了它的發(fā)熱量，一般都不會(huì)燃燒起來，水分更高、透光率更低，且有著高比例的灰分和高含量的腐植酸。特別是被風(fēng)化得比較嚴(yán)重的煤層，它的腐植酸含量會(huì)大大降低，甚者會(huì)消失到炭質(zhì)泥巖的程度，它含有的碳元素會(huì)減少，氧元素則會(huì)升高。

1.3 工業(yè)特征

經(jīng)過風(fēng)化作用后的9#煤層，其水分、灰分和揮發(fā)分會(huì)得到提高。原本只有2.53%～23.82%含量的水分，在被風(fēng)化后，它的水分含量降到了平均9.18%，與此同時(shí)，它的灰分與揮發(fā)分含量降得更低，分別是從22.86%～73.08%降到平均含量為48.56%和43.18%，74.35%降到平均含量為52.37%。由于經(jīng)過風(fēng)化作用后的煤層很大程度上地降低了其發(fā)熱量，所以在煤礦的工業(yè)特征中，它的用途也發(fā)生了很大的變化。

2 煤層受到風(fēng)化的原因

2.1 煤層中受到水的影響

引起煤層發(fā)生風(fēng)化現(xiàn)象的主要原因是水的來源為風(fēng)化作用提供了水分支持。鄰近煤層的含水層會(huì)與煤層進(jìn)行直接接觸，從而使得斷裂地面下的煤層與含水層有了裂縫，大量的地下水都可以進(jìn)入到煤層里面，也就會(huì)煤層中的風(fēng)化作用提供了水資源的支持。

2.2 煤層中受到氧氣的影響

另外一個(gè)影響風(fēng)化層煤礦形成的重要因素就是風(fēng)化作用中，所需要用到的氧氣資源。筆者認(rèn)為，在斷層與地面溝壑這兩種地面狀況下的地下煤層資源，與地表存在著一定的縫隙，從而導(dǎo)致地表的氧氣進(jìn)入到地下的煤層中，從而為地下煤層的風(fēng)化作用提供了氧氣支持。

2.3 煤層中受到酸堿介質(zhì)的影響

一般情況下，風(fēng)化層煤礦的形成都是需要煤層中的黃鐵礦資源來作為催化劑的。地下煤層中有黃鐵礦的話，就能夠與水和氧之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就很容易形成硫酸，從而使地下水呈酸性，而酸性水的存在，又是風(fēng)化作用形成的催化劑。

2.4 煤層與其他層面的節(jié)理與裂隙

斷層與地面溝壑這類地面狀況的形成，導(dǎo)致水和氧進(jìn)入了煤層中。在斷層、地面溝壑發(fā)育的地方，且連通性比較好的地方，為含水層的水和其他鄰近煤層的層面中的氧氣提供了一定的通道，由此可知，斷層、地面溝壑等地面狀況是決定煤層是否發(fā)生風(fēng)化作用的決定因素。

3 風(fēng)化煤層的相關(guān)支護(hù)措施

3.1 合理確定施工工藝

因煤層風(fēng)化帶頂、 幫巖性易碎，頂、幫較難管理，有必要對空頂距和空頂時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，利用縮短一次掘進(jìn)距離和一次支護(hù)距離，對空頂進(jìn)行及時(shí)支護(hù)。同時(shí)，掘進(jìn)施工期間應(yīng)減少附近圍巖破損，利用綜掘施工或炮掘減少裝藥量來實(shí)現(xiàn)。

3.2 支護(hù)形式確定

鑒于煤層風(fēng)化帶巖性的特殊性，臨時(shí)支護(hù)形式和永久支護(hù)參數(shù)確定尤為重要。臨時(shí)支護(hù)：可用排管打超前支護(hù)或噴射混凝土加強(qiáng)支護(hù)，混凝土強(qiáng)度C20，厚度不小于100mm。使用排管打超前支護(hù)，排管規(guī)格：Φ40×4000mm；打排管間距：150～200mm，排距0.6～1.2m。排管根據(jù)圍巖破碎程度適當(dāng)加密，排管角度與巷道呈8°～15°夾角，深度為3.5—3.6m，外露長度不得大于400—500mm，沿迎頭支架頂部或沿巷道輪廓線布置。永久支護(hù)：因主動(dòng)支護(hù)方式(錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù))易對圍巖造成2次破壞，所以建議采用被動(dòng)支護(hù)形式(梯形棚或U型棚)作為永久支護(hù)，并根據(jù)現(xiàn)場圍巖變化進(jìn)行縮短棚距或?qū)ε镏ёo(hù)。

3.3 完善相關(guān)制度

對“敲幫問頂”的制度進(jìn)行完善，并嚴(yán)格執(zhí)行，對危巖和活矸進(jìn)行及時(shí)處理，在管理煤幫方面如風(fēng)化片幫現(xiàn)象嚴(yán)重的地段，可對迎頭往后10架工字鋼棚進(jìn)行連鎖加固，使用12#礦用工字梁在工字鋼棚頂梁及兩幫棚腿各布置兩路，通過特制卡纜吊掛，使得工字鋼連成一體。同時(shí)避免空頂作業(yè)或者空頂時(shí)間過長導(dǎo)致冒頂現(xiàn)象的發(fā)生，在短支短掘之后，應(yīng)該及時(shí)將架棚放入其中，從而起到支護(hù)作用。

3.4 處理頂板冒頂支護(hù)

在處理頂板冒頂?shù)闹ёo(hù)過程中，應(yīng)該遵循先加固后處理的相關(guān)支護(hù)原則，首先對尚未冒落的地區(qū)進(jìn)行支護(hù)強(qiáng)度加固，再逐漸向內(nèi)部進(jìn)行處理，從而防止擴(kuò)大頂板冒落區(qū)域。在整個(gè)冒頂支護(hù)過程中，相關(guān)操作人員需要收到有關(guān)警示的信息，因此需要設(shè)立專人為操作人員提供警示信息，確保操作人員的安全。

4 結(jié)語

對目前國內(nèi)風(fēng)化帶煤層存在的問題，我們除了要從根本上的地面狀況進(jìn)行預(yù)測和防范之外，更重要的是要提高我國開采煤礦的技術(shù)水平和我國開采煤礦的合理科學(xué)性，由此才能確保國內(nèi)煤礦資源能夠得到合理地開采，從而為國內(nèi)煤礦資源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)支持。風(fēng)化帶煤層的支護(hù)措施還有更多方面層次待挖掘，望同行業(yè)專家學(xué)者共同進(jìn)行研究討論。

[1]安建秀.山西焦煤集團(tuán)正興煤業(yè)有限公司擴(kuò)區(qū)13號(hào)煤層風(fēng)化煤分布特征及成因探討[J].國土資源,2012(6):105.

[2]陳健,肖圣烈.煤層風(fēng)化帶形成與斷層、地面溝壑的關(guān)系分析[J].山東煤炭科技,2012(2):101.

[3]山西省地質(zhì)勘查局二一一地質(zhì)隊(duì),山西焦煤集團(tuán)正興煤業(yè)有限公司擴(kuò)區(qū)煤炭資源地質(zhì)報(bào)告[J].2011(6).

張智敏,男,漢族,祖籍:山西寧武,職稱:采煤助理工程師,研究方向:掘進(jìn)技術(shù)。