淺埋薄基巖下煤礦開采災害防治探析

秦學軍

摘要：文章依據中小煤礦對長壁留煤柱法的運用，對開采方法的關鍵技術進行了分析，有效防治了隔離區的災害垮落，從而對淺埋薄基巖的開采中的災害進行預防。

關鍵詞：中小煤礦；淺埋薄基巖；長壁留煤柱

中圖分類號：TD323文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）22-0130-03

在煤礦的開采中，頂板的危害是最為嚴重的。其中中小煤礦在開采過程中發生的頂板垮落是因為薄基巖的整體切落而形成的。其在采空區保留支撐煤柱，由此頂板形成大面積懸露，從而造成頂板的垮落。實踐證明，必須對中小煤礦的留煤柱支撐方法進行研究，預防災變，依據防災技術，才能防治淺埋薄基巖下開采而形成的災害。

1淺埋薄基巖煤層開采的災害類型

1.1頂板災害

由于特殊的埋藏條件，淺埋薄基巖開采與普通埋藏條件的煤層開采相比，有著較大差別的礦壓顯現規律，其基本特點為：基巖的厚度較薄，工作面上覆巖層只有裂隙帶和跨落帶。開采煤層之后，頂板巖層形成的破斷角非常大，從而引起臺階的下沉，大面積切頂事故也會因此時有發生；作為工作面頂板，一般為單一關鍵層，如果頂板出現斷裂，砌體梁結構就會非常不穩定，易出現動載現象；頂板的破斷容易對地表造成影響，其松散的上覆層會形成附加荷載，由于支架受到較大的荷載，因而容易被壓垮并造成壓塌事故；來壓步距非常的小，且強度很大，基巖厚度對來壓的影響也較大。

1.2潰水潰沙災害

如果礦區的基巖上部為厚松散沙層，且富含潛水，開采煤層后，淺水層就會與水裂隙帶相通，破斷后的基巖會形成切落并回轉，此時水沙流動通道就會有所形成。若潛水順著通道下流，而松散沙運動正好以此作為自身的動力，就會與覆蓋的沙土混合液共同進入工作面，導致潰水潰沙災害的形成。潰水潰沙災害的發生因素有：松散沙層有較大含水量，松散沙層位于潛水層下部；開采煤層造成水裂隙帶的較高高度，從而與潛水層相通；基巖破斷后不易形成穩定結構，基巖厚度對水裂隙帶的高度也有一定的影響；含水層的高度會對水流的攜沙能力造成影響。

2長壁留煤柱法的災害防治機理

2.1長壁留煤柱法的防災特征

2.1.1局部冒頂的預防。保證生產的安全是煤礦采煤方法的重要實踐意義，而長壁留煤柱法對長壁布置進行采用，且在作業區有支架設置。沒有支護的區域，工人是不得進入的，這也有效地預防了頂板局部的冒落。

2.1.2跨區域垮落的預防。在煤礦的開采過程中，最重大的災害為大面積頂板垮落，對小區域隔離進行采用，對大面積頂板垮落進行防治，是目前中小煤礦采煤慣用的方法之一，采出率在小區域內為88.9%，可與長壁的采出率相比。

2.2長壁留煤柱法的關鍵技術

長壁留煤柱法的關鍵技術是對兩種性質的煤柱進行的區分，一是區內煤柱，二是區間的隔離煤柱。其中，區域煤柱指小區域開采期間暫時保留的煤柱，對作業區的頂板安全進行了保障；隔離煤柱指小區域內保留的煤柱，對工作區和采空區進行隔離，這樣，即使采空區的頂板垮落，也不會對工作區造成任何影響。當一個小區在開采完成之后，在隔離煤柱隔離的情況下，在進行下一個小區的開采時，煤柱在小區內可失穩破壞，即無災害垮落。整體說來，長壁留煤柱法的關鍵技術就是對兩種煤柱的設計和處理。

3長壁留煤柱法進行開采時的頂板災害的力學分析

3.1開采時圍巖運動破壞的分析

3.1.1在隔離區進行開采時，頂板、煤柱為彈性變形階段，由于工作的不斷推進，頂板的懸露面積會不斷增大，煤柱壓縮，增大了頂板的下沉量。若工作面推進70m左右時，煤柱下縮1/4，即表明煤柱變形，且超過了一般塑性變形，此時開采區域頂板的裂隙則不斷增大。

3.1.2當煤柱變形增大時，就會增加頂板的下沉量，兩者在相互作用的情況下，頂板的裂隙轉變為裂縫的貫通，之后形成一個脫離于原巖體的隔離體，即形成六面體，而六面體的形成則是垮落的發生條件。

3.1.3形成六面體后，其全部重量對支撐它的煤柱群進行作用，增大了煤柱的載荷，使煤柱垮塌，頂板表開始整體垮落，之后，在區域隔離煤柱外進行下一個區域的開采。

3.2“頂板-煤柱”相互作用下的災害過程

3.2.1煤柱體的強度在特定的開采區域內較大，由于煤柱并未被破壞，煤柱支撐的頂板就不會形成六面體，形成幾個區域卻不會發生垮落，但卻有大面積垮落的危險。

3.2.2若煤柱體強度較小，隔離區開采還未結束時，煤柱支撐的頂板就會形成面積小于隔離區的六面體，對有限煤柱群進行垮壓，促成大面積垮落，這樣的災害帶來的危害非常嚴重，在開采區域發生時，還會沿著煤壁切落，對人員的生命安全造成嚴重威脅。

4大型頂板事故的防止體系

對于長壁留煤柱開采方法在中小煤礦中的應用，其技術目標是對大型頂板事故的預防，以有效減輕礦區事故的災害，促使隔離小區域的正常垮落，并有效避免大范圍垮落在跨隔離區的形成，來保證采區的正常作業。而礦區災害防治的關鍵技術是對不同性質煤柱的合理設計的區分進行識別，只有掌握兩種煤柱的設計方案，才能掌控防災體系的設計核心。通過對長壁留煤柱開采方法在中小型煤礦應用的有效研究，我們可以提出一種有效防治大型頂板事故的防災體系，即設計、確定、監測、識別、措施。就中小煤礦開采方式的合理選擇，可有三種較為適宜的開采方式，其中包括：長壁布置、小區域隔離、在區內實施留煤柱支撐法進行采煤；長壁布置、小區域隔離、實施條帶煤柱進行采煤；長壁布置、小區域隔離、實施條帶煤柱放頂進行采煤。而這三種方法的有效應用需要關鍵的技術參數與評價指標作為實施依據，其中包括：區內支撐煤柱參數、破壞適時性評價；開采區域尺寸、生產指標；隔離煤柱的寬度、穩定性；采取“煤柱-頂板”的相互作用；頂板災害的防治評價。通過各項指標和參數的綜合性分析，可促成頂板災害預計的評價體系。在評價體系當中，最為主要的三方面組成了體系的整體結構，對采取的大面積垮落、冒頂、局部冒頂進行整體評價。另外，要對礦區隔離區內“煤柱-頂板”的變形破壞、頂板破壞隔離體的形成一級頂板垮落的信息必須有所了解，這一信息的重要反饋也是促使礦區對災害識別的有效手段。從整體而言，中小煤礦的防災措施一般分為兩個內容：一是針對危險性的災變，實施可行的措施，以有效消除災變對礦區開采的危害指數；二是難以消除災變的危害時，應對發生的災害進行相應措施的處理。但所有步驟的實施還要依據煤層及圍巖地質和工程地質的具體調查情況，才能根據相應條件進行合理控制，進而有效促使災害防治的良好設計，使得災害得到最大限度的防治。

5結語

總而言之，對于中小煤礦在淺埋薄基巖下的開采，長壁留煤柱法的開采是比較適用的。其中不同性質煤柱的區分是長壁留煤柱采煤法的關鍵技術，這當中包括區內和區域間的隔離煤柱。而針對淺埋薄基巖下進行開采而形成的災害防治，則需有效技術措施的設計、選擇、處理、運用，構建防止大型頂板事故的有效體系，才能促進煤礦開采災害的有效預防。

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