孤島煤柱沖危險性分析及開采技術

摘 要：礦井在生產過程中，常常留下采區上下山孤島煤柱，且煤柱內殘留巷道往往是縱橫交錯。本文首先對孤島煤柱沖擊地壓危險性進行了詳細的分析，然后簡要談談東歡坨礦2286工作面開采技術。

關鍵詞：孤島煤柱 沖擊地壓 開采技術

中圖分類號：TD32 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0101-01

隨著煤礦開采深度的增加，煤礦各種“孤島”采場中，有大量的全部區段回采結束后留下的采區煤柱類“孤島”采場。做好孤島煤柱的開采工作，對提高礦井煤炭資源回采率、延長礦井服務年限、提高礦井經濟效益和社會效益，具有深遠的現實意義。

1 孤島煤柱沖擊地壓危險性分析

孤島煤柱高應力導致的沖擊地壓的災害性破壞越來越嚴重，怎樣解決這一問題，成為現今孤島煤柱開采的重要話題。進行孤島煤柱的安全開采，能夠有效釋放下層煤層所形成的高應力或聚集高能量，對下層煤層的安全回采起到卸壓或釋放能量的作用，能夠保證煤柱開采的安全性，并有效利用資源，避免資源的浪費。上層煤層的安全回采工作，對下層煤層的安全回采工作有著重要的影響，所以，對孤島煤柱沖擊地壓危險性的評價顯得極為迫切。

孤島煤柱承受著來自頂板的壓應力。在堅硬頂底板的夾持作用下，煤巖系統承受較高應力和積聚大量能量，使得煤柱處于高應力狀態。脆性材料的煤巖體的顯著特點是非均質性、彈脆塑性、各向異性和不連續性。然而，當煤巖系統之間因受到極限壓應力而在弱面、層理間產生的推力仍然小于其阻力時，系統就會呈現出“壓壞”的狀態而不是由于滑移而產生的失穩破壞，即所說的脆性破壞。隨著孤島工作面的安全推采，煤柱寬度不斷減小，煤柱所承受的支承壓力因相互疊加而造成應力的進一步升高，煤柱逐步進入高應力區域甚至是極限應力區。如果煤巖系統相互銜接比較充分（即煤巖層弱面等節理間相互摩擦比較大），煤巖體系統承受的極限應力超過脆性介質的臨界強度時，系統發生脆性破壞，即壓跨型沖擊地壓。

由于孤島面的周邊采空，煤壁邊緣處于自由面狀態，邊界條件限制較少。當頂板壓力增大時，由壓應力所產生的推力大于煤巖弱面間的阻力時，煤巖體就會沿弱面（裂隙）發生滑移。也就是說，煤巖系統處于一個應力集中和能量積聚的過程中，系統還沒有來得及發生脆性破壞時，已經滿足了發生滑移破壞的條件。在滑移過程中，滑移面上的剪應力不斷出現急劇增大或減小，造成煤巖之間接觸面的性質發生變化。比如，接觸面間的粗糙度減小就會造成摩擦系數的降低，摩擦系數的降低又導致摩擦阻力的降低，阻力的降低又會加速滑移的速度，煤巖體內積聚的大量彈性能在弱面（裂隙）處以瞬時動能的形式得到釋放，瞬時動能又加速了滑移速度。煤巖體層理間的滑移造成系統的失穩，系統的失穩又導致煤巖體的加速滑移，彼此的相互促使又催生了滑移形式的沖擊地壓發生。這種沖擊地壓發生過程實質就是煤巖地層受力過程中瞬間滑移過程，用摩擦滑動理論解釋即粘滑過程。這種類型的沖擊地壓往往發生在具有較大水平構造應力地帶，如斷層、煤層變薄地帶。根據煤巖系統發生脆性破壞的時間來分析，初步判定在此類力學條件下，發生滑移破壞的時間應該比發生脆性破壞的時間要更快。由于虎克體承受的壓力是逐漸升高的，滑移破壞比脆性破壞更早。因為煤巖系統弱面的存在決定了孤島煤柱在某一不可能較大壓應力作用的條件下即發生滑移破壞，即系統發生沖擊破壞的時間性比脆性破壞時間提前，而虎克體承受壓應力能力又延遲了系統發生破壞（脆性破壞或滑移破壞）的時間，故孤島煤柱發生沖擊破壞的時間早于脆性破壞時間點。

根據以上兩類破壞條件及破壞時間分析，可以發現脆性破壞和滑移破壞之間還存在著脆性破壞和滑移破壞同時發生的特殊破壞。對于孤島煤柱來說，無論是脆性破壞、滑移破壞還是特殊破壞，都是發生在高應力集中區域和大量能量積聚區域，其破壞性的發生都會引起災難性后果。

2 東歡坨礦2286工作面開采技術

綜采工作面一般要求保持工作面等長和有較大的推進長度，以避免回采過程中支架、輸送機裝拆、搬運和工作面的頻繁搬家。一些開采時間較長或地質條件較復雜的礦井，隨著開采強度和年限的增加，滿足綜采工作面布置要求的儲量逐漸減少甚至枯竭，遺留的不規則塊段和煤柱的儲量較多。

開灤東歡坨礦2286工作面風道采用架棚支護，巷道規格29U14.0 m2，運道架棚支護，巷道規格29U14.0 m2，切眼采用液壓支架進行支護，支架型號ZY9200-20/42、ZYG9200-22/46、ZY9200-22/46，泄水巷采用架棚支護（局部采用錨網支護），巷道規格29U14.0 m2。

采用走向長壁后退式綜合機械化采煤法，頂板管理采用自然垮落法，沿底回采，一次采全高。工作面采用MG650/1515-WD型電牽引采煤機，ZY9200-22/46、ZY9200-20/42、ZYG9200-22/46型液壓支架及SGZ960/1050型中雙鏈刮板輸送機完成煤的“破、裝、運、支、處”。采用MG650/1515-WD型電牽引采煤機割煤，前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，通過滾筒的螺旋葉片配合鏟煤板裝煤，每刀進尺800 mm，進刀方式為端部割三角煤斜切進刀，往返一次割兩刀。機組割煤過后，支架工要及時伸出伸縮梁護頂放下護幫板護幫，防止劈冒，必要時可進行護幫板二次護頂。支架為鄰架操作，由上組支架控制下組支架（機尾末組支架除外），割煤后，沿割煤方向及時采取追機移架，移架距采煤機后滾筒4～6架，若移架速度趕不上采煤機運行時可采取插花移架，但如果頂板破碎，必須停機移架或拉超前架，以控制頂板。移架到位及時將支架升至額定初撐力后（保持操縱閥升位且大柱不再上升3 s后），手把復位，如頂板破碎時，應超前移架。刮板輸送機彎曲長度不得小于16 m，操作時，支架工要相互配合，將刮板輸送機頂向煤壁，正常情況下移刮板輸送機步距不得小于800 mm，保證把刮板輸送機頂直。

根據煤層厚度及ZY9200-22/46型液壓支架高度與MG650/1515-WD型采煤機機采高度，確定工作面平均采高為3.9 m，最小采高不低于2.4 m，最大采高不超過4.4 m（端頭支架和過渡支架高度不能超過4.2 m），煤薄時適當降低采高。

參考文獻

[1] 李玉龍，陳科.沖擊地壓的產生機理及防治措施[J].山東煤炭科技，2009（2）.

[2] 張景立.衰老礦井邊角煤柱工作面開采技術應用[J].中州煤炭，2009（11）.