淺埋煤層長壁工作面礦壓規律及關鍵塊失穩分析

臧寶軍

摘 要：目前，我國對于能源的需求量越來越大，尤其是煤礦能源，其需求量更是與日劇增。在煤炭開采的過程當中，蘊含著比較復雜的工序，存在著許多需要注意的環節，淺埋煤層長壁工作面廣壓便是其中需要格外進行關注的方面。尤其要對其中存在的規律以及關鍵塊失穩進行恰當的分析與了解。為了對淺埋煤層長壁工作面礦壓規律及其頂板結構的穩定性進行比較系統、科學的研究，現將某煤礦的長壁工作面作為研究的環境背景，對其礦山壓力的觀測設計了相應的方案并且對施工的現場進行觀測，從而進行了恰當的總結。

關鍵詞：淺埋煤層;長壁工作面;礦壓規律;頂板關鍵塊失穩

1 設計開采條件以及礦壓觀測方案

1.1 觀察地質情況

本文進行研究的煤礦單位位于陜西中部，該煤礦的1430工作面位于該煤礦整體可開采部分的2#煤層，地面設有一定的標高，為+1243.5m，水平大致在987m。經過勘察發現，該煤礦的自制構造相對比較簡單，煤層的給厚度大概在3.6-3.7m，煤礦的埋藏深度大致為167m，另外，對煤層傾角進行了一定的計算，大致為0.60-1.20，因此，可以將該煤層軌定位近水平的煤層。

同時，煤層頂的底板當中，偽頂是由砂質的泥巖組成，大約有0.8m;直接頂有砂巖組成，約5m厚;老頂為長石砂巖構成，巖石的顏色為灰色，呈現中細粒狀態，大約26.7m厚;直接底有砂質泥巖構成，約厚4.1m。該煤礦的基本情況如上，但是其水文條件比較復雜，會出現涌水問題，涌水量最大使其可以達到21m3/h。

1.2 明確開采條件

1430工作面在進行開采的過程當中使用的是長壁采煤的方法，進行不斷的回采。開采時，煤層的厚度約為4.2m，平均的高度為2.6m。長壁工作面的平均走向基本上為425m。另外，該煤礦采用長壁采煤方法時，亦采用了打眼放炮和爆破落煤的方法。在煤層比較松散的地區，則采用了人工使用手稿進行挖掘落煤，每進行一次，便推進大約1.5m的距離。在工作面進行工作時期，采用相應的支架技術，確定了前后柱數量均為3根，支架的長度為3.5m。頂板的處理方面，采用了全部的垮落法，最大垮落的距離為4.5m。

2 分析頂板來壓規律

2.1 實測分析直接頂垮落步距

由于1430工作面在在將頂部留存而開采獨步的情況下進行，頂部的煤層比較堅硬，并且具有一定的完好性。但是在對地步進行開采的過程當中使用了支架等技術，需要在頂部進行切眼以及打錨，因此，對頂板的正常性質垮落產生了一定的阻礙作用，必須采用適當的防暴手段進行激光測距，準確測量整個垮落的高度[1]。另外，在進行垮落的過程當中，實行垮落的機械需要將其頭部對準直接頂的砂巖，因為砂巖比較堅硬，并且比較厚，進行垮落時比較有難度。同時更需要在前半部的頂板進行垮落時進行一定的填充，支撐后半部分進行順利脫落。

2.2 對老頂進行初次來壓

由于該工作面采用的是回采的方式，因此，在回采的過程當中，偽頂會更隨開采的步伐進行逐漸的脫落，但是大部分的直接頂將會出現垮落的現象[2]。當整個工作面推進大致90m時期，若保護以及工作措施不到位，將會出現一定的突然垮落，并且會伴有悶雷一樣的聲音，產生大量的颶風，開采區域的風向便會出現逆轉，此時，煤層的煤幫區域便會出現大量的片幫以及壓酥，頂板會完整的、無下沉的進行切頂，下方進行開采使用的之家將不會變形、亦不會倒架，涌水的面積不會擴大，能夠有效的對老頂初次來壓產生的壓力進行減弱。

2.3 設定頂板周期來壓步距

工作面進行周期的來壓時，開采當中的煤壁會出現大量的水跡，在開采上班的頂板巖層當中會出現聲音，整個工作面的頂板會沿著整體的煤壁進行恰當的切頂，工作面當中中央部門的95m以內的范圍會有臺階下沉的現象，此時，所有支柱的安全閥門將會被開啟，用以保護開采人員的安全。

2.4 采空區頂板進行冒落

在工作面的老頂當中含有大量的植物化石，例如樹葉以及樹枝等物，因此老頂會產生一定的裂縫，會隨著工作面的進行而比較順暢。此時，當出現比較順暢的裂縫時，頂板便會隨著裂縫進行冒落。冒落形成的巖塊一般是長條形狀的，長度可以達到50m左右。

3 分析頂板關鍵塊失穩現象

1430工作面在進行周期回采的過程當中，頂板會沿著整個煤壁進行切頂，同時會產生一定的下沉量，大約為350mm-550mm，由此所有支柱的安全閥門打開，該現象被稱作太結實的滑落失穩現象，可以通過一定的公式對該時刻的老頂關鍵塊不出現失穩的最大高度進行相應計算：

Mmax=lzsinθ+∑h（kp-1）

在該公式當中，lz代表的是關鍵塊的周期破斷距，一般單位為米;θ代表的是整個關鍵塊的回轉角，該角度一般應該小于40;∑h代表的是直接頂的整體厚度，一般單位為米;kp代表的為直接頂的碎脹系數，一般條件下定位1.4[3]。

4 結論

有上述分析研究可以發現，現今在煤炭開采的淺埋煤層工作面礦壓顯現規律以及關鍵塊失穩現象分析當中，方案已經得到了比較細致以及嚴格的要求。尤其是淺埋煤層長壁工作面頂板在進行初次和周期來壓的過程當中，更要注意對相關關鍵層的斷裂與頂板的垮落現象進行比較恰當的、科學的分析，便于開采工作的正常進行，亦能夠保障開采工作進行當中具有一定的安全保障。

在此基礎上，對淺埋煤層當中的各項數據進行比較精準的計算，使其具有一定的可參考性，從根本上制定比較符合標準的方案，更加能夠保障煤炭開采工作的質量以及安全，為煤炭開采事業提供發展的條件。

參考文獻：

[1]何正剛.淺埋煤層工作面礦壓顯現規律實測分析及控制研究[J].煤礦開采，2015，13（01）：82-85.

[2]王家臣，王兆會.淺埋薄基巖高強度開采工作面初次來壓基本頂結構穩定性研究[J].采礦與安全工程學報，2015，05（02）：175-181.

[3]任建慧.淺埋煤層綜采工作面礦壓顯現規律實測研究[J].內蒙古煤炭經濟，2014，17（05）：128-129.