淺埋煤層采場礦壓規律及支架合理工作阻力研究

（陽煤集團一礦 山西 045000）

1.緒論

(1)選題背景

從國內煤礦資源的情況來分析，我國是世界上少數以煤炭為主要能源的國家之一。隨著我國地質工作人員的逐漸深入，在其他地區，也不斷有新的煤炭資源出現。由此可見，我國煤炭資源有著十分樂觀的發展前景。例如，我國西北地區的陜北侏羅紀煤田，該煤田表現為上覆基巖薄，厚沙土覆蓋層，呈現為典型淺埋煤層和近淺埋煤層兩種狀態。正是由于該煤層具備優越的開采條件、地質構造簡單，因此，在開采的過程中，可以采用綜合機械化長臂開采模式。通過開采的實踐情況來看，在淺埋煤層工作時，有著明顯劇烈的礦壓，造成工作面部分支架被壓死?，F如今，隨著我國對煤層開采技術和支架支護能力的研究發展，使這種現象在實際的煤礦開采中已得到基本的控制。但是由于在開采途中加大了采高，因此，在淺煤層就會有強烈的礦壓出現，使支架在工作時遇到了更多的阻力因素，從而使煤礦開采中支架的損壞率大大提升。由此可見，正是由于在實際開采過程中存在礦壓和支架阻力等因素，而從根本上制約著對煤層工作的高效開采。因此，為了有效的避免上述現象的發生，在實際開采工作時，相關負責人應該增加支架的支護能力，使支架的工作阻力得到有效提升，當然，由于支架噸位的提高，使得支護投資力度在直線上升?？梢?，在今后對煤層開采的研究上，應該著重研究礦壓規律和支架的工作阻力。

(2)選題意義

對于煤炭基地的相關研究，能夠從一定程度上促進我國國民經濟的增長。因此，本文對煤層開采礦壓規律和工作阻力的研究，有一定的理論和現實意義。

2.淺埋煤層大采高工作面礦壓特征及影響因素分析

(1)采高及覆巖結構組成對礦壓特征的影響

①支架工作阻力

圖1 支架工作阻力隨采高變化曲線

圖2 動載系數隨采高變化曲線

如圖1所示，在實際煤層開采的過程中，支架的工作阻力影響采高和覆巖的結構組成。通過該圖能明顯看到，當采高工作面支架為4米時，支架的平均工作阻力為5283kN/架，當采高工作面支架為六米時，支架的平均工作阻力為7837kN/架，當采高工作面支架為7米時，支架的平均工作阻力為11143kN/架。由此可見，隨著煤礦開采采高的增加，支架的平均工作阻力呈現為非線性增加的狀態。

②動載系數

如圖2所示，在實際煤層開采的過程中，動載系數也影響采高和覆巖的結構組成。通過該圖能明顯看到，當采高工作面為4米時，采高工作面動載系數為1.13，當采高工作面為5米時，采高工作面動載系數為1.10，當采高工作面為6米時，采高工作面動載系數為1.36。由此可見，隨著煤礦開采采高的增加，采高工作面動載系數并不會隨著采高的增加而有明顯的變化。

(2)覆巖結構及運動規律

①典型淺埋煤層大采高工作面覆巖結構及運動規律

如圖3所示，在實際煤層開采的工作過程中，由于采高工作面周期性的增加壓力，而使覆巖結構呈現為“懸伸巖梁”的結構。

圖3 典型淺埋煤層大采高工作面“懸伸巖梁”結構模型

②近淺埋煤層大采高工作面覆巖結構及運動規律

圖4 近淺埋煤層大采高工作面“臺階巖梁”結構模型

如圖4所示，在實際煤層開采的工作過程中，由于采高工作面周期性的增加壓力，也會使主關鍵層發生破碎，從而在離層區和壓實區這兩塊區域之間存在下沉的現象。

3.淺埋條件下上覆巖層破壞區域的劃分過程及各部分特征分析

(1)區域劃分及各部分的特征

隨著我國大型煤田的不斷開發，在實際開采的過程中，也會遇到一些難題。例如由于采高的增加，而使采場頂板出現了損壞，使開采的問題趨向于多元化和復雜化。首先，由于埋深較淺的原因，從煤層頂板的承受支撐壓力來看，由于煤層高度的增加，這一現象產生的破壞力度更為明顯。其次，冒落帶和斷落帶在不斷形成演變。所謂的冒落帶，它的本質指煤層上方與煤層直接相鄰的巖層。在實際煤層開采的過程中，由于開采中破碎的比較充分，因此，煤層冒落后將主要填充在采空區。所謂的斷落帶，他的本質是巖層在破壞過程中煤層的大塊斷落，這一部分的巖層碎脹系數小，同時，在斷落初期也有可能形成細小的結構，在一定程度上來看，這種細小結構對煤層開采有一定的保護作用。但是這種細小結構的穩定性不高，在采場上容易受到沖擊而消失。

(2)“斷落帶”高度分析及“大結構”形成的位置

在實際淺埋工作的條件下，影響冒落帶頂板巖層厚度的因素有許多，其中最主要的因素不是采高的高度，而是頂板巖層巖性和埋深。對于冒落帶區域而言，它的高度變化不大，因此，隨著采高的增加，冒落帶則不能填充冒落巖層和煤炭開采所形成的空間。因此，這也從根本上影響著斷落帶巖層在破斷后增大自身的下沉量。同時由于斷落帶部分破斷快度大，當破斷后，這塊區域逐漸穩定，并排列相對整齊，因此，在煤層工作面上的覆巖層就不會形成三帶，而是形成冒落帶和斷落帶，正因如此，冒落帶和斷落帶這兩部分的出現，會形成保護煤層的大結構，當然隨著這兩部分高度的增加，會使這種大結構的位置大幅度的向上移動，甚至使這種大結構消失。因此這也從根本上使支架承擔更大的載重量。

(3)形成斷落帶的條件

形成斷落帶需要的條件如下：

第一，破斷巖層的最終下沉量應該小于破斷巖層的厚度。在實際煤層開采的過程中，倘若破斷巖層具備十分龐大的下沉量，就會使巖塊在下落的過程中發生各種翻轉；第二，破碎巖層的下沉量應該小于破斷巖塊長度的1.4倍。這里的1.4倍是一個破斷限定條件，它可以用來約束破斷巖塊的回轉與變形，通過計算，能夠使其具備更小的回轉范圍，同時，也使其能夠在更高處無法形成穩定結構。

4.影響“冒落帶”和“斷落帶”高度的主要因素

(1)埋藏深度

在影響冒落帶和斷落帶高度的諸多因素中，其中，埋藏深度是最主要的一個因素。倘若在實際煤層開采的過程中該區域的埋藏深度小，就會使地表的壓力相對較小，從而導致頂板破碎不充分。因此，在實際開采的過程中，就不足以形成開采的充足空間。同時，當基本頂破斷以后，所形成的巖塊較大，在整個斷落區域內碎脹系數小，因此，這從很大程度上使巖層在繼續破壞的過程不能形成大結構，從而導致在工作的過程中，工作面支架承受更大程度的載荷量。

(2)頂板各巖層巖性

在影響冒落帶和斷落帶高度的諸多因素中，其中，頂板各巖層的巖性起到了決定性的作用。從實際煤層開采頂板破壞研究工作上來看，應該以巖體的物理學性質為出發點，這樣才能夠通過物理性質去分析巖層之間的狀態和差異。同樣，當淺埋條件的地壓比較小時，各頂板巖層的巖性起到了決定性的制約作用，例如，在開采過程中，倘若在某個巖層間存在較厚的巖層時，將會使頂板的破壞范圍變得更大，同樣，也會出現更為劇烈的礦壓。

(3)其他因素

除了上述兩個主要因素以外，也存在其他的因素從一定程度上影響冒落帶和斷落帶的高度。例如，工作面長度、工作面的推進速度等因素，因此，在實際煤層開采的過程中，應該對眾多因素展開研究，通過今后的工作充分了解這些因素對煤層開采的影響。

5.結束語

綜上所述，在實際煤層開采過程中，應該結合眾多因素去分析，這樣才能夠根據礦壓規律和支架的工作阻力展開研究，從而更好的實現煤層開采的效率。