秦學(xué)軍

摘要：文章依據(jù)中小煤礦對(duì)長(zhǎng)壁留煤柱法的運(yùn)用，對(duì)開(kāi)采方法的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，有效防治了隔離區(qū)的災(zāi)害垮落，從而對(duì)淺埋薄基巖的開(kāi)采中的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防。

關(guān)鍵詞：中小煤礦；淺埋薄基巖；長(zhǎng)壁留煤柱

中圖分類號(hào)：TD323文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）22-0130-03

在煤礦的開(kāi)采中，頂板的危害是最為嚴(yán)重的。其中中小煤礦在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生的頂板垮落是因?yàn)楸』鶐r的整體切落而形成的。其在采空區(qū)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(shí)踐證明，必須對(duì)中小煤礦的留煤柱支撐方法進(jìn)行研究，預(yù)防災(zāi)變，依據(jù)防災(zāi)技術(shù)，才能防治淺埋薄基巖下開(kāi)采而形成的災(zāi)害。

1淺埋薄基巖煤層開(kāi)采的災(zāi)害類型

1.1頂板災(zāi)害

由于特殊的埋藏條件，淺埋薄基巖開(kāi)采與普通埋藏條件的煤層開(kāi)采相比，有著較大差別的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，其基本特點(diǎn)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(kāi)采煤層之后，頂板巖層形成的破斷角非常大，從而引起臺(tái)階的下沉，大面積切頂事故也會(huì)因此時(shí)有發(fā)生；作為工作面頂板，一般為單一關(guān)鍵層，如果頂板出現(xiàn)斷裂，砌體梁結(jié)構(gòu)就會(huì)非常不穩(wěn)定，易出現(xiàn)動(dòng)載現(xiàn)象；頂板的破斷容易對(duì)地表造成影響，其松散的上覆層會(huì)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(lái)壓步距非常的小，且強(qiáng)度很大，基巖厚度對(duì)來(lái)壓的影響也較大。

1.2潰水潰沙災(zāi)害

如果礦區(qū)的基巖上部為厚松散沙層，且富含潛水，開(kāi)采煤層后，淺水層就會(huì)與水裂隙帶相通，破斷后的基巖會(huì)形成切落并回轉(zhuǎn)，此時(shí)水沙流動(dòng)通道就會(huì)有所形成。若潛水順著通道下流，而松散沙運(yùn)動(dòng)正好以此作為自身的動(dòng)力，就會(huì)與覆蓋的沙土混合液共同進(jìn)入工作面，導(dǎo)致潰水潰沙災(zāi)害的形成。潰水潰沙災(zāi)害的發(fā)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(kāi)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(wěn)定結(jié)構(gòu)，基巖厚度對(duì)水裂隙帶的高度也有一定的影響；含水層的高度會(huì)對(duì)水流的攜沙能力造成影響。

2長(zhǎng)壁留煤柱法的災(zāi)害防治機(jī)理

2.1長(zhǎng)壁留煤柱法的防災(zāi)特征

2.1.1局部冒頂?shù)念A(yù)防。保證生產(chǎn)的安全是煤礦采煤方法的重要實(shí)踐意義，而長(zhǎng)壁留煤柱法對(duì)長(zhǎng)壁布置進(jìn)行采用，且在作業(yè)區(qū)有支架設(shè)置。沒(méi)有支護(hù)的區(qū)域，工人是不得進(jìn)入的，這也有效地預(yù)防了頂板局部的冒落。

2.1.2跨區(qū)域垮落的預(yù)防。在煤礦的開(kāi)采過(guò)程中，最重大的災(zāi)害為大面積頂板垮落，對(duì)小區(qū)域隔離進(jìn)行采用，對(duì)大面積頂板垮落進(jìn)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(qū)域內(nèi)為88.9%，可與長(zhǎng)壁的采出率相比。

2.2長(zhǎng)壁留煤柱法的關(guān)鍵技術(shù)

長(zhǎng)壁留煤柱法的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)兩種性質(zhì)的煤柱進(jìn)行的區(qū)分，一是區(qū)內(nèi)煤柱，二是區(qū)間的隔離煤柱。其中，區(qū)域煤柱指小區(qū)域開(kāi)采期間暫時(shí)保留的煤柱，對(duì)作業(yè)區(qū)的頂板安全進(jìn)行了保障；隔離煤柱指小區(qū)域內(nèi)保留的煤柱，對(duì)工作區(qū)和采空區(qū)進(jìn)行隔離，這樣，即使采空區(qū)的頂板垮落，也不會(huì)對(duì)工作區(qū)造成任何影響。當(dāng)一個(gè)小區(qū)在開(kāi)采完成之后，在隔離煤柱隔離的情況下，在進(jìn)行下一個(gè)小區(qū)的開(kāi)采時(shí)，煤柱在小區(qū)內(nèi)可失穩(wěn)破壞，即無(wú)災(zāi)害垮落。整體說(shuō)來(lái)，長(zhǎng)壁留煤柱法的關(guān)鍵技術(shù)就是對(duì)兩種煤柱的設(shè)計(jì)和處理。

3長(zhǎng)壁留煤柱法進(jìn)行開(kāi)采時(shí)的頂板災(zāi)害的力學(xué)分析

3.1開(kāi)采時(shí)圍巖運(yùn)動(dòng)破壞的分析

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

3.1.2當(dāng)煤柱變形增大時(shí)，就會(huì)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(zhuǎn)變?yōu)榱芽p的貫通，之后形成一個(gè)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(fā)生條件。

3.1.3形成六面體后，其全部重量對(duì)支撐它的煤柱群進(jìn)行作用，增大了煤柱的載荷，使煤柱垮塌，頂板表開(kāi)始整體垮落，之后，在區(qū)域隔離煤柱外進(jìn)行下一個(gè)區(qū)域的開(kāi)采。

3.2“頂板-煤柱”相互作用下的災(zāi)害過(guò)程

3.2.1煤柱體的強(qiáng)度在特定的開(kāi)采區(qū)域內(nèi)較大，由于煤柱并未被破壞，煤柱支撐的頂板就不會(huì)形成六面體，形成幾個(gè)區(qū)域卻不會(huì)發(fā)生垮落，但卻有大面積垮落的危險(xiǎn)。

3.2.2若煤柱體強(qiáng)度較小，隔離區(qū)開(kāi)采還未結(jié)束時(shí)，煤柱支撐的頂板就會(huì)形成面積小于隔離區(qū)的六面體，對(duì)有限煤柱群進(jìn)行垮壓，促成大面積垮落，這樣的災(zāi)害帶來(lái)的危害非常嚴(yán)重，在開(kāi)采區(qū)域發(fā)生時(shí)，還會(huì)沿著煤壁切落，對(duì)人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅。

4大型頂板事故的防止體系

對(duì)于長(zhǎng)壁留煤柱開(kāi)采方法在中小煤礦中的應(yīng)用，其技術(shù)目標(biāo)是對(duì)大型頂板事故的預(yù)防，以有效減輕礦區(qū)事故的災(zāi)害，促使隔離小區(qū)域的正常垮落，并有效避免大范圍垮落在跨隔離區(qū)的形成，來(lái)保證采區(qū)的正常作業(yè)。而礦區(qū)災(zāi)害防治的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)不同性質(zhì)煤柱的合理設(shè)計(jì)的區(qū)分進(jìn)行識(shí)別，只有掌握兩種煤柱的設(shè)計(jì)方案，才能掌控防災(zāi)體系的設(shè)計(jì)核心。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)壁留煤柱開(kāi)采方法在中小型煤礦應(yīng)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(zāi)體系，即設(shè)計(jì)、確定、監(jiān)測(cè)、識(shí)別、措施。就中小煤礦開(kāi)采方式的合理選擇，可有三種較為適宜的開(kāi)采方式，其中包括：長(zhǎng)壁布置、小區(qū)域隔離、在區(qū)內(nèi)實(shí)施留煤柱支撐法進(jìn)行采煤；長(zhǎng)壁布置、小區(qū)域隔離、實(shí)施條帶煤柱進(jìn)行采煤；長(zhǎng)壁布置、小區(qū)域隔離、實(shí)施條帶煤柱放頂進(jìn)行采煤。而這三種方法的有效應(yīng)用需要關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)與評(píng)價(jià)指標(biāo)作為實(shí)施依據(jù)，其中包括：區(qū)內(nèi)支撐煤柱參數(shù)、破壞適時(shí)性評(píng)價(jià)；開(kāi)采區(qū)域尺寸、生產(chǎn)指標(biāo)；隔離煤柱的寬度、穩(wěn)定性；采取“煤柱-頂板”的相互作用；頂板災(zāi)害的防治評(píng)價(jià)。通過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)和參數(shù)的綜合性分析，可促成頂板災(zāi)害預(yù)計(jì)的評(píng)價(jià)體系。在評(píng)價(jià)體系當(dāng)中，最為主要的三方面組成了體系的整體結(jié)構(gòu)，對(duì)采取的大面積垮落、冒頂、局部冒頂進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。另外，要對(duì)礦區(qū)隔離區(qū)內(nèi)“煤柱-頂板”的變形破壞、頂板破壞隔離體的形成一級(jí)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(qū)對(duì)災(zāi)害識(shí)別的有效手段。從整體而言，中小煤礦的防災(zāi)措施一般分為兩個(gè)內(nèi)容：一是針對(duì)危險(xiǎn)性的災(zāi)變，實(shí)施可行的措施，以有效消除災(zāi)變對(duì)礦區(qū)開(kāi)采的危害指數(shù)；二是難以消除災(zāi)變的危害時(shí)，應(yīng)對(duì)發(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行相應(yīng)措施的處理。但所有步驟的實(shí)施還要依據(jù)煤層及圍巖地質(zhì)和工程地質(zhì)的具體調(diào)查情況，才能根據(jù)相應(yīng)條件進(jìn)行合理控制，進(jìn)而有效促使災(zāi)害防治的良好設(shè)計(jì)，使得災(zāi)害得到最大限度的防治。

5結(jié)語(yǔ)

總而言之，對(duì)于中小煤礦在淺埋薄基巖下的開(kāi)采，長(zhǎng)壁留煤柱法的開(kāi)采是比較適用的。其中不同性質(zhì)煤柱的區(qū)分是長(zhǎng)壁留煤柱采煤法的關(guān)鍵技術(shù)，這當(dāng)中包括區(qū)內(nèi)和區(qū)域間的隔離煤柱。而針對(duì)淺埋薄基巖下進(jìn)行開(kāi)采而形成的災(zāi)害防治，則需有效技術(shù)措施的設(shè)計(jì)、選擇、處理、運(yùn)用，構(gòu)建防止大型頂板事故的有效體系，才能促進(jìn)煤礦開(kāi)采災(zāi)害的有效預(yù)防。

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