綜放開(kāi)采煤層傾角對(duì)周期來(lái)壓特征的影響

屈年華

摘 要：雖然幾年來(lái)新能源得到了快速發(fā)展，但是我國(guó)煤炭資源仍然是其中的“領(lǐng)跑者”，因而對(duì)于煤炭的開(kāi)采一直是工業(yè)重點(diǎn)。在煤炭的開(kāi)采過(guò)程中，煤層開(kāi)采技術(shù)對(duì)于煤炭資源來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。本文將通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)兩種途徑，就煤層開(kāi)采中的綜放開(kāi)采煤層傾角對(duì)周期來(lái)壓特征的影響規(guī)律進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：綜放開(kāi)采；煤層傾角；周期來(lái)壓；特征影響

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.065

0 引言

關(guān)于周期來(lái)壓規(guī)律的說(shuō)法存在著很多種，像最早的有壓力拱假說(shuō)和懸臂梁假說(shuō)。隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采裝備的進(jìn)步和煤層開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)的礦山壓力規(guī)律的說(shuō)法得到了進(jìn)一步發(fā)展，像鉸接巖塊假說(shuō)和巖體預(yù)成裂隙假說(shuō)以及后來(lái)的砌體梁力學(xué)模型?？梢哉f(shuō)，周期來(lái)壓規(guī)律有效地推動(dòng)了我國(guó)煤礦礦壓的研究。當(dāng)前，大部分的研究都是關(guān)于開(kāi)采速度、頂板巖性和頂板管理方法對(duì)周期來(lái)壓特征的影響，然而，有關(guān)于煤層傾角的變化對(duì)于周期來(lái)壓特征的影響分析卻少之又少。因此，在對(duì)煤層周期來(lái)壓特征的分析和研究過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)綜放開(kāi)采煤層傾角進(jìn)行理論和實(shí)踐相結(jié)合的方法，論述綜放開(kāi)采煤層傾角對(duì)周期來(lái)壓特征的影響。

1 理論分析綜放開(kāi)采煤層傾角對(duì)周期來(lái)壓特征的影響

一般來(lái)說(shuō)，煤層的整體地質(zhì)構(gòu)造會(huì)較為復(fù)雜，頂板巖的屬性是中硬性質(zhì)的巖石層，地質(zhì)的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單而且沒(méi)有斷層的分布，煤層的存量和分布也較為穩(wěn)定。以下，通過(guò)綜放開(kāi)采技術(shù)，選擇一個(gè)煤層的截面進(jìn)行理論分析：

在煤層初次來(lái)壓之后，周期來(lái)壓階段在煤層開(kāi)采上方的基本頂會(huì)形成一定的傾斜角，無(wú)論是仰斜開(kāi)采還是俯斜開(kāi)采，傾斜角都是客觀存在的?？梢詫⒚簩娱_(kāi)采上方的基本頂和下方的基本頂之間的彎曲距離作為彎矩（可以設(shè)為m），其中兩基本頂?shù)闹本€(xiàn)距離則為基本頂?shù)暮穸龋梢栽O(shè)為h），將煤層下方的基本頂和上方基本頂之間相等的距離作為周期來(lái)壓的步距（可以設(shè)為l）。而且，在煤層上方的基本頂中會(huì)有作用于巖梁上的均布載荷（可以設(shè)為q），在煤層的支撐端會(huì)有層向的壓力或者拉力（可以設(shè)為t）。那么周期來(lái)壓時(shí)的支撐力大小則等于傾斜角的余弦函數(shù)與周期來(lái)壓步距離（l）、均布載荷（q）之間的乘積。

當(dāng)支撐巖梁上表面的拉應(yīng)力達(dá)到或者超出頂板的抗拉強(qiáng)度時(shí)，煤層基本頂上的頂板則會(huì)出現(xiàn)斷裂。如果煤層的傾角角度逐步增大而周期來(lái)壓步距的數(shù)值變小時(shí)，那么相應(yīng)地，由于煤層傾斜角在產(chǎn)生變化的過(guò)程中，周期來(lái)壓的步距數(shù)值也會(huì)發(fā)生變化[1]。根據(jù)上述的周期來(lái)壓支撐力大小的計(jì)算方法，煤層傾斜角角度增大的話(huà)那么周期來(lái)壓的來(lái)壓峰值也會(huì)相應(yīng)增大。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)綜放開(kāi)采煤層傾角對(duì)周期來(lái)壓特征的影響

為了更好地反映出綜放開(kāi)采煤層整個(gè)工作面的礦壓所呈現(xiàn)規(guī)律的實(shí)際情況，在綜放工作面內(nèi)每間隔一定的距離位置可以設(shè)置一個(gè)礦壓檢測(cè)站，并且通過(guò)礦壓檢測(cè)站中的支架作為觀測(cè)線(xiàn)，這樣有利于更好地對(duì)煤層開(kāi)采進(jìn)行分析和研究。以下，將通過(guò)山西大同煤礦的一個(gè)礦點(diǎn)作為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)象，對(duì)周期來(lái)壓特征的影響進(jìn)行分析：

首先，在煤礦現(xiàn)場(chǎng)布置液壓支架，選擇其中的一部分液壓支架，在其中設(shè)置觀測(cè)線(xiàn)，并且所選擇的每條觀測(cè)線(xiàn)液壓支架要注意設(shè)置直讀式的壓力表和數(shù)碼連續(xù)記錄壓力計(jì)，對(duì)于液壓支架的前排和后排立柱上裝設(shè)有對(duì)循環(huán)壓力變化的監(jiān)測(cè)儀器。

其次，對(duì)于綜放開(kāi)采煤礦工作面的基本頂?shù)臓顩r、煤壁片幫、選擇的綜放工作面的積水狀況進(jìn)行仔細(xì)觀測(cè)，從而對(duì)于整個(gè)的綜放工作面中的不同位置以及其中的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律有更加清楚直接的認(rèn)識(shí)[2]。

第三，對(duì)于綜放煤層傾角進(jìn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理。注意對(duì)對(duì)于煤層傾角、煤層的厚度、煤層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、控頂距以及基本頂頂板的巖性數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。在整個(gè)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)除了煤層傾角之外，其他的影響因素包括來(lái)壓步距、來(lái)壓峰值并沒(méi)有出現(xiàn)較大的變化。將觀測(cè)站中選取有代表性的幾組煤層傾角進(jìn)行整理，用于研究周期來(lái)壓步距和周期來(lái)壓峰值和煤層傾角之間的關(guān)系。

第四，對(duì)于綜放煤層傾角進(jìn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析。將上述觀測(cè)站中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)將周期來(lái)壓步距、周期來(lái)壓峰值、煤層傾角之間運(yùn)用數(shù)學(xué)表達(dá)式分析。

一方面，是煤層傾角運(yùn)用周期來(lái)壓步距規(guī)律的函數(shù)分析?？梢詫⑸鲜鰧?duì)應(yīng)的來(lái)壓步距進(jìn)行最小二乘線(xiàn)性擬合，可以將煤層的傾角作為自變量，來(lái)壓步距作為可變量[3]。有結(jié)果資料分析表示，隨著煤層的傾角之間的角度變大時(shí)，周期來(lái)壓步距有呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。當(dāng)煤層的傾角在-15～-7之間時(shí)，來(lái)壓步距變化速率較快；當(dāng)煤層的傾角在-7～7之間時(shí)，來(lái)壓步距變化的速率較小；的那個(gè)煤層的傾角在7～15之間時(shí)，來(lái)壓步距變化的速率會(huì)再次加快。

另一方面，對(duì)于煤層傾角和來(lái)壓峰值規(guī)律進(jìn)行函數(shù)分析。有數(shù)據(jù)結(jié)果分析顯示，隨著煤層的傾角之間的角度變大時(shí)，周期來(lái)壓峰值會(huì)呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。當(dāng)煤層的傾角在-15～-8之間時(shí)，來(lái)壓峰值的變化會(huì)較快；當(dāng)煤層的傾角在-8～8之間時(shí)，來(lái)壓峰值的變化速率較??；當(dāng)煤層的傾角在8～15之間時(shí)，來(lái)壓峰值的變化速率會(huì)再次加快。

在得出上述結(jié)論之后，需要對(duì)煤層傾角的影響系數(shù)進(jìn)行確定。當(dāng)然，煤層傾角的影響系數(shù)不僅包括對(duì)于來(lái)壓步距的影響系數(shù)，還包括對(duì)來(lái)壓峰值的影響系數(shù)[4]。所以說(shuō)，在對(duì)煤層傾角的影響分析時(shí)，要從雙方面對(duì)煤層傾角影響系數(shù)進(jìn)行確定。

參考文獻(xiàn)：

[1]題正義，秦洪巖，陳明元.綜放開(kāi)采煤層傾角對(duì)周期來(lái)壓特征的影響[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（05）：817-822.

[2]蔡瑞春.大傾角煤層開(kāi)采礦壓特征及圍巖控制技術(shù)研究[D].安徽理工大學(xué)，2009.

[3]王旭杰.大傾角特厚煤層綜放開(kāi)采區(qū)段煤柱合理尺寸優(yōu)化與研究[D].太原理工大學(xué)，2013.

[4]王紅偉.大傾角煤層開(kāi)采覆巖結(jié)構(gòu)特征分析[D].西安科技大學(xué)，2010.