煤礦蹬空機(jī)械開采的可行性探析

陳 明

（山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司， 山西 太原 030012）

引言

由于煤礦企業(yè)之間的生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)條件不同，在煤礦整合后可能出現(xiàn)蹬空開采的現(xiàn)象，造成區(qū)域整體彎曲、裂縫等問(wèn)題，影響生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率。因此，需要一套綜合的評(píng)價(jià)體系和處理措施，對(duì)煤礦蹬空機(jī)械設(shè)備開采可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)和判斷，并以綜合分析的結(jié)果作為煤礦生產(chǎn)的指導(dǎo)，提高機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的效率和對(duì)煤礦資源的利用率。

1 煤礦蹬空開采概述

通常煤礦在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備開采時(shí)會(huì)優(yōu)先選擇在煤礦的上層空間開采，形成相對(duì)穩(wěn)定科學(xué)的采礦結(jié)構(gòu)，保證生產(chǎn)的安全。但由于地理因素和地質(zhì)條件的影響，許多煤礦在機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)中會(huì)采取下行開采的措施，即優(yōu)先開采煤礦的下部結(jié)構(gòu)，放棄上層的煤礦資源。隨著煤礦市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和煤礦資源的縮減，煤礦企業(yè)不得不選擇對(duì)部分已經(jīng)進(jìn)行過(guò)下行開采的煤礦借助先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行重新開采，在煤礦的上部空間進(jìn)行開采，因而加大了機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的危險(xiǎn)性和開采的難度[1]。

煤礦蹬空機(jī)械設(shè)備開采的安全性主要和已經(jīng)開采過(guò)的采空區(qū)狀況相關(guān)，需要對(duì)采空區(qū)的環(huán)境狀況進(jìn)行分析。首先需要分析的是采空區(qū)的水區(qū)、火區(qū)狀況，即對(duì)采空區(qū)的積水情況和瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行調(diào)查分析，獲得機(jī)械設(shè)備開采可行性分析的基本數(shù)據(jù)。采空區(qū)常見的含水層主要包括石灰?guī)r含水層、風(fēng)化殼裂隙含水層和沖積、洪積含水層，并且在后續(xù)的采水過(guò)程中可能出現(xiàn)持續(xù)出水的現(xiàn)象，因而要對(duì)采空區(qū)的水層進(jìn)行調(diào)查和數(shù)據(jù)的采集，實(shí)施探放水措施獲取基本的水區(qū)信息。同時(shí)，要對(duì)采空區(qū)中的瓦斯?jié)舛群突鸱N情況進(jìn)行調(diào)查，防止機(jī)械設(shè)備開采過(guò)程中出現(xiàn)爆炸等嚴(yán)重的安全事故。

在了解采空區(qū)的物質(zhì)含量、進(jìn)行安全隱患的分析后，要確定煤層頂板和底板的穩(wěn)定程度。由于煤礦機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)是在采空區(qū)上部進(jìn)行，且煤礦開采對(duì)煤礦的影響和沖擊較大，可能造成煤礦結(jié)構(gòu)的改變，如果底板的堅(jiān)固程度不足，就可能造成安全問(wèn)題。因此，要對(duì)上煤層的底板穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，確定底板的結(jié)構(gòu)成分和抗壓能力，收集煤層生產(chǎn)環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)，作為計(jì)算衡量的指標(biāo)[2]。

2 煤礦蹬空機(jī)械設(shè)備開采可行性分析方法

影響煤礦機(jī)械設(shè)備上行開采的主要因素包括煤層的間距、煤層內(nèi)部結(jié)構(gòu)、層間結(jié)構(gòu)、煤礦巖層的抗壓能力、采煤的方法和開采的時(shí)間間隔、采高等。煤礦蹬空機(jī)械設(shè)備開采的可行性分析主要是針對(duì)煤礦上層開采的安全性和穩(wěn)定性進(jìn)行的，相關(guān)的分析方法主要包括比值判別法、“三帶”判別方法、圍巖平衡方法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析的方法，各種方法采用不同的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行煤礦穩(wěn)定性的分析。

2.1 比值判別法

比值判別法主要是利用煤層間距和采高之間的關(guān)系判斷煤礦蹬空機(jī)械設(shè)備開采的可行性，計(jì)算的方法主要是計(jì)算煤層間距和煤層采高之間的比值確定采動(dòng)倍數(shù)。計(jì)算得出采動(dòng)倍數(shù)后，將得出的數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，確定煤礦機(jī)械設(shè)備開采的可行性。實(shí)踐表明，煤礦的巖層較堅(jiān)硬時(shí)，采動(dòng)系數(shù)為8，中等硬度時(shí)，采動(dòng)系數(shù)為7.5，而巖層的硬度較差時(shí)，采動(dòng)系數(shù)為7。根據(jù)比值判別法能夠確定煤礦的蹬空機(jī)械設(shè)備開采可行性。

2.2 “三帶”判別方法

煤礦采空區(qū)的存在容易造成煤礦巖層的松動(dòng)變形和裂隙，對(duì)煤礦上行層的底板穩(wěn)定性造成影響?？梢酝ㄟ^(guò)衡量煤礦的垮落和裂隙高度衡量蹬空機(jī)械設(shè)備開采的可行性。通過(guò)對(duì)煤礦的各個(gè)位置的垮落和裂隙高度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和數(shù)據(jù)收集，能夠獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)綜合的計(jì)算方法獲取煤礦的整體情況，進(jìn)行綜合的判斷和分析?！叭龓А迸袆e方法具有整體性和綜合性，能夠提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3 圍巖平衡方法

圍巖平衡高度是指下層頂板到圍巖平衡頂板的高度，上行煤層的頂板是堅(jiān)固的巖層，且下底板距離平衡圍巖的位置較近時(shí)，可以進(jìn)行蹬空開采。蹬空機(jī)械設(shè)備開采的可行性分析需要從綜合的角度進(jìn)行考評(píng)，因而圍巖平衡方法也需要對(duì)煤礦上行煤層的高度進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的處理。

2.4 數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析主要是指對(duì)煤礦的上行煤層收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和處理，并按照數(shù)學(xué)的分析和測(cè)量方法建立科學(xué)的測(cè)評(píng)制度。數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析能夠?qū)γ旱V進(jìn)行綜合的測(cè)評(píng)，形成的結(jié)果具有準(zhǔn)確性和合理性，能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)備可行性分析提供衡量的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法在應(yīng)用中需要提高數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

3 煤礦蹬空開采的問(wèn)題處理措施

由于煤礦進(jìn)行蹬空機(jī)械設(shè)備開采的可行性主要受到煤層穩(wěn)定性的影響，因此提高煤層的穩(wěn)定性和抗壓強(qiáng)度是提高煤礦蹬空機(jī)械設(shè)備開采可行性的主要措施。煤礦蹬空機(jī)械設(shè)備開采在實(shí)際生產(chǎn)中容易出現(xiàn)煤層的破壞和變形問(wèn)題，而常見的支護(hù)機(jī)械設(shè)備不能滿足蹬空開采的需要，煤礦企業(yè)需要對(duì)煤礦的煤層問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，對(duì)煤層出現(xiàn)的變形進(jìn)行修繕和改造，提高煤礦開采的穩(wěn)定性的和安全性。

3.1 煤礦蹬空機(jī)械設(shè)備開采的實(shí)踐措施

在煤礦蹬空機(jī)械設(shè)備開采中常見的是使用金屬摩擦支柱進(jìn)行支護(hù)，但煤礦中采空區(qū)的存在可能造成采煤面冒頂問(wèn)題。由于下層煤礦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被開采挖空，造成煤礦下底板結(jié)構(gòu)的變形，無(wú)法尋找有效的支撐點(diǎn)，往往造成支護(hù)設(shè)備使用的無(wú)效。因此，煤層的支護(hù)不應(yīng)僅僅從使用支護(hù)設(shè)備的角度進(jìn)行考慮，而是要對(duì)巖層的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化，改變巖層的支撐結(jié)構(gòu)和抗壓強(qiáng)度，保障上行開采的穩(wěn)定性和安全性。在蹬空開采中使用支護(hù)組合是提高巖層整體穩(wěn)定性的重要措施。

3.2 煤礦裂隙漏風(fēng)問(wèn)題的處理措施

由于煤礦開采對(duì)原有的煤礦巖石層結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致煤礦的巖石層出現(xiàn)裂縫和塌陷，在這種情況下想要進(jìn)行上行開采就要先提高煤層的穩(wěn)定性，提高巖石層的抗壓能力。通過(guò)人工方式對(duì)煤礦的巖石層進(jìn)行強(qiáng)化和穩(wěn)定，并對(duì)巖石層的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。常見的方法是使用水泥進(jìn)行澆筑，修補(bǔ)巖石層的裂縫，待水泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后進(jìn)行上行開采。而對(duì)水泥漿澆筑的厚度和強(qiáng)度都要提出一定的要求，既要提高巖石層的穩(wěn)定性，又要保證機(jī)械設(shè)備和支護(hù)結(jié)構(gòu)的正常使用[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)煤礦蹬空機(jī)械設(shè)備開采可行性進(jìn)行分析，能夠在煤礦機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中形成綜合的理論方法，并為煤礦企業(yè)的生產(chǎn)提出指導(dǎo)性意義，形成具有科學(xué)性、系統(tǒng)性和綜合性的通用評(píng)價(jià)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]宋長(zhǎng)賀，宋選民.寸草塔礦2-1中煤層蹬空開采可行性分析[J].煤礦安全，2015，46（2）：201-204.

[2]孫澤東，郝兵元，黃輝，等.近距離煤層上行開采可行性研究[J].煤炭技術(shù)，2014，33（10）：147-150.

[3]周保平.黃土坡煤礦蹬空開采可行性分析[J].同煤科技，2015（2）：28-30.