東河煤礦溝谷地貌下動(dòng)載防治

摘 要：在淺埋及近淺埋煤層條件下，煤層開采受地表形態(tài)的影響較大，工作面在溝谷下方推進(jìn)過程中常會(huì)發(fā)生支架活柱急劇下縮甚至壓架等動(dòng)載礦壓災(zāi)害事故，嚴(yán)重威脅煤礦的安全生產(chǎn)。鑒于東河煤礦部分工作面處于山體溝谷地貌下開采的實(shí)際，故研究山體溝谷地貌下動(dòng)載防治對(duì)于該礦井動(dòng)載防治以及安全生產(chǎn)具有重要的實(shí)踐價(jià)值。本文以東河煤礦2#煤層動(dòng)載礦壓防治為工程背景，在總結(jié)分析前人研究成果的基礎(chǔ)上，提出了防治對(duì)策。

關(guān)鍵詞：溝谷;動(dòng)載防治;防治對(duì)策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.059

1 地理位置

太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司東河煤礦位于臨汾市蒲縣縣城N60°E方向直距25km處，行政區(qū)劃隸屬臨汾市蒲縣太林鄉(xiāng)和克城鎮(zhèn)管轄，面積約13.3km2。地表溝壑縱橫，以中山、低山為主，地表時(shí)起時(shí)伏，多為黃土層所覆蓋，山區(qū)內(nèi)存在多條溝谷，其中，有兩條溝谷從東西方向貫穿整個(gè)井田。

2 地表溝谷特征

按溝谷類型劃分，礦區(qū)內(nèi)地表溝谷以沖溝為主。沖溝呈葉脈狀網(wǎng)絡(luò)發(fā)育，1條主溝伴隨多條支溝，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，東河煤礦地表溝谷形態(tài)一般為先發(fā)育一條主沖溝，然后在降水作用下，沿主沖溝兩側(cè)逐步演變出支溝，支溝繼續(xù)發(fā)育，最終形成溝頭，從而形成注沖溝—支溝—溝頭型沖溝網(wǎng)絡(luò)。主沖溝下的支溝，從屬于同一主沖溝的支溝走向基本一致，統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)的每條沖溝的溝頭數(shù)量在3～6之間。沖溝寬度5～53m，平均29m;深度4～60m，平均32m;溝壁坡角13°～52°，平均33°;深度與寬度呈正相關(guān);主沖溝長度越長，衍生出的支溝數(shù)越多。

以沖溝間夾角角度分析，1號(hào)沖溝為30°～70°，平均50°;2號(hào)沖溝為40°～90°，平均70°;3號(hào)沖溝為60°;4號(hào)沖溝為35°～72°，平均37°，從已有數(shù)據(jù)來看，沖溝網(wǎng)絡(luò)中的支溝大多位于主溝一側(cè)，發(fā)育形態(tài)與樹葉葉脈極為相近，與葉脈兩側(cè)發(fā)育不同的是，沖溝網(wǎng)絡(luò)呈半葉脈狀，以4號(hào)沖溝為界，呈現(xiàn)兩極分化趨勢(shì)，1、2、3號(hào)沖溝北側(cè)支溝發(fā)育，南側(cè)僅有一條支溝，而5、6、7號(hào)沖溝發(fā)育則正相反，支溝網(wǎng)絡(luò)大部位于主沖溝南側(cè)。

為對(duì)地貌有一直觀、形象的了解，依據(jù)井田地形圖等高線，繪制了局部三維地形圖?？梢钥闯?，溝谷發(fā)育，形態(tài)特征多變，地表多為黃土，加之植被稀疏，在持續(xù)雨水沖刷和采動(dòng)影響下，水土流失，溝谷形態(tài)會(huì)發(fā)生較大改變。

3 動(dòng)載礦壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

早期評(píng)價(jià)是事前控制的基礎(chǔ)，以便在采掘過程施工前分析出導(dǎo)致動(dòng)載礦壓事故發(fā)生的各種可能因素對(duì)礦壓顯現(xiàn)程度大小的影響，以此擬定出有效的防治措施，做到防患于未然，做好、做足準(zhǔn)備工作，使動(dòng)載壓發(fā)生的可能程度降到最低。早期評(píng)價(jià)可采用經(jīng)驗(yàn)類比進(jìn)行動(dòng)載礦壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。

3.1 經(jīng)驗(yàn)類比法

（1）依據(jù)地形地貌主要參數(shù)進(jìn)行分類評(píng)價(jià)。在礦井井田范圍內(nèi)，依據(jù)溝谷地貌將區(qū)域分為Ⅰ類動(dòng)載易發(fā)生區(qū)域，Ⅱ類運(yùn)載不易發(fā)生區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注，在Ⅰ類易發(fā)生區(qū)域編制預(yù)案，工作面接近本區(qū)域時(shí)發(fā)出預(yù)警;

（2）依據(jù)煤礦地質(zhì)報(bào)告，結(jié)合井田鉆孔柱狀圖，判定主關(guān)鍵層的完整性，預(yù)測(cè)采場(chǎng)來壓大小，范圍及影響時(shí)間，重點(diǎn)對(duì)主關(guān)鍵結(jié)構(gòu)作出分析;預(yù)估斷裂帶所處層位，計(jì)算頂板壓力，確定合理采高，提高回收率;整理分析已采區(qū)域的礦壓活動(dòng)規(guī)律，地表變形，頂?shù)装孱愋图昂穸?，?duì)2#煤開采提供預(yù)測(cè);定期進(jìn)行地表裂隙及沉降觀測(cè)，地表臺(tái)階下沉，塌陷坑邊緣予以重點(diǎn)關(guān)注。

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

工作面在溝谷地段下推進(jìn)時(shí)，為防止動(dòng)載礦壓現(xiàn)象發(fā)生，需要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，可從以下幾個(gè)方面著手：

（1）工作面周期來壓步距，支架支護(hù)阻力及運(yùn)行狀況;

（2）超前支護(hù)段巷道頂?shù)装逡平俊蓭妥冃吻闆r，預(yù)估頂板來壓位置;

（3）依據(jù)工作面頂板變化情況，預(yù)報(bào)頂板破碎程度。

動(dòng)載礦壓發(fā)生時(shí)，來壓劇烈，塊體破碎，煤壁片幫嚴(yán)重，支護(hù)不及時(shí)或支護(hù)阻力不足時(shí)極易發(fā)生局部冒頂，后續(xù)處理較為困難，需耗費(fèi)大量時(shí)間和人工，嚴(yán)重影響采掘安排及生產(chǎn)進(jìn)度，所以可將上述幾方面作為日常工作監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，如有異常，及時(shí)預(yù)警。

KJ216系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示傳感器數(shù)值、設(shè)定報(bào)警值及查詢歷史記錄，因此，依托現(xiàn)有系統(tǒng)完全可以滿足使用要求。在溝谷上坡段下方兩順槽頂板上安裝圍巖移動(dòng)傳感器、應(yīng)力傳感器以及離層傳感器;在工作面安裝支架壓力傳感器。

4 動(dòng)載礦壓防治

為實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)通過溝谷地形段，可以從管理和技術(shù)兩方面采取措施加以應(yīng)對(duì)。

4.1 管理措施

在工作面動(dòng)載礦壓的防治中，始終堅(jiān)持“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的基本方針，以打造本質(zhì)安全型企業(yè)為契機(jī)，強(qiáng)化質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化和本安體系建設(shè)，規(guī)范崗位作業(yè)流程，在各崗位各地點(diǎn)各系統(tǒng)深入貫徹《煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化考核評(píng)級(jí)辦法》，以《辦法》為標(biāo)尺，通過標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的提升，在對(duì)標(biāo)中不斷完善，逐步形成適應(yīng)本礦實(shí)際又富有特色的工作標(biāo)準(zhǔn)。

在預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上，有針對(duì)性的采取預(yù)措施。同時(shí)要把工作面礦壓監(jiān)測(cè)擺在更加重要的位置，安排專人負(fù)責(zé)，班班分析。根據(jù)變化管理規(guī)定以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定富有針對(duì)性的過溝谷地形安全技術(shù)措施，并實(shí)行技術(shù)交底，在此期間支護(hù)工作嚴(yán)格實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，提高工序質(zhì)量管理，保證工作面平穩(wěn)推過。

成立動(dòng)載礦壓防治領(lǐng)導(dǎo)小組，編制動(dòng)載礦壓中短期規(guī)劃，定編定崗，專人負(fù)責(zé)動(dòng)載礦壓預(yù)測(cè)，設(shè)立資料臺(tái)帳，主要有：（1）機(jī)構(gòu)設(shè)置以及人員組成;（2）生產(chǎn)管理制度（崗位責(zé)任制、各項(xiàng)技術(shù)措施、例會(huì)制度、會(huì)議紀(jì)要、動(dòng)載礦壓調(diào)查和處理分析制度）;（3）技術(shù)交底資料;（4）動(dòng)載應(yīng)急預(yù)案、事故記錄和報(bào)告資料。在臺(tái)帳資料的記錄、整理和積累過程中起到自檢、互檢、與現(xiàn)場(chǎng)管理相結(jié)合，不斷提高動(dòng)載礦壓防治管理水平。

通過全面質(zhì)量管理、QC小組等活動(dòng)，利用質(zhì)量管理工具，繪制液壓支架工作阻力直方圖對(duì)支架運(yùn)行工況進(jìn)行分析，找出質(zhì)量運(yùn)動(dòng)規(guī)律，預(yù)測(cè)工序質(zhì)量，對(duì)薄弱點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)防控。理想工況直方圖形狀特征為中央高，兩側(cè)低，以對(duì)稱狀分布。若出現(xiàn)不合格直方圖，采用質(zhì)量控制圖分析相關(guān)影響因素，改善支架工作阻力運(yùn)行區(qū)間，消除不利影響因素，使之處于合理區(qū)間。

4.2 技術(shù)措施

4.2.1 自然地質(zhì)方面

防止主要沖溝網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)發(fā)育。小的溝槽進(jìn)行填平，工作面上方谷底硬化，因地制宜調(diào)節(jié)溝谷坡面流水走向，使之不再交匯灌注，在缺少植被的坡面種植草皮，確保沖溝不再發(fā)育和延深，防止主關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)被持續(xù)侵蝕和風(fēng)化;地表裂縫進(jìn)行有效的填堵。水對(duì)巖層的持續(xù)侵蝕作用，導(dǎo)致節(jié)理巖體裂隙擴(kuò)展，加之孔隙或裂隙中的水有孔隙壓力，在微觀層面上的巖石固體顆粒承受的壓力也將在一定程度上減小，最終導(dǎo)致巖體強(qiáng)度隨巖石強(qiáng)度的降低而降低。持續(xù)的水力侵蝕形成的裂隙極有可能成為上覆巖層的斷裂線，致使工作面超前冒落;合適的溝谷區(qū)域內(nèi)削峰填谷，減小上覆巖層承載壓力及過溝谷段頂板壓力的突然減小或突然增大，防止一部分支架受力不均、偏載，導(dǎo)致壓架事故的發(fā)生;小型溝谷的填埋與矸石山的選址相結(jié)合，利用矸石填充溝谷，黃土夯實(shí)，地表綠化。較寬的溝谷與綠色礦山建設(shè)相結(jié)合，進(jìn)行邊坡綠化，防止雨水沖刷下邊坡進(jìn)一步擴(kuò)展;泄洪量較小的溝谷有計(jì)劃的改道，將水引入主泄洪通道，作為主泄洪通道的溝谷河床，用混凝土板或者塊石鋪砌，成為人工硬河床;結(jié)合工作面采掘銜接計(jì)劃，削減年度內(nèi)通過的溝谷上坡段坡角，宜控制在20°以內(nèi)。

4.2.2 采煤工藝和開采規(guī)劃

優(yōu)化采掘部署，在保證年度生產(chǎn)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，在溝谷地段預(yù)留合理時(shí)間，做足準(zhǔn)備工作得以快速通過;統(tǒng)籌考慮盤區(qū)巷道布置、工作面的推進(jìn)方向與溝谷走向的關(guān)系，盡可能使工作面沿地表溝谷坡面的偽傾斜方向推進(jìn);工作面在溝谷地形下推進(jìn)時(shí)，在必要的情況下，合理調(diào)整采高或采放比;過上坡段時(shí)，適當(dāng)提高支架初撐力，留有余量，增強(qiáng)對(duì)頂板的控制力;在可能發(fā)生動(dòng)載礦壓的區(qū)域，提高日推進(jìn)速度，快速通過受影響地段。

4.3 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理

提高支架工作阻力，科學(xué)分配支架立柱受力，可有效改善工作面控制效果，是防治工作面動(dòng)載礦壓現(xiàn)象發(fā)生的途徑之一。

四柱式液壓支架分段承載曲線公式如下：

式中：P1、P2分別為立柱的工作阻力;、分別為立柱傾角;l1、l2分別為立柱對(duì)O點(diǎn)的作用力矩。

可知，四柱式支架可以通過改變前后立柱不同壓力來改變承載范圍，使支架有效承載范圍前移，最大可前移0.7m，及時(shí)有效控制煤壁附近新暴露的頂板。因此，可通過合理優(yōu)化前后立柱工作阻力，改善受力不均。

因此，工作面支護(hù)質(zhì)量管理實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，制定過溝谷區(qū)域工作面支護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)，對(duì)防治動(dòng)載礦壓現(xiàn)象的發(fā)生具有實(shí)際意義。實(shí)際工作中，重點(diǎn)關(guān)注液壓支架運(yùn)行工況，運(yùn)行異常的及時(shí)查明原因，及時(shí)處理，確保設(shè)備完好。

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作者簡介：張建強(qiáng)（1991-），男，山西壺關(guān)人，研究生，助理工程師，生產(chǎn)技術(shù)部技術(shù)員，研究方向：采煤技術(shù)管理。