采煤工作面礦山壓力的影響因素分析

劉書學(xué)

摘 要： 在煤炭開采過程中，對于礦山壓力的控制是確保采煤工作面安全生產(chǎn)和正常推進(jìn)的關(guān)鍵所在。近年來，在礦山壓力作用下，采煤工作面頂板事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)采煤工作面會(huì)發(fā)生大面積冒頂、漏頂，造成群死群傷，對國家煤礦安全生產(chǎn)形勢帶來了很大的影響。因此需要提前做好采煤工作面礦山壓力預(yù)防和控制，及時(shí)進(jìn)行礦壓實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控，才能有效降低頂板事故風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生幾率，全面提高采煤工作面的生產(chǎn)效率，以實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。文中從礦山壓力的形成過程入手，逐一對采煤工作面礦山壓力的影響因素與建議進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞： 采煤工作面;礦山壓力;頂板;采高;開采深度;推進(jìn)速度

【中圖分類號】TD31 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）21-0279-01

在巷道開掘和回采過程中，礦山壓力會(huì)伴隨顯現(xiàn)。礦山壓力產(chǎn)生的根源來自于采動(dòng)前原巖應(yīng)力。在當(dāng)前煤礦采掘過程中，由于礦山壓力導(dǎo)致的頂板事故占所有煤礦事故總數(shù)的較大比例。隨著煤礦開采技術(shù)水平的提升，針對于礦山壓力的研究也不斷深入，根據(jù)礦山壓力顯現(xiàn)的活動(dòng)規(guī)律，制定科學(xué)有效的技術(shù)手段，是保證采煤工作面的順利推進(jìn)的有力手段。

1 礦山壓力概述

在礦體沒有開采之前，巖體處于平衡狀態(tài)。當(dāng)?shù)V體開采后，形成了地下空間，破壞了巖體的原始應(yīng)力，引起巖體應(yīng)力重新分布，并一直延續(xù)到巖體內(nèi)形成新的平衡為止。在應(yīng)力重新分布過程中，使圍巖產(chǎn)生變形、移動(dòng)、破壞，從而對工作面、巷道及圍巖產(chǎn)生壓力。通常把由開采過程而引起的巖移運(yùn)動(dòng)對支架圍巖所產(chǎn)生的作用力稱為礦山壓力。

采煤工作面開采過程中，會(huì)經(jīng)歷直接頂初次垮落、基本頂初次來壓、基本頂周期來壓等多個(gè)礦山壓力顯現(xiàn)階段，加之多煤層開采時(shí)鄰近層的采動(dòng)應(yīng)力、水文地質(zhì)因素等其他方面的影響，這也導(dǎo)致采煤工作面整體受力作用機(jī)理更具復(fù)雜性，增加了回采工作面的開采難度。因此，有必要對礦山壓力的影響因素進(jìn)行分析。

2 采煤工作面礦山壓力的影響因素與建議

2.1 頂板巖層

采煤工作面的直接頂初次垮落和基本頂?shù)某醮蝸韷骸⒅芷趤韷簩Σ擅汗ぷ髅娴挠绊懞艽?。一直以來我國煤礦行業(yè)發(fā)展過程中，針對于直接頂穩(wěn)定性的研究不斷深入，并取得相應(yīng)的進(jìn)展，并制定了具體的衡量標(biāo)準(zhǔn)，一般情況下會(huì)將端面破碎度作為直接頂穩(wěn)定性的衡量指標(biāo)，并將初次垮落步距作為直接頂分類指標(biāo)。因此在采煤工作面管理工作中，需要將直接頂維護(hù)工作作為重點(diǎn)內(nèi)容，通過采取有效的措施保證直接頂?shù)耐暾院头€(wěn)定性，以此來保證采煤的效率和安全。

根據(jù)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的變化結(jié)果表明：基本頂?shù)暮穸群蛷?qiáng)度與回采工作面初次來壓、周期來壓步距具有一定影響?；卷?shù)恼w性能會(huì)對支護(hù)強(qiáng)度和采空區(qū)處理帶來較大的影響，基本頂還會(huì)影響到直接頂?shù)姆€(wěn)定性。

不同地質(zhì)條件下的回采工作面，通過頂板巖層分布及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，合理確定采場支護(hù)參數(shù)，確保工作面初次垮落、初次來壓及周期來壓期間支架工作阻力，采取針對性安全技術(shù)措施，可有效控制頂板下沉，減少頂板事故發(fā)生。

2.2 采高

對于絕大部分礦山來說（非特殊地質(zhì)條件），采高與上覆巖層破壞性成正比，我國主要煤田回采工作面的垮落帶高度通常為采出煤層厚度的3—5倍，裂隙帶高度約為垮落帶高度的2—3倍，彎曲下沉帶高度為裂隙帶之上直至地表。回采工作面液壓支架所承受的工作載荷與回采高度成正比，可以通過采高來計(jì)算采場及液壓支架所需的支護(hù)強(qiáng)度，這就需要嚴(yán)格控制工作面采高參數(shù)，以降低采場的礦山壓力，減少支架支撐壓力，降低頂板下沉、煤壁片幫幾率。

2.3 開采深度

在實(shí)際采煤工作面作業(yè)過程中，開采深度會(huì)對原巖應(yīng)力和周圍巖層支撐壓力帶來直接的影響，因此需要對開采深度進(jìn)行控制。隨著開采深度的增加，煤層中的自重應(yīng)力也隨之增加，煤巖體中聚集的彈性能也隨之增加。這就加大了沖擊礦壓發(fā)生的可能性。因此在實(shí)際開采作業(yè)過程中，需要嚴(yán)格控制開采深度，特別是在技術(shù)受限的情況下，要盡量避免過深采礦。

2.4 工作面推進(jìn)速度

工作面推進(jìn)速度會(huì)直接影響巖層穩(wěn)定性，進(jìn)一步影響礦山壓力。通過實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)，頂板下沉量與工作面推進(jìn)時(shí)間有直接關(guān)系，造成頂板下沉的主要原因是由于老頂、上覆巖層活動(dòng)，這是因?yàn)槔享斊鲶w梁支撐前后點(diǎn)是煤壁、冒落矸石，隨著工作面不斷推進(jìn)，煤壁應(yīng)力也會(huì)隨之發(fā)生變化，上覆巖層活動(dòng)會(huì)隨著采空區(qū)已垮落矸石壓實(shí)變化而變化。因此，隨著工作面推進(jìn)時(shí)間延長，會(huì)增加頂板下沉量。這就需要盡可能增加工作面推進(jìn)速度，控制頂板下沉量。

2.5 支護(hù)材料及頂板管理方法的影響

同等條件下，頂板下沉量與采煤工作面的支護(hù)強(qiáng)度呈反比，而支護(hù)材料的性質(zhì)、質(zhì)量又決定著支護(hù)強(qiáng)度的大小。目前，我國回采工作面支護(hù)材料由傳統(tǒng)的木支柱、摩擦支柱衍變?yōu)橄冗M(jìn)的單體液壓支柱、液壓支架，增加了對頂板的有效支護(hù)強(qiáng)度，較好地控制了工作面的頂板下沉量。近年來，我國已經(jīng)掌握了一套應(yīng)對不同作業(yè)條件的頂板管理方法。如在頂板條件良好的環(huán)境，通常采用全部垮落法處理采空區(qū);而頂板條件不好的，一般應(yīng)用充填法或煤柱支撐法，減少頂板下沉與巖層移位的現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)對頂板穩(wěn)定性的有效管理。

3 結(jié)束語

在實(shí)際煤礦開采作業(yè)過程中，由于礦山壓力直接關(guān)系到采煤工作的安全進(jìn)行，因此需要對礦山壓力及影響因素有一個(gè)正確的認(rèn)識，并針對影響采煤工作面礦山壓力的因素進(jìn)行深入分析，積極采取有效措施來降低礦山壓力帶來的不利影響，有效的控制頂板下沉問題，盡量降低礦山壓力帶來的不利影響，保證采煤工作生產(chǎn)的安全，進(jìn)一步促進(jìn)煤礦開采效益的提升。

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