煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造分析與頂板支護(hù)

1、煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造分析與頂板支護(hù)摘要：煤礦井下開采風(fēng)險大、危險性高，在煤礦井下開采中應(yīng)當(dāng)積極發(fā)揮煤礦 井下地質(zhì)構(gòu)造勘測的重要指導(dǎo)作用，積極將先進(jìn)的技術(shù)引入其中并借助于多種勘 測手段來查清地質(zhì)構(gòu)造，為制定合理、完善的煤礦井下開采和頂板防護(hù)提供數(shù)據(jù) 支撐，保障開采安全、高效進(jìn)行。關(guān)鍵詞：煤礦井下；地質(zhì)構(gòu)造；頂板支護(hù)1煤礦地質(zhì)構(gòu)造對煤礦開采的影響分析1.1地質(zhì)構(gòu)造對礦井水災(zāi)的影響受煤礦采動影響，煤礦井下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)會遭到一定程度的破壞，導(dǎo)致地下水 流入礦井，引發(fā)礦井水災(zāi)。礦井水災(zāi)不僅會對煤礦開采的效率造成不良影響，還 會降低煤炭的品質(zhì)。導(dǎo)致礦井水災(zāi)的主要原因：由于在回采過程中的不合理操 作，溝通了富水構(gòu)

2、造帶導(dǎo)致采煤面發(fā)生突水，引發(fā)了礦井水災(zāi)；未能在采掘前 對煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)勘測和深入分析，施工人員沒有選擇合理的掘進(jìn)方 法，破壞了煤礦井下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致地下水流進(jìn)礦井，釀成礦井水災(zāi)。1.2地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯事故的影響煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞是引發(fā)瓦斯事故的主要原因。由于煤礦井下地質(zhì) 結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷層、褶皺、孔隙和裂隙現(xiàn)象，導(dǎo)致瓦斯事故層出不窮。煤層的熱量 走向和供養(yǎng)是斷層產(chǎn)生的主要誘因，斷層也會對煤礦開采工作造成一定的不良影 響，導(dǎo)致瓦斯事故的發(fā)生；褶皺能夠?qū)崿F(xiàn)對煤層中熱量傳播速率的控制，由于 該煤礦的褶皺處于背斜位置，熱量會在煤層內(nèi)部緩慢釋放和累積，導(dǎo)致煤礦開采 過程中瓦斯爆炸事故頻發(fā)；煤層

3、孔隙包括原生孔隙和次生孔隙2種類型。原生 孔隙是煤層中的沉積物顆粒內(nèi)部形成的孔隙，次生孔隙是指受溶蝕、淋濾等外界 因素的綜合作用，使得煤層在煤化的過程中形成的孔隙。由于孔隙的數(shù)量增多， 加大了煤和瓦斯之間的氧氣含量，同時也增大了煤層氧化自燃的概率，進(jìn)而導(dǎo)致 瓦斯事故的發(fā)生；由于該煤礦出現(xiàn)了煤層裂隙，增加了煤和瓦斯之間的氧氣接 觸，從而引發(fā)瓦斯事故。1.3地質(zhì)構(gòu)造對采煤沉陷的影響采煤沉陷是煤炭開采的常見問題之一，如不能采取針對性的措施對采煤沉陷 進(jìn)行管控，會嚴(yán)重降低煤礦開采的安全性與穩(wěn)定性，導(dǎo)致安全事故頻發(fā)。煤礦井 下的地質(zhì)構(gòu)造與采煤沉陷密切相關(guān)。該煤礦井下巖石的硬度較低是導(dǎo)致該煤礦采 煤沉陷的

4、主要原因。因此，應(yīng)針對煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際情況，采取針對性的 控制措施，防范采煤沉陷對煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)造成的不良影響。2煤礦井下掘進(jìn)巷道支護(hù)的三種形式2.1預(yù)留柱支護(hù)形式傳統(tǒng)預(yù)留柱支護(hù)方式在井下開采工作中是最常使用的。在上下區(qū)段中間先預(yù) 留出一定的寬度，即預(yù)留柱支護(hù)方式，這樣做的好處是可以使風(fēng)平巷避開支撐壓 力峰值區(qū)域，從而做到對頂板實(shí)施支護(hù)作用。這種支護(hù)方式雖然是最簡單的，也 能滿足巷道支護(hù)的所有要求。但是這種支護(hù)方式所需的成本較大，因此在維護(hù)上 還有很大的難度，正逐漸被其他支付方式所取代。2.2可縮性支架形式可縮性支架是一種金屬類的支架，使用這種類型的支架來承受對應(yīng)的承載能 力就是在實(shí)際收縮

5、中所體現(xiàn)出來的荷載能力。通過有關(guān)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，對這種荷 載能力影響的因素有很多種，其中整體支架與連接件在結(jié)構(gòu)上的狀況及工作情況。 可縮性支架能夠承受的最大壓力為這種支架的最高承受力，對于如何判斷支架的 承受能力，取決于支架本身的塑性變形能不能夠發(fā)生。在一般情況下，最大承載 力與實(shí)際承載力是不相同的，在對相差數(shù)值大小進(jìn)行觀察后，對可縮性支架的狀 態(tài)如何就可以掌握，同樣對相差數(shù)值也可以進(jìn)行正確的評估，如相差數(shù)值越小， 代表可縮性支架的形態(tài)就越優(yōu)良；反之，相差的數(shù)值越大，表明可縮性支架的形 態(tài)就越差，可見，二者之間呈現(xiàn)反比例關(guān)系。因此，可縮性支架中的良好狀態(tài)就 是實(shí)際與極限荷載能力數(shù)值相接近，最好二

6、者完全相同。2.3礦用支護(hù)型鋼形式在對井下巷道掘進(jìn)開采安置頂板支護(hù)的過程中，通常使用LT型或工字型礦用 支護(hù)型鋼。無論選擇哪種型鋼作為支護(hù)用型鋼，其最主要的是對韌性抗拉性能的 選擇。這就應(yīng)對巷道內(nèi)的支架從橫向的承重能力與縱向推動力都進(jìn)行考慮，所以， 這就需要支架既能承載橫向的壓力，也能承擔(dān)縱向在方向上的負(fù)荷。還有在井下 巷道使用支護(hù)架型鋼時，必須將支架自身存在的可縮性都考慮進(jìn)去。因此，礦用 支護(hù)型鋼集合形狀應(yīng)在考慮鎖緊與滑移中，達(dá)到支護(hù)型剛接觸面積最大要求。3煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)控制技術(shù)的完善3.1加強(qiáng)巷道頂板的承載能力巷道掘進(jìn)施工技術(shù)準(zhǔn)備工作包括：結(jié)合井下礦壓觀測得來的資料和具體地 質(zhì)構(gòu)

7、造狀況，選擇與井下巷道現(xiàn)場施工相符的支護(hù)方式。在此基礎(chǔ)上，對于在巷 道內(nèi)重點(diǎn)施工區(qū)域，應(yīng)制定出完善的安全技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)施。在設(shè)計井下巷道 挖進(jìn)頂板支護(hù)施工中，逐一完善材料數(shù)量和尺寸及支護(hù)頂板方式、臨時支護(hù)形式 等，對掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程進(jìn)行嚴(yán)格控制。圍巖最開始的承受能力與平衡情況在挖掘巷 道時已經(jīng)遭到了破壞，更何況還有回采工作的配合，這就會導(dǎo)致上覆巖層產(chǎn)生運(yùn) 動，使巖層的應(yīng)力進(jìn)行了重新的分布。伴隨著采煤量的逐步擴(kuò)大，工作面的大力 推進(jìn)，會使頂板隨著工作面前后方向及側(cè)向支撐壓力在分布上有一定規(guī)律性的改 變，只有將這些全部計算出來和全面掌握了，才能正確地對巷道開挖的時間及具 體位置進(jìn)行掌握。在進(jìn)行開掘時，

8、上一區(qū)段工作面的頂板停止運(yùn)動后選擇普通的 巷道，這時在側(cè)方向的頂板已經(jīng)停止運(yùn)動，老頂也已經(jīng)觸砰，再繼續(xù)挖掘不會影 響頂板結(jié)構(gòu)的形成。通過對側(cè)向支承壓力規(guī)律進(jìn)行實(shí)際測量得出，普通的側(cè)向支 撐壓力大約會在2個月之后完全穩(wěn)定，位置為工作面的后方大約50m以外，這就 要求沿空掘巷的時間必須高于這個值。第二種關(guān)鍵技術(shù)就是對巷道開掘位置的掌 握。巷道可開掘的位置共有A、B、C、D四處：D點(diǎn)為完全沿空掘巷的位置；C 點(diǎn)是沿空掘巷留有小煤柱的位置；B和A點(diǎn)是大煤柱及有煤柱互巷的位置（如圖 1所示）。圖1老頂巖層斷裂后側(cè)向支承壓力分布示意3.2加強(qiáng)支架強(qiáng)度，解決巷道位移與變形問題在初掘井下巷道過程中，巷道位置移

9、動和變形情況經(jīng)常出現(xiàn)。因此，在頂板 支護(hù)方式選擇中，盡量選取具有柔性的支護(hù)方式，具有較強(qiáng)剛性的支護(hù)結(jié)構(gòu)，有 助于保持巷道空間有效性和完整性，并預(yù)防大規(guī)模及大面積的重修工作。對圍巖 還需要進(jìn)行讓壓與釋壓方面的工作，能增加巷道的強(qiáng)度，在壓力的承受范圍內(nèi)， 可以允許圍巖有輕度的變形，進(jìn)而釋放圍巖壓力，這樣才能更好地使頂板起到支 護(hù)作用。3.3加大設(shè)備使用效率，完善掘進(jìn)施工工藝將先進(jìn)的巷道掘進(jìn)技術(shù)與科學(xué)的施工技術(shù)相結(jié)合：在地質(zhì)及基礎(chǔ)條件都相 對較好的巷道中進(jìn)行施工時，對于掘進(jìn)技術(shù)的選擇應(yīng)該是破巖水平高、中心位置 比較低，機(jī)器相對較矮的綜合化掘進(jìn)技術(shù)。這種掘進(jìn)施工技術(shù)通常使用懸臂式掘 進(jìn)機(jī)、單體錨桿鉆機(jī)等這類設(shè)備進(jìn)行組合使用，這種配合在生產(chǎn)力方面是很強(qiáng)悍 的，并且符合地質(zhì)條件及生產(chǎn)條件。結(jié)束語井下開采會面臨著復(fù)雜的地質(zhì)狀況，尤其是在煤礦井下掘進(jìn)的過程中由于地 層的影響使得礦井的頂板容易產(chǎn)生破碎脫落的問題，從而影響煤礦井下的正常開 采。造成煤礦井下出現(xiàn)頂板脫落的問題多是由于未能對煤礦井下的地質(zhì)構(gòu)造掌握 清除所造成的。因此積極探索煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造分析與頂板支護(hù)尤為重要。參考文獻(xiàn)：邵小朋，徐旭東，南瑩浩.許廠煤礦地質(zhì)構(gòu)造特征及其演化J.華北科技學(xué)院 學(xué)報，2017，1