煤層風化帶支護的措施研究

張智敏

(陽泉煤業集團晉北煤礦企業管理有限公司,山西陽泉 045000)

煤層風化帶支護的措施研究

張智敏

(陽泉煤業集團晉北煤礦企業管理有限公司,山西陽泉 045000)

隨著我國對煤礦資源的不斷開采,由于斷層和地面溝壑的形成,導致形成了很多的風化帶煤層。在礦井掘進施工過程中,安全、順利通過煤層風化帶,合理確定施工工藝與支護參數至關重要。本文中,筆者從煤層風化帶的特點和支護措施進行了相關分析,為國內煤礦業存在的風化層問題提出了部分個人建議,旨在為同行提供參考。

煤礦 風化層 斷層 地面溝壑

我國煤礦業在不斷迅速發展的同時，對煤層的認識也在不斷加深，而隨著我國在煤炭資源的不斷開采，資源儲量的不斷下降，國內各煤礦的開采條件也逐步由淺層開采變為深部開采，地質條件由簡單變向復雜。煤礦在施工開采過程中，受不同地質構造的影響，施工難度加大，特別是煤層風化帶巖性松軟，頂、幫管理難度較大，合理確定施工工藝及支護形式，是保障礦井安全生產，提高產能效益重要部分。所以，有關煤層的支護措施需要得到不斷的提高，以此來確保我國煤礦產業的持續發展。

1 煤層風化帶的特點

1.1 物理性質

煤層風化帶：在物理性質方面主要是指它的粉末狀態，且其有著較軟的質地，容易用手碾碎。碎了之后的風化煤層一般呈現黑褐色，然后消失結構或是存在一點結構，碎了之后，其硬度也有所明顯降低，沒有了光澤，容易沾染到手上，更加地吸水。

1.2 化學性質

相比起普通的煤層，風化帶煤層大幅降低了它的發熱量，一般都不會燃燒起來，水分更高、透光率更低，且有著高比例的灰分和高含量的腐植酸。特別是被風化得比較嚴重的煤層，它的腐植酸含量會大大降低，甚者會消失到炭質泥巖的程度，它含有的碳元素會減少，氧元素則會升高。

1.3 工業特征

經過風化作用后的9#煤層，其水分、灰分和揮發分會得到提高。原本只有2.53%～23.82%含量的水分，在被風化后，它的水分含量降到了平均9.18%，與此同時，它的灰分與揮發分含量降得更低，分別是從22.86%～73.08%降到平均含量為48.56%和43.18%，74.35%降到平均含量為52.37%。由于經過風化作用后的煤層很大程度上地降低了其發熱量，所以在煤礦的工業特征中，它的用途也發生了很大的變化。

2 煤層受到風化的原因

2.1 煤層中受到水的影響

引起煤層發生風化現象的主要原因是水的來源為風化作用提供了水分支持。鄰近煤層的含水層會與煤層進行直接接觸，從而使得斷裂地面下的煤層與含水層有了裂縫，大量的地下水都可以進入到煤層里面，也就會煤層中的風化作用提供了水資源的支持。

2.2 煤層中受到氧氣的影響

另外一個影響風化層煤礦形成的重要因素就是風化作用中，所需要用到的氧氣資源。筆者認為，在斷層與地面溝壑這兩種地面狀況下的地下煤層資源，與地表存在著一定的縫隙，從而導致地表的氧氣進入到地下的煤層中，從而為地下煤層的風化作用提供了氧氣支持。

2.3 煤層中受到酸堿介質的影響

一般情況下，風化層煤礦的形成都是需要煤層中的黃鐵礦資源來作為催化劑的。地下煤層中有黃鐵礦的話，就能夠與水和氧之間發生化學反應，就很容易形成硫酸，從而使地下水呈酸性，而酸性水的存在，又是風化作用形成的催化劑。

2.4 煤層與其他層面的節理與裂隙

斷層與地面溝壑這類地面狀況的形成，導致水和氧進入了煤層中。在斷層、地面溝壑發育的地方，且連通性比較好的地方，為含水層的水和其他鄰近煤層的層面中的氧氣提供了一定的通道，由此可知，斷層、地面溝壑等地面狀況是決定煤層是否發生風化作用的決定因素。

3 風化煤層的相關支護措施

3.1 合理確定施工工藝

因煤層風化帶頂、 幫巖性易碎，頂、幫較難管理，有必要對空頂距和空頂時間進行嚴格控制，利用縮短一次掘進距離和一次支護距離，對空頂進行及時支護。同時，掘進施工期間應減少附近圍巖破損，利用綜掘施工或炮掘減少裝藥量來實現。

3.2 支護形式確定

鑒于煤層風化帶巖性的特殊性，臨時支護形式和永久支護參數確定尤為重要。臨時支護：可用排管打超前支護或噴射混凝土加強支護，混凝土強度C20，厚度不小于100mm。使用排管打超前支護，排管規格：Φ40×4000mm；打排管間距：150～200mm，排距0.6～1.2m。排管根據圍巖破碎程度適當加密，排管角度與巷道呈8°～15°夾角，深度為3.5—3.6m，外露長度不得大于400—500mm，沿迎頭支架頂部或沿巷道輪廓線布置。永久支護：因主動支護方式(錨桿、錨索聯合支護)易對圍巖造成2次破壞，所以建議采用被動支護形式(梯形棚或U型棚)作為永久支護，并根據現場圍巖變化進行縮短棚距或對棚支護。

3.3 完善相關制度

對“敲幫問頂”的制度進行完善，并嚴格執行，對危巖和活矸進行及時處理，在管理煤幫方面如風化片幫現象嚴重的地段，可對迎頭往后10架工字鋼棚進行連鎖加固，使用12#礦用工字梁在工字鋼棚頂梁及兩幫棚腿各布置兩路，通過特制卡纜吊掛，使得工字鋼連成一體。同時避免空頂作業或者空頂時間過長導致冒頂現象的發生，在短支短掘之后，應該及時將架棚放入其中，從而起到支護作用。

3.4 處理頂板冒頂支護

在處理頂板冒頂的支護過程中，應該遵循先加固后處理的相關支護原則，首先對尚未冒落的地區進行支護強度加固，再逐漸向內部進行處理，從而防止擴大頂板冒落區域。在整個冒頂支護過程中，相關操作人員需要收到有關警示的信息，因此需要設立專人為操作人員提供警示信息，確保操作人員的安全。

4 結語

對目前國內風化帶煤層存在的問題，我們除了要從根本上的地面狀況進行預測和防范之外，更重要的是要提高我國開采煤礦的技術水平和我國開采煤礦的合理科學性，由此才能確保國內煤礦資源能夠得到合理地開采，從而為國內煤礦資源實現可持續發展提供基礎支持。風化帶煤層的支護措施還有更多方面層次待挖掘，望同行業專家學者共同進行研究討論。

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[2]陳健,肖圣烈.煤層風化帶形成與斷層、地面溝壑的關系分析[J].山東煤炭科技,2012(2):101.

[3]山西省地質勘查局二一一地質隊,山西焦煤集團正興煤業有限公司擴區煤炭資源地質報告[J].2011(6).

張智敏,男,漢族,祖籍:山西寧武,職稱:采煤助理工程師,研究方向:掘進技術。