煤礦蹬空機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、裂縫等問題，影響生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率。因此，需要一套綜合的評價體系和處理措施，對煤礦蹬空機械設(shè)備開采可行性進行評價和判斷，并以綜合分析的結(jié)果作為煤礦生產(chǎn)的指導(dǎo)，提高機械設(shè)備生產(chǎn)的效率和對煤礦資源的利用率。

1 煤礦蹬空開采概述

通常煤礦在進行機械設(shè)備開采時會優(yōu)先選擇在煤礦的上層空間開采，形成相對穩(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，許多煤礦在機械設(shè)備生產(chǎn)中會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。隨著煤礦市場競爭的加劇和煤礦資源的縮減，煤礦企業(yè)不得不選擇對部分已經(jīng)進行過下行開采的煤礦借助先進的機械設(shè)備進行重新開采，在煤礦的上部空間進行開采，因而加大了機械設(shè)備生產(chǎn)的危險性和開采的難度[1]。

煤礦蹬空機械設(shè)備開采的安全性主要和已經(jīng)開采過的采空區(qū)狀況相關(guān)，需要對采空區(qū)的環(huán)境狀況進行分析。首先需要分析的是采空區(qū)的水區(qū)、火區(qū)狀況，即對采空區(qū)的積水情況和瓦斯?jié)舛冗M行調(diào)查分析，獲得機械設(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)的采水過程中可能出現(xiàn)持續(xù)出水的現(xiàn)象，因而要對采空區(qū)的水層進行調(diào)查和數(shù)據(jù)的采集，實施探放水措施獲取基本的水區(qū)信息。同時，要對采空區(qū)中的瓦斯?jié)舛群突鸱N情況進行調(diào)查，防止機械設(shè)備開采過程中出現(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。由于煤礦機械設(shè)備生產(chǎn)是在采空區(qū)上部進行，且煤礦開采對煤礦的影響和沖擊較大，可能造成煤礦結(jié)構(gòu)的改變，如果底板的堅固程度不足，就可能造成安全問題。因此，要對上煤層的底板穩(wěn)定性進行檢測，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)，作為計算衡量的指標(biāo)[2]。

2 煤礦蹬空機械設(shè)備開采可行性分析方法

影響煤礦機械設(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間間隔、采高等。煤礦蹬空機械設(shè)備開采的可行性分析主要是針對煤礦上層開采的安全性和穩(wěn)定性進行的，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)計分析的方法，各種方法采用不同的指標(biāo)數(shù)據(jù)進行煤礦穩(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)系判斷煤礦蹬空機械設(shè)備開采的可行性，計算的方法主要是計算煤層間距和煤層采高之間的比值確定采動倍數(shù)。計算得出采動倍數(shù)后，將得出的數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)進行比對，確定煤礦機械設(shè)備開采的可行性。實踐表明，煤礦的巖層較堅硬時，采動系數(shù)為8，中等硬度時，采動系數(shù)為7.5，而巖層的硬度較差時，采動系數(shù)為7。根據(jù)比值判別法能夠確定煤礦的蹬空機械設(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變形和裂隙，對煤礦上行層的底板穩(wěn)定性造成影響。可以通過衡量煤礦的垮落和裂隙高度衡量蹬空機械設(shè)備開采的可行性。通過對煤礦的各個位置的垮落和裂隙高度進行準(zhǔn)確的測量和數(shù)據(jù)收集，能夠獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，并通過綜合的計算方法獲取煤礦的整體情況，進行綜合的判斷和分析。“三帶”判別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固的巖層，且下底板距離平衡圍巖的位置較近時，可以進行蹬空開采。蹬空機械設(shè)備開采的可行性分析需要從綜合的角度進行考評，因而圍巖平衡方法也需要對煤礦上行煤層的高度進行定點測量，并將數(shù)據(jù)進行綜合的處理。

2.4 數(shù)理統(tǒng)計分析

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

3 煤礦蹬空開采的問題處理措施

由于煤礦進行蹬空機械設(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)定性和抗壓強度是提高煤礦蹬空機械設(shè)備開采可行性的主要措施。煤礦蹬空機械設(shè)備開采在實際生產(chǎn)中容易出現(xiàn)煤層的破壞和變形問題，而常見的支護機械設(shè)備不能滿足蹬空開采的需要，煤礦企業(yè)需要對煤礦的煤層問題進行具體的分析，對煤層出現(xiàn)的變形進行修繕和改造，提高煤礦開采的穩(wěn)定性的和安全性。

3.1 煤礦蹬空機械設(shè)備開采的實踐措施

在煤礦蹬空機械設(shè)備開采中常見的是使用金屬摩擦支柱進行支護，但煤礦中采空區(qū)的存在可能造成采煤面冒頂問題。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，無法尋找有效的支撐點，往往造成支護設(shè)備使用的無效。因此，煤層的支護不應(yīng)僅僅從使用支護設(shè)備的角度進行考慮，而是要對巖層的整體結(jié)構(gòu)進行強化，改變巖層的支撐結(jié)構(gòu)和抗壓強度，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)問題的處理措施

由于煤礦開采對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。通過人工方式對煤礦的巖石層進行強化和穩(wěn)定，并對巖石層的裂縫進行修補。常見的方法是使用水泥進行澆筑，修補巖石層的裂縫，待水泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后進行上行開采。而對水泥漿澆筑的厚度和強度都要提出一定的要求，既要提高巖石層的穩(wěn)定性，又要保證機械設(shè)備和支護結(jié)構(gòu)的正常使用[3]。

4 結(jié)語

對煤礦蹬空機械設(shè)備開采可行性進行分析，能夠在煤礦機械設(shè)備生產(chǎn)實踐過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價指標(biāo)。

參考文獻

[1]宋長賀，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.