煤层风化带支护的措施研究

张智敏

(阳泉煤业集团晋北煤矿企业管理有限公司,山西阳泉 045000)

煤层风化带支护的措施研究

张智敏

(阳泉煤业集团晋北煤矿企业管理有限公司,山西阳泉 045000)

随着我国对煤矿资源的不断开采,由于断层和地面沟壑的形成,导致形成了很多的风化带煤层。在矿井掘进施工过程中,安全、顺利通过煤层风化带,合理确定施工工艺与支护参数至关重要。本文中,笔者从煤层风化带的特点和支护措施进行了相关分析,为国内煤矿业存在的风化层问题提出了部分个人建议,旨在为同行提供参考。

煤矿 风化层 断层 地面沟壑

我国煤矿业在不断迅速发展的同时，对煤层的认识也在不断加深，而随着我国在煤炭资源的不断开采，资源储量的不断下降，国内各煤矿的开采条件也逐步由浅层开采变为深部开采，地质条件由简单变向复杂。煤矿在施工开采过程中，受不同地质构造的影响，施工难度加大，特别是煤层风化带岩性松软，顶、帮管理难度较大，合理确定施工工艺及支护形式，是保障矿井安全生产，提高产能效益重要部分。所以，有关煤层的支护措施需要得到不断的提高，以此来确保我国煤矿产业的持续发展。

1 煤层风化带的特点

1.1 物理性质

煤层风化带：在物理性质方面主要是指它的粉末状态，且其有着较软的质地，容易用手碾碎。碎了之后的风化煤层一般呈现黑褐色，然后消失结构或是存在一点结构，碎了之后，其硬度也有所明显降低，没有了光泽，容易沾染到手上，更加地吸水。

1.2 化学性质

相比起普通的煤层，风化带煤层大幅降低了它的发热量，一般都不会燃烧起来，水分更高、透光率更低，且有着高比例的灰分和高含量的腐植酸。特别是被风化得比较严重的煤层，它的腐植酸含量会大大降低，甚者会消失到炭质泥岩的程度，它含有的碳元素会减少，氧元素则会升高。

1.3 工业特征

经过风化作用后的9#煤层，其水分、灰分和挥发分会得到提高。原本只有2.53%～23.82%含量的水分，在被风化后，它的水分含量降到了平均9.18%，与此同时，它的灰分与挥发分含量降得更低，分别是从22.86%～73.08%降到平均含量为48.56%和43.18%，74.35%降到平均含量为52.37%。由于经过风化作用后的煤层很大程度上地降低了其发热量，所以在煤矿的工业特征中，它的用途也发生了很大的变化。

2 煤层受到风化的原因

2.1 煤层中受到水的影响

引起煤层发生风化现象的主要原因是水的来源为风化作用提供了水分支持。邻近煤层的含水层会与煤层进行直接接触，从而使得断裂地面下的煤层与含水层有了裂缝，大量的地下水都可以进入到煤层里面，也就会煤层中的风化作用提供了水资源的支持。

2.2 煤层中受到氧气的影响

另外一个影响风化层煤矿形成的重要因素就是风化作用中，所需要用到的氧气资源。笔者认为，在断层与地面沟壑这两种地面状况下的地下煤层资源，与地表存在着一定的缝隙，从而导致地表的氧气进入到地下的煤层中，从而为地下煤层的风化作用提供了氧气支持。

2.3 煤层中受到酸碱介质的影响

一般情况下，风化层煤矿的形成都是需要煤层中的黄铁矿资源来作为催化剂的。地下煤层中有黄铁矿的话，就能够与水和氧之间发生化学反应，就很容易形成硫酸，从而使地下水呈酸性，而酸性水的存在，又是风化作用形成的催化剂。

2.4 煤层与其他层面的节理与裂隙

断层与地面沟壑这类地面状况的形成，导致水和氧进入了煤层中。在断层、地面沟壑发育的地方，且连通性比较好的地方，为含水层的水和其他邻近煤层的层面中的氧气提供了一定的通道，由此可知，断层、地面沟壑等地面状况是决定煤层是否发生风化作用的决定因素。

3 风化煤层的相关支护措施

3.1 合理确定施工工艺

因煤层风化带顶、 帮岩性易碎，顶、帮较难管理，有必要对空顶距和空顶时间进行严格控制，利用缩短一次掘进距离和一次支护距离，对空顶进行及时支护。同时，掘进施工期间应减少附近围岩破损，利用综掘施工或炮掘减少装药量来实现。

3.2 支护形式确定

鉴于煤层风化带岩性的特殊性，临时支护形式和永久支护参数确定尤为重要。临时支护：可用排管打超前支护或喷射混凝土加强支护，混凝土强度C20，厚度不小于100mm。使用排管打超前支护，排管规格：Φ40×4000mm；打排管间距：150～200mm，排距0.6～1.2m。排管根据围岩破碎程度适当加密，排管角度与巷道呈8°～15°夹角，深度为3.5—3.6m，外露长度不得大于400—500mm，沿迎头支架顶部或沿巷道轮廓线布置。永久支护：因主动支护方式(锚杆、锚索联合支护)易对围岩造成2次破坏，所以建议采用被动支护形式(梯形棚或U型棚)作为永久支护，并根据现场围岩变化进行缩短棚距或对棚支护。

3.3 完善相关制度

对“敲帮问顶”的制度进行完善，并严格执行，对危岩和活矸进行及时处理，在管理煤帮方面如风化片帮现象严重的地段，可对迎头往后10架工字钢棚进行连锁加固，使用12#矿用工字梁在工字钢棚顶梁及两帮棚腿各布置两路，通过特制卡缆吊挂，使得工字钢连成一体。同时避免空顶作业或者空顶时间过长导致冒顶现象的发生，在短支短掘之后，应该及时将架棚放入其中，从而起到支护作用。

3.4 处理顶板冒顶支护

在处理顶板冒顶的支护过程中，应该遵循先加固后处理的相关支护原则，首先对尚未冒落的地区进行支护强度加固，再逐渐向内部进行处理，从而防止扩大顶板冒落区域。在整个冒顶支护过程中，相关操作人员需要收到有关警示的信息，因此需要设立专人为操作人员提供警示信息，确保操作人员的安全。

4 结语

对目前国内风化带煤层存在的问题，我们除了要从根本上的地面状况进行预测和防范之外，更重要的是要提高我国开采煤矿的技术水平和我国开采煤矿的合理科学性，由此才能确保国内煤矿资源能够得到合理地开采，从而为国内煤矿资源实现可持续发展提供基础支持。风化带煤层的支护措施还有更多方面层次待挖掘，望同行业专家学者共同进行研究讨论。

[1]安建秀.山西焦煤集团正兴煤业有限公司扩区13号煤层风化煤分布特征及成因探讨[J].国土资源,2012(6):105.

[2]陈健,肖圣烈.煤层风化带形成与断层、地面沟壑的关系分析[J].山东煤炭科技,2012(2):101.

[3]山西省地质勘查局二一一地质队,山西焦煤集团正兴煤业有限公司扩区煤炭资源地质报告[J].2011(6).

张智敏,男,汉族,祖籍:山西宁武,职称:采煤助理工程师,研究方向:掘进技术。