浅埋煤层长壁工作面矿压规律及关键块失稳分析

臧宝军

摘 要：目前，我国对于能源的需求量越来越大，尤其是煤矿能源，其需求量更是与日剧增。在煤炭开采的过程当中，蕴含着比较复杂的工序，存在着许多需要注意的环节，浅埋煤层长壁工作面广压便是其中需要格外进行关注的方面。尤其要对其中存在的规律以及关键块失稳进行恰当的分析与了解。为了对浅埋煤层长壁工作面矿压规律及其顶板结构的稳定性进行比较系统、科学的研究，现将某煤矿的长壁工作面作为研究的环境背景，对其矿山压力的观测设计了相应的方案并且对施工的现场进行观测，从而进行了恰当的总结。

关键词：浅埋煤层;长壁工作面;矿压规律;顶板关键块失稳

1 设计开采条件以及矿压观测方案

1.1 观察地质情况

本文进行研究的煤矿单位位于陕西中部，该煤矿的1430工作面位于该煤矿整体可开采部分的2#煤层，地面设有一定的标高，为+1243.5m，水平大致在987m。经过勘察发现，该煤矿的自制构造相对比较简单，煤层的给厚度大概在3.6-3.7m，煤矿的埋藏深度大致为167m，另外，对煤层倾角进行了一定的计算，大致为0.60-1.20，因此，可以将该煤层轨定位近水平的煤层。

同时，煤层顶的底板当中，伪顶是由砂质的泥岩组成，大约有0.8m;直接顶有砂岩组成，约5m厚;老顶为长石砂岩构成，岩石的颜色为灰色，呈现中细粒状态，大约26.7m厚;直接底有砂质泥岩构成，约厚4.1m。该煤矿的基本情况如上，但是其水文条件比较复杂，会出现涌水问题，涌水量最大使其可以达到21m3/h。

1.2 明确开采条件

1430工作面在进行开采的过程当中使用的是长壁采煤的方法，进行不断的回采。开采时，煤层的厚度约为4.2m，平均的高度为2.6m。长壁工作面的平均走向基本上为425m。另外，该煤矿采用长壁采煤方法时，亦采用了打眼放炮和爆破落煤的方法。在煤层比较松散的地区，则采用了人工使用手稿进行挖掘落煤，每进行一次，便推进大约1.5m的距离。在工作面进行工作时期，采用相应的支架技术，确定了前后柱数量均为3根，支架的长度为3.5m。顶板的处理方面，采用了全部的垮落法，最大垮落的距离为4.5m。

2 分析顶板来压规律

2.1 实测分析直接顶垮落步距

由于1430工作面在在将顶部留存而开采独步的情况下进行，顶部的煤层比较坚硬，并且具有一定的完好性。但是在对地步进行开采的过程当中使用了支架等技术，需要在顶部进行切眼以及打锚，因此，对顶板的正常性质垮落产生了一定的阻碍作用，必须采用适当的防暴手段进行激光测距，准确测量整个垮落的高度[1]。另外，在进行垮落的过程当中，实行垮落的机械需要将其头部对准直接顶的砂岩，因为砂岩比较坚硬，并且比较厚，进行垮落时比较有难度。同时更需要在前半部的顶板进行垮落时进行一定的填充，支撑后半部分进行顺利脱落。

2.2 对老顶进行初次来压

由于该工作面采用的是回采的方式，因此，在回采的过程当中，伪顶会更随开采的步伐进行逐渐的脱落，但是大部分的直接顶将会出现垮落的现象[2]。当整个工作面推进大致90m时期，若保护以及工作措施不到位，将会出现一定的突然垮落，并且会伴有闷雷一样的声音，产生大量的飓风，开采区域的风向便会出现逆转，此时，煤层的煤帮区域便会出现大量的片帮以及压酥，顶板会完整的、无下沉的进行切顶，下方进行开采使用的之家将不会变形、亦不会倒架，涌水的面积不会扩大，能够有效的对老顶初次来压产生的压力进行减弱。

2.3 设定顶板周期来压步距

工作面进行周期的来压时，开采当中的煤壁会出现大量的水迹，在开采上班的顶板岩层当中会出现声音，整个工作面的顶板会沿着整体的煤壁进行恰当的切顶，工作面当中中央部门的95m以内的范围会有台阶下沉的现象，此时，所有支柱的安全阀门将会被开启，用以保护开采人员的安全。

2.4 采空区顶板进行冒落

在工作面的老顶当中含有大量的植物化石，例如树叶以及树枝等物，因此老顶会产生一定的裂缝，会随着工作面的进行而比较顺畅。此时，当出现比较顺畅的裂缝时，顶板便会随着裂缝进行冒落。冒落形成的岩块一般是长条形状的，长度可以达到50m左右。

3 分析顶板关键块失稳现象

1430工作面在进行周期回采的过程当中，顶板会沿着整个煤壁进行切顶，同时会产生一定的下沉量，大约为350mm-550mm，由此所有支柱的安全阀门打开，该现象被称作太结实的滑落失稳现象，可以通过一定的公式对该时刻的老顶关键块不出现失稳的最大高度进行相应计算：

Mmax=lzsinθ+∑h（kp-1）

在该公式当中，lz代表的是关键块的周期破断距，一般单位为米;θ代表的是整个关键块的回转角，该角度一般应该小于40;∑h代表的是直接顶的整体厚度，一般单位为米;kp代表的为直接顶的碎胀系数，一般条件下定位1.4[3]。

4 结论

有上述分析研究可以发现，现今在煤炭开采的浅埋煤层工作面矿压显现规律以及关键块失稳现象分析当中，方案已经得到了比较细致以及严格的要求。尤其是浅埋煤层长壁工作面顶板在进行初次和周期来压的过程当中，更要注意对相关关键层的断裂与顶板的垮落现象进行比较恰当的、科学的分析，便于开采工作的正常进行，亦能够保障开采工作进行当中具有一定的安全保障。

在此基础上，对浅埋煤层当中的各项数据进行比较精准的计算，使其具有一定的可参考性，从根本上制定比较符合标准的方案，更加能够保障煤炭开采工作的质量以及安全，为煤炭开采事业提供发展的条件。

参考文献：

[1]何正刚.浅埋煤层工作面矿压显现规律实测分析及控制研究[J].煤矿开采，2015，13（01）：82-85.

[2]王家臣，王兆会.浅埋薄基岩高强度开采工作面初次来压基本顶结构稳定性研究[J].采矿与安全工程学报，2015，05（02）：175-181.

[3]任建慧.浅埋煤层综采工作面矿压显现规律实测研究[J].内蒙古煤炭经济，2014，17（05）：128-129.