采矿工程专业学生大创项目申报与研究——以浅埋深大采高首采工作面矿压变化规律研究为例

杨长德，牛 昆，杨小龙，蔡新胜

(新疆工程学院 矿业工程与地质学院，乌鲁木齐 830023)

自教育部“十二五”期间提出“支持在校大学生开展创新创业训练”以来，在全国范围内陆续实施了国家级、省级和校级等大学生创新创业训练计划项目(简称“大创项目”)，支持并鼓励学生学以致用、实践创新，通过项目培养能力、解决问题，为提高大学生的理论知识与实践能力奠定了基础。

1 研究现状

我国关于浅埋条件下的煤层开采始于19世纪80年代，当时由于开采方式以房柱式开采为主，矿压显现及其对地表的破坏影响较小。随着煤炭开采逐渐采用长壁综采技术、长壁大采高技术和长壁综采放顶煤技术，造成大规模的顶板破坏和地表沉陷，因此，浅埋煤层开采的矿压规律研究逐渐成为煤炭科技发展需要研究的难题。黄庆享等人对浅埋煤层工作面进行了矿山压力及其显现实测，根据现场条件开展了相似模拟试验，提出了浅埋煤层基本顶周期来压出现动载的本质原因在于其在破断时形成“短砌体梁”或“台阶岩梁”结构，并进一步指出“短砌体梁”结构和“台阶岩梁”结构的相邻岩块间水平力大小都随块度的增大而下降，两类顶板结构条件下的岩块断裂后都将出现滑落失稳，这被认为是浅埋煤层工作面基本顶初次来压、周期来压显现强度大和直接顶出现台阶状下沉的主要原因。提出支架—围岩相互作用关系是一个动态运动的过程，这对工作面现场制定支架—围岩控制措施具有重要实践指导意义。侯忠杰等人通过相似材料模拟试验和现场矿压观测，分析得出了神东矿区浅埋煤层矿压显现的基本特点。此外，国内众多煤炭高校与科研院所对于浅埋煤层不同顶板条件时的开采矿压规律进行了大量研究，丰富了矿压规律的理论研究与实践。

2 项目概述

以采矿专业学生组队申报、专业教师指导的浅埋深大采高首采工作面矿压变化规律研究大创项目为例，通过分析浅埋煤层大采高综采工作面实际条件，研究其矿山压力及其显现规律，对在回采工作面液压支架—围岩矿压、基本顶初次断裂步距、基本顶周期来压步距、支架工作阻力与工作面的顶板支护需求展开研究，对煤壁片帮的控制、煤壁片帮的关键影响因素，进行矿压观测以获得第一手矿压数据与资料，分析得出矿压观测过程中出现异常矿压的原因。为煤矿后续生产和设计服务，以项目申报、立项、开展研究等过程来培养学生实践创新能力。

3 研究目的与内容

3.1 研究目的

为了系统地掌握矿压显现规律，为制定具有针对性的矿压控制措施服务，以某矿首采工作面为研究对象，开展具有针对性的矿压规律观测、分析与研究工作，不仅可以得出该首采工作面的具体矿压显现特征，还能找出所选支架工作状况和围岩稳定性的关系，评价液压支架—围岩的适应性。通过掌握矿压规律，进一步掌握综采面来压前后支架的支护效率，制定该条件下支架操作方法和顶板管理技术，对于准确预测本矿相似条件下基本顶初次来压和周期来压的时间和空间位置，制定和实施来压时支架—围岩控制措施，减少综采面事故发生、保障安全顺利开采等方面都具有重要意义。

3.2 研究内容

一是现场调研煤层的赋存特点、顶底板条件，收集首采工作面的生产条件和地质条件，初步分析煤层首采面开采时可能存在的问题。二是分析首采面的设计条件、支架使用条件和煤层条件等，设计矿压观测的观测内容和观测频率，形成具有针对性的矿压观测方案，并设计合理的矿压观测频率和观测进度。三是统计和分析观测数据，综合液压支架观测信息和实际矿压显现观测信息，分析浅埋条件下的综采面直接顶垮落步距、本顶初次来压步距和周期来压步距，计算来压和非来压期间的动载系数，并分析液压支架的适应性。四是统计和分析综采面超前段的矿压观测数据，得出超前支承压力分布规律和分布范围，同时制定相应的控制措施。

4 项目开展的技术路线

4.1 理论分析

运用地质学、煤矿开采学、矿山压力与岩层控制等理论，结合现场生产和地质条件，研究分析工作面上覆岩层分布特点，分析讨论某煤矿首采工作面开采时可能存在的问题。

4.2 实验室模拟研究

采用计算机软件模拟工作面开采进度、工作面顶板厚度以及支架阻力不同时的基本顶顶板破断特征和直接顶运移特征，得出顶板运移规律和应力场分布特征。

4.3 煤矿现场实测

设计观测方案，现场实测首采工作面液压支架液压信息、工作面冒顶片帮信息以及工作面超前段两巷的变形量和超前单体液压支柱的支护阻力值。

4.4 数理统计分析

利用数理统计分析方法，统计支架液压信息的初撑力和循环末阻力，绘制两力的时间序列图，从中研究首采面矿压显现规律，得出直接顶初次垮落步距、基本顶初次来压步距、周期来压步距等。

5 结语

以浅埋深大采高首采工作面矿压变化规律研究为例，结合我校采矿工程专业学生大创项目育人功能现状，从项目研究现状、研究目的、研究内容以及技术路线等方面展开分析，为采矿工程专业学生大创项目申报与研究提供借鉴意义，对采矿工程专业学生实践能力与创新能力的培养具有一定指导意义。