淺議煤層穩(wěn)定性與煤礦開采

1、淺議煤層穩(wěn)定性與煤礦開采    關(guān)鍵詞:煤層穩(wěn)定性;煤礦開采;頂板;水文地質(zhì)煤礦開采技術(shù)條件是影響煤礦建設(shè)、生產(chǎn)與安全的各種因素,隨著煤礦機械化程度的不斷提高,對煤礦開采技術(shù)條件及其研究程度的要求也越來越高,因此,加強開采技術(shù)條件方面的勘探和研究意義重大。 一、煤層特性分析 (一)厚度、結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性 通常根據(jù)開采技術(shù)特點,可將煤層厚度分為3級,即:薄煤層(1.3m)、中厚煤層(1.313.50m)和厚煤層(>3.50m)。根據(jù)煤層中有無夾石層情況,把煤層分為簡單結(jié)構(gòu)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。根據(jù)煤層厚度和結(jié)構(gòu)在井田范圍內(nèi)的變化大小,通常將煤層劃分為穩(wěn)定煤層、較

2、穩(wěn)定煤層、不穩(wěn)定煤層和極不穩(wěn)定煤層。不同的采煤機械適用于不同硬度的煤層。 (二)煤層的產(chǎn)狀和構(gòu)造 煤層的產(chǎn)狀、褶皺和斷層的發(fā)育程度,以及巖漿巖的影響程度等是構(gòu)造復(fù)雜程度的主要方面,以此把構(gòu)造復(fù)雜程度劃分為簡單、中等、復(fù)雜、極復(fù)雜四類。按煤層傾角大小,將煤層分為緩傾斜煤層、傾斜煤層、急傾斜煤層。習(xí)慣上常將傾角60°的煤層稱為立槽煤。 (三)在地質(zhì)復(fù)雜帶找煤開采,穩(wěn)定礦井生產(chǎn)能力 根據(jù)我礦F2、F3等斷層沿走向展布的規(guī)律,剖面上以疊瓦狀形式出現(xiàn),斷層構(gòu)造為壓性構(gòu)造面,構(gòu)造中破碎帶、構(gòu)造泥、牽引、擦痕等都不明顯,具有隱蔽性強,密度大等特征,難以發(fā)現(xiàn),給開采帶來很大困難。為解決這一問題,通過

3、對各采區(qū)構(gòu)造分析,實施跨斷層聯(lián)采,進行層位分析,提高可采價值,合理工作面布置,實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高效。在4208采區(qū):分析F2、F3走向逆斷層發(fā)展趨勢,煤層具有重疊連接性,層位較厚,開采價值大,因而確定實施跨斷層聯(lián)采,破局部斷層上盤尖子巖石,傾斜長220/12m,厚2m,走向40m,降低開采層位,確保正常推進循環(huán)作業(yè)。在生產(chǎn)過程中,進一步整理分析,煤層賦存與斷層關(guān)系,通過補切,甩掉工作面頭上破壁層位,由F2上盤進入F2下盤層位,消除了斷層尖子壁的影響,實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高效,月產(chǎn)在0.25萬噸以上。在3204采區(qū)出山,成功分析F2走向逆斷層的展布規(guī)律,在布置3204出山切眼時,出現(xiàn)35°40°

4、等大坡度底板,此現(xiàn)象屬由F2斷層引起的牽引所致,在開采過程中,從安全和儲量的角度上考慮,我們果斷地實施了在工作面大坡度處,破底板進入F2斷層下盤煤,將坡度降下來進行開采,破底板傾斜長125/10m,厚度0.52m,走向長58m,成功實施了3204出山工作面的正常開采,并確保月產(chǎn)在0.25萬噸以上。 二、煤層穩(wěn)定性因素 (一)煤層頂、底板的構(gòu)成 根據(jù)巖層與煤層的位置和其垮落性能的差異,煤層頂?shù)装蹇蓜澐譃槔享?、直接頂、偽頂、偽底、直接底及老底?部分。對于某一個具體煤層來說,這6個組成部分不一定發(fā)育俱全。 1.老頂。通常由砂巖、礫巖、石灰?guī)r等組成,它在采空區(qū)能維持很大臨控面而不隨直接頂垮落。 2.

5、直接頂。通常是由砂質(zhì)頁巖、泥巖、粉砂巖等比較容易垮落的巖層組成,厚度可達幾米,采動后隨回柱而自行垮落,有時則需人工放頂。生產(chǎn)實踐表明,砂巖頂板比粉砂巖頂板穩(wěn)定,粉砂巖頂板比泥質(zhì)巖頂板穩(wěn)定。同一巖性的頂板厚度越大,穩(wěn)定性越好。頂板的厚度還影響著小斷層的發(fā)育程度,而小斷層的發(fā)育在很大程度上影響著頂板的堅固性和整體性。 3.偽頂。一般是由強度低、易垮落的炭質(zhì)泥巖組成,厚度在0.30.5m左右,與煤體采出同時脫落。當(dāng)頂板懸空時,沿層面易出現(xiàn)離層,進而發(fā)生頂板冒落。巖層層數(shù)越多,其頂板的整體性就越差,因此容易發(fā)生冒落。煤層頂板穩(wěn)定性主要取決于靠近煤層之上3m以內(nèi)頂板巖層的穩(wěn)定性,而不是整個頂板巖層。 4

6、.偽底。位于煤層之下的薄層軟弱巖層,通常多為炭質(zhì)泥巖和泥巖構(gòu)成。 5.直接底。通常由泥巖、粘土巖組成。當(dāng)直接底為堅硬巖石時,可作為支架的良好底座;當(dāng)為松軟巖石時,則易造成底鼓和支柱陷入底板等顯現(xiàn),或遇水常易滑動。 6.老底。一般由比較堅硬穩(wěn)定的砂巖、石灰?guī)r組成。 (二)頂板分類 煤層頂板的穩(wěn)定性系指煤層采空后頂板巖層變形破壞的難易程度,主要涉及對礦山壓力的控制。根據(jù)我國煤礦常見頂板巖石特征和來壓情況不同,直接決定回采工作面的支護方式和采空區(qū)的處理方法,所以頂板的穩(wěn)定性最為重要。 頂板的穩(wěn)定性主要是由不同巖性和其破碎程度,以及有無偽頂而決定的。根據(jù)煤層頂板巖層分層厚度、裂隙的發(fā)育程度和巖石單向抗

7、壓強度等指標、分為不穩(wěn)定頂板、中等穩(wěn)定頂板、穩(wěn)定頂板、堅硬頂板四類。 1.不穩(wěn)定頂板。分層厚度<2m的炭質(zhì)泥巖、粘土巖、頁巖和裂隙發(fā)育的砂質(zhì)頁巖。巖石單向抗壓強度2.中等穩(wěn)定頂板分層厚度為25m的頁巖、砂質(zhì)頁巖和裂隙發(fā)育的砂巖。為29.4249.03MPa;裂隙中等發(fā)育,裂隙為23組。平均間距0.31m以上。 3.穩(wěn)定頂板。分層厚度為57m的砂質(zhì)頁巖和砂巖。為49.0378.45MPa;裂隙不發(fā)育,一般12組,平均間距1m以上。        4.堅硬頂板?；旧蠠o直接頂,老頂為厚層狀砂巖、礫 巖。 根據(jù)我礦

8、的頂?shù)装宓奶匦?采用液壓支柱支護就能更好地管理好頂板。我們在 60水平西401、402、404采區(qū)分別采用了液壓支柱作為支護材料,保證上下兩個安全出口暢通無阻,工人在這樣的作業(yè)環(huán)境里工作感覺到很安全,同時采煤工作面的單產(chǎn)量也大幅度提高。實踐證明我礦在采用正規(guī)采煤方法和支護改革上嘗到了甜頭,企業(yè)的經(jīng)濟效益提高了,安全生產(chǎn)得到了保障,杜絕了頂板事故的發(fā)生。 (三)水文地質(zhì)條件 在煤田普查與勘探時,應(yīng)做好水文地質(zhì)條件的調(diào)查和研究工作,分析礦床的充水因素,預(yù)測礦井涌水量,為礦井設(shè)計提供必要的水文地質(zhì)資料,對地下水的防治和綜合利用,以及礦區(qū)可能產(chǎn)生的環(huán)境水文地質(zhì)、工程地質(zhì)提出建議。 礦井涌水量大小可用絕

9、對涌水量Q來表示,它系指單位時間內(nèi)流入礦井的總水量,單位是m3/h,礦井按絕對涌水量分類。 (四)瓦斯 瓦斯是在成煤過程中生成,目前主要系指煤體和圍巖中涌出的氣體。瓦斯主要成分是沼氣,它是無毒且使人窒息而死的氣體,當(dāng)空氣中甲烷達到一定體積分數(shù)時,遇火容易引起爆炸,所以它對人和煤礦安全生產(chǎn)都會帶來極大的危害。 (五)煤塵 煤塵是指礦井生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的煤的微粒。煤塵的危害性主要表現(xiàn)為煤塵燃燒與爆炸;此外,煤塵還污染空氣,嚴重影響人體健康。我國煤礦有80%左右有煤層爆炸危險性。 影響煤塵爆炸的主要因素是煤的揮發(fā)分含量。煤的揮發(fā)分越高,煤塵爆炸性越大。因此可利用揮發(fā)分含量作為初步評價煤塵爆炸性的指標

10、,即:Vdaf15%,為爆炸性開始迅速增加的煤層。此外,評價煤塵爆炸性的其它指標有灰分、水分,煤的粒度和肉眼煤巖類型。 (六)地溫地質(zhì)條件 地溫隨著開采深度的增加而升高。地溫評價的主要指標是地溫梯度及熱害區(qū)的深度與范圍。地溫梯度小于3/100m的地方為正常增溫區(qū);地溫梯度大于3/100m的地區(qū)為異常增溫區(qū)。地溫為3137的地區(qū)為一級熱害區(qū);地溫大于37的地區(qū)為二級熱害區(qū)。 三、結(jié)語 煤層厚度、結(jié)構(gòu)及其變化可影響采煤方法的選擇、采區(qū)的布置,以及礦井的生產(chǎn)能力與煤炭的質(zhì)量。煤層的產(chǎn)出狀態(tài)對煤礦的設(shè)計、建設(shè)與生產(chǎn)至關(guān)重要,它是擬定礦井開拓方案和選擇采煤方法,以及采煤機械的基本依據(jù)。煤層頂、底板巖層的構(gòu)成對煤層頂板的穩(wěn)定性有著密切的關(guān)系。煤礦床的水文地質(zhì)條件是決定該礦床開拓及開采條件的重要因素之一。瓦斯對煤礦設(shè)計、建設(shè)與生產(chǎn)有多方面影響,其中最主要的是礦井瓦斯是礦井通風(fēng)設(shè)計及確定礦井瓦斯管理制度的重要依據(jù)。煤塵對礦井的通風(fēng)設(shè)計有一定的影響。當(dāng)開