浅埋薄基岩下煤矿开采灾害防治探析

摘要：文章依据中小煤矿对长壁留煤柱法的运用，对开采方法的关键技术进行了分析，有效防治了隔离区的灾害垮落，从而对浅埋薄基岩的开采中的灾害进行预防。

关键词：中小煤矿；浅埋薄基岩；长壁留煤柱

中图分类号：TD323　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1009-2374（2012）22-0130-03

在煤矿的开采中，顶板的危害是最为严重的。其中中小煤矿在开采过程中发生的顶板垮落是因为薄基岩的整体切落而形成的。其在采空区保留支撑煤柱，由此顶板形成大面积悬露，从而造成顶板的垮落。实践证明，必须对中小煤矿的留煤柱支撑方法进行研究，预防灾变，依据防灾技术，才能防治浅埋薄基岩下开采而形成的灾害。

1　浅埋薄基岩煤层开采的灾害类型

1.1　顶板灾害

由于特殊的埋藏条件，浅埋薄基岩开采与普通埋藏条件的煤层开采相比，有着较大差别的矿压显现规律，其基本特点为：基岩的厚度较薄，工作面上覆岩层只有裂隙带和跨落带。开采煤层之后，顶板岩层形成的破断角非常大，从而引起台阶的下沉，大面积切顶事故也会因此时有发生；作为工作面顶板，一般为单一关键层，如果顶板出现断裂，砌体梁结构就会非常不稳定，易出现动载现象；顶板的破断容易对地表造成影响，其松散的上覆层会形成附加荷载，由于支架受到较大的荷载，因而容易被压垮并造成压塌事故；来压步距非常的小，且强度很大，基岩厚度对来压的影响也较大。

1.2　溃水溃沙灾害

如果矿区的基岩上部为厚松散沙层，且富含潜水，开采煤层后，浅水层就会与水裂隙带相通，破断后的基岩会形成切落并回转，此时水沙流动通道就会有所形成。若潜水顺着通道下流，而松散沙运动正好以此作为自身的动力，就会与覆盖的沙土混合液共同进入工作面，导致溃水溃沙灾害的形成。溃水溃沙灾害的发生因素有：松散沙层有较大含水量，松散沙层位于潜水层下部；开采煤层造成水裂隙带的较高高度，从而与潜水层相通；基岩破断后不易形成稳定结构，基岩厚度对水裂隙带的高度也有一定的影响；含水层的高度会对水流的携沙能力造成影响。

2　长壁留煤柱法的灾害防治机理

2.1　长壁留煤柱法的防灾特征

2.1.1　局部冒顶的预防。保证生产的安全是煤矿采煤方法的重要实践意义，而长壁留煤柱法对长壁布置进行采用，且在作业区有支架设置。没有支护的区域，工人是不得进入的，这也有效地预防了顶板局部的冒落。

2.1.2　跨区域垮落的预防。在煤矿的开采过程中，最重大的灾害为大面积顶板垮落，对小区域隔离进行采用，对大面积顶板垮落进行防治，是目前中小煤矿采煤惯用的方法之一，采出率在小区域内为88.9%，可与长壁的采出率相比。

2.2　长壁留煤柱法的关键技术

长壁留煤柱法的关键技术是对两种性质的煤柱进行的区分，一是区内煤柱，二是区间的隔离煤柱。其中，区域煤柱指小区域开采期间暂时保留的煤柱，对作业区的顶板安全进行了保障；隔离煤柱指小区域内保留的煤柱，对工作区和采空区进行隔离，这样，即使采空区的顶板垮落，也不会对工作区造成任何影响。当一个小区在开采完成之后，在隔离煤柱隔离的情况下，在进行下一个小区的开采时，煤柱在小区内可失稳破坏，即无灾害垮落。整体说来，长壁留煤柱法的关键技术就是对两种煤柱的设计和处理。

3　长壁留煤柱法进行开采时的顶板灾害的力学分析

3.1　开采时围岩运动破坏的分析

3.1.1　在隔离区进行开采时，顶板、煤柱为弹性变形阶段，由于工作的不断推进，顶板的悬露面积会不断增大，煤柱压缩，增大了顶板的下沉量。若工作面推进70m左右时，煤柱下缩1/4，即表明煤柱变形，且超过了一般塑性变形，此时开采区域顶板的裂隙则不断增大。

3.1.2　当煤柱变形增大时，就会增加顶板的下沉量，两者在相互作用的情况下，顶板的裂隙转变为裂缝的贯通，之后形成一个脱离于原岩体的隔离体，即形成六面体，而六面体的形成则是垮落的发生条件。

3.1.3　形成六面体后，其全部重量对支撑它的煤柱群进行作用，增大了煤柱的载荷，使煤柱垮塌，顶板表开始整体垮落，之后，在区域隔离煤柱外进行下一个区域的开采。

3.2　“顶板-煤柱”相互作用下的灾害过程

3.2.1　煤柱体的强度在特定的开采区域内较大，由于煤柱并未被破坏，煤柱支撑的顶板就不会形成六面体，形成几个区域却不会发生垮落，但却有大面积垮落的危险。

3.2.2　若煤柱体强度较小，隔离区开采还未结束时，煤柱支撑的顶板就会形成面积小于隔离区的六面体，对有限煤柱群进行垮压，促成大面积垮落，这样的灾害带来的危害非常严重，在开采区域发生时，还会沿着煤壁切落，对人员的生命安全造成严重威胁。

4　大型顶板事故的防止体系

对于长壁留煤柱开采方法在中小煤矿中的应用，其技术目标是对大型顶板事故的预防，以有效减轻矿区事故的灾害，促使隔离小区域的正常垮落，并有效避免大范围垮落在跨隔离区的形成，来保证采区的正常作业。而矿区灾害防治的关键技术是对不同性质煤柱的合理设计的区分进行识别，只有掌握两种煤柱的设计方案，才能掌控防灾体系的设计核心。通过对长壁留煤柱开采方法在中小型煤矿应用的有效研究，我们可以提出一种有效防治大型顶板事故的防灾体系，即设计、确定、监测、识别、措施。就中小煤矿开采方式的合理选择，可有三种较为适宜的开采方式，其中包括：长壁布置、小区域隔离、在区内实施留煤柱支撑法进行采煤；长壁布置、小区域隔离、实施条带煤柱进行采煤；长壁布置、小区域隔离、实施条带煤柱放顶进行采煤。而这三种方法的有效应用需要关键的技术参数与评价指标作为实施依据，其中包括：区内支撑煤柱参数、破坏适时性评价；开采区域尺寸、生产指标；隔离煤柱的宽度、稳定性；采取“煤柱-顶板”的相互作用；顶板灾害的防治评价。通过各项指标和参数的综合性分析，可促成顶板灾害预计的评价体系。在评价体系当中，最为主要的三方面组成了体系的整体结构，对采取的大面积垮落、冒顶、局部冒顶进行整体评价。另外，要对矿区隔离区内“煤柱-顶板”的变形破坏、顶板破坏隔离体的形成一级顶板垮落的信息必须有所了解，这一信息的重要反馈也是促使矿区对灾害识别的有效手段。从整体而言，中小煤矿的防灾措施一般分为两个内容：一是针对危险性的灾变，实施可行的措施，以有效消除灾变对矿区开采的危害指数；二是难以消除灾变的危害时，应对发生的灾害进行相应措施的处理。但所有步骤的实施还要依据煤层及围岩地质和工程地质的具体调查情况，才能根据相应条件进行合理控制，进而有效促使灾害防治的良好设计，使得灾害得到最大限度的防治。

5　结语

总而言之，对于中小煤矿在浅埋薄基岩下的开采，长壁留煤柱法的开采是比较适用的。其中不同性质煤柱的区分是长壁留煤柱采煤法的关键技术，这当中包括区内和区域间的隔离煤柱。而针对浅埋薄基岩下进行开采而形成的灾害防治，则需有效技术措施的设计、选择、处理、运用，构建防止大型顶板事故的有效体系，才能促进煤矿开采灾害的有效预防。

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