霍洛湾煤矿综采工作面矿压显现分析研究

王洋

【摘要】在当今国民经济和科学技术高速发展的新形势下，煤炭开采技术的研究必须要面对国内外两个共同市场，从面向经济建设的主战场出发，立足于煤炭开采技术的前沿，以我国煤炭资源战略发展所必须的储备为根本进行深入总结和分析，使得煤炭能够保持持续、稳定的开发。本文就内蒙古自治区霍洛湾煤矿综开采工作面矿压显现进行分析和研究。

【关键词】煤矿；内蒙古；矿压；显现

霍洛湾煤矿原为伊金霍洛旗地方煤矿，1989年筹建初期设计年产能力30万吨，1994年将年产能力改扩建为120万吨，1997年由隔河相望的乌兰木伦煤矿代管，2003年7月再次斯技改为斜井—平峒联合开拓方式，生产能力进一步提高。虽然历经技改，但却一直沿袭传统、落后的房柱式炮采生产工艺，安全生产保障低，矿井产能、效率增长慢，资源回收率低，生产经营成本高。在目前的矿产资源开采中，随着长期的开采使得房柱式煤炭开采工作由于工作量大，劳动强度高以及安全难以保证的问题而得到了人们的高度重视。因此在近年来采用综合机械化采煤技术进行开采，从而为工程的安全生产提供基础。

１．霍洛湾煤矿开采综述

近年来，霍洛湾煤矿呈现了前所未有的发展态势，其开采方式也出现了前所未有的变化。自上个世纪末期扩建以来，为了减少煤炭资源的浪费，逐步开始采用煤住法进行生产，其首次开采工作面设计推进了23m左右，并留置出了一个煤柱位，这个记录临近矿产工作面的处置都是以三分之二的距离来进行计算的。由于在推进距离短，无法获得较高的进京效益。在霍洛湾煤矿开采工作中，为了确保煤层顶板应力的平衡和其他工作面设置的合理，一般在工程项目中都是采用综合机械化采煤的方法来进行开采，对于其中缺乏破坏规律等方面的研究需要进行深入的总结和分析。

霍洛湾煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东南，就从过去的开没资料分析，其内部水主要是第四系松散水层的下渗水，其中也含有少量的分层水，而这些潜水优势上下交融、平面交会，因此其直接或者间接的会产生煤动层和工作面出现顶板含水层现象。而通过分析，其地质结构构造较为简单，煤层老化现象较为严重，且在工作中致密较坚硬以及平均厚度较厚的煤层都得到了处理，以层状为主的裂缝也得到了有效的预防和处理。

2.常见的煤矿开采方法

采煤方法和工艺的进步与完善是目前社会发展的主题，也是采矿学科得以发展和赖以生存的基础。在工作中采用科学、合理的采煤工艺对于促进煤炭资源开采和各环节变革而言十分重要，同时在现代化煤矿开采工作方向逐步朝着高产、高效和安全可靠的方向进行展，在这个过程中，通过研究开发能力强、耐用可靠的技术和生产系统来改进和优化系统要求，从而使得煤炭方法逐步趋于成熟，使得其开采工作面层得以完善和稳定。尤其是在内蒙古霍洛湾煤矿开采工作中，由于其是一种侏罗纪煤田的开采模式，是一种浅层埋煤装置和埋煤模式，因此在工作中对于煤矿的研究和开采空间的优化有着重要作用与意义，通过机械化技术和先进的工程施工技术来提高和完善煤矿开采要求逐步受到人们的高度重视。

3.煤矿综采工作面矿压规律研究

3.1国外研究现状

在过去社会发展中，对于有关煤层矿山压力规律的研究不多，尤其是在国外，对这些问题的研究更是存在着较多的不足和缺陷。一直到上个世纪中期，苏联科学家通过在工作中煤矿常见问题分析，提出了台阶下沉的假说，这种说法的存在使人们认为当煤层埋藏较浅时，上层岩层可以视为均质，随着工作面的推进，顶板将呈斜方六面体沿着向煤壁的斜面而垮落直至地表，支架上所受的力应考虑整个上覆岩层中载荷的作用，当有坚硬顶板组成的老顶时，老顶断裂在煤壁内，支架载荷按控顶区跨度计算上覆岩层全部总量。今年来，社会发展中，人们对这些现象的认识逐步提高，对于煤矿层中存在的压力现象也提出了新要求。经过多年实践经验总结得出，国外对浅埋煤层的矿压显现规律认为浅部开采顶板破断直接影响到地表，顶板破断角大，地表下沉速度快，来压明显且难以控制。但对浅埋煤层覆岩运动、变形、破环的规律的研究却没有什么进展。

3.2国内研究现状

通过大量物理相似模拟研究，得出了浅埋煤层厚砂土层的破坏规律，并通过对动态载荷智能采集系统的开发，获得了厚砂土层动态载荷的一些特征和数据。对浅埋煤层厚砂土层破坏机理、动态载荷传递机理以及载荷传递因子的确定，展开了进一步的工作[1]。

4.矿压观测的内容和地质分类

4.1矿压观测研究内容

为了分析该综采面煤系地层及顶板结构类型，掌握开采过程中顶板矿压显现规律及支架受载特性及合理工况，寻求老顶在开采过程中的结构型式及其稳定性，该工作面的观测主要内容有：

（1）工作面支架工作阻力观测。

（2）工作面支架顶梁下沉量及活柱下缩量观测。

（3）工作面运输、回风顺槽超前支护受力观测。

（4）工作面运输、回风顺槽表面位移观测。

（5）工作面顶板动态统计观测。

4.2地质分类

地质特征分类经常使用的方法有3种，一种是按照岩层的组成成分来划分，另一种是按煤层的上覆岩层分布空间及其组合形态来划分，还有一种就是按水环境与上覆岩层厚度及土层厚度进行划分。榆神府矿区的地形地貌复杂，工程地质也相当复杂，其次按主采煤层的上覆岩层分布空间及其组合形态特征来进行分类，据此榆神府矿区将被划分成五大类:即砂土基型、砂基型、土基型、基岩型、烧变岩型，组成以上五类上覆岩层的覆岩主要是砂:砂层(包括风积沙及萨拉乌苏组)，土:粘土隔水层(主要指离石黄土及三趾马红土)，基:指主采煤层上覆基岩。矿区从南向北、从西向东依次分布着砂土基型、土基型、砂基型及少量的基岩型上覆岩层类型井田。其中南梁煤矿属于土基型浅埋井田。

4.3支架活柱下缩量观测结果及分析

活柱下缩量是研究工作面顶板及上覆岩层运动的比较重要的参数，它不仅能够准确地反映采场矿压显现的强烈程度，探求支架与围岩的相互关系，为设计和选择支架服务，同时又可借助活柱下缩量的周期性变化的规律来推断上覆岩层运动规律和运动范围等特征。

4.4煤层底板对支架的影响

因为两柱支顶掩护式支架对底板比压呈三角形分布，即使支架对底板平均比压小于底板容许比压，底座尖端的比压很容易超过底板容许比压，而四柱支撑掩护式支架因对底板比压呈梯形分布，比压分布优于两柱支顶掩护式支架。两柱支顶掩护式支架一般优先用于松软以上的底板，因此对于底板极软的工作面支架架型选用了四柱支撑掩护式支架。开采实践表明,采用四柱支撑掩护式液压支架与极软底板是适应的，尽管工作面有时出现了底鼓，但没有影响支架的正常移动行走[2]。

5.工作面矿压分析

5.1直接顶初次垮落

工作面由开切眼开始推进，当推进到18.8m移架时，直接顶初次垮落，当工作面继续向前推进到27.2m时，直接顶又一次垮落。工作面继续推进到28.4m时，采空区中央顶板上3m处有离层产生，5m高度处也开始有微离层发育。

5.2老顶初次来压

直接顶初次垮落后，随工作面推进，直接顶有时架后冒落，有时架后悬顶，悬顶最长达7.0m。当工作面推至39m时，支架载荷有较大的增加，估计这是老顶初次断裂的前兆，工作面继续向（下转第336页）（上接第313页）前推进到40.2m时，老顶发生初次断裂，在工作面一侧老顶沿架后断裂，在开切眼一侧老顶沿开切眼煤壁断裂，老顶垮落岩层厚度2m，垮落长度30.5m，在老顶断裂前，支架载荷增幅较大。

6.结束语

地表厚松散层浅埋煤层不能满足砌体梁结构平衡条件，表示浅煤层顶板不存在砌体梁结构，因而不能应用砌体梁理论计算支架载荷。因此在工作中做好工作面框综采工作面矿压显示分析就显得十分重要和有效。[科]

【参考文献】

［１］张文军,沈海鸿,蔡桂宝.浅埋煤层开采覆岩移动规律数值分析[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2002,(02).

［２］师本强,侯忠杰.土层覆盖下浅埋煤层工作面支架选型研究[J].采矿与安全工程学报,2007,(03).