東河煤礦溝谷地貌下動載防治

摘 要：在淺埋及近淺埋煤層條件下，煤層開采受地表形態的影響較大，工作面在溝谷下方推進過程中常會發生支架活柱急劇下縮甚至壓架等動載礦壓災害事故，嚴重威脅煤礦的安全生產。鑒于東河煤礦部分工作面處于山體溝谷地貌下開采的實際，故研究山體溝谷地貌下動載防治對于該礦井動載防治以及安全生產具有重要的實踐價值。本文以東河煤礦2#煤層動載礦壓防治為工程背景，在總結分析前人研究成果的基礎上，提出了防治對策。

關鍵詞：溝谷;動載防治;防治對策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.059

1 地理位置

太原煤炭氣化（集團）有限責任公司東河煤礦位于臨汾市蒲縣縣城N60°E方向直距25km處，行政區劃隸屬臨汾市蒲縣太林鄉和克城鎮管轄，面積約13.3km2。地表溝壑縱橫，以中山、低山為主，地表時起時伏，多為黃土層所覆蓋，山區內存在多條溝谷，其中，有兩條溝谷從東西方向貫穿整個井田。

2 地表溝谷特征

按溝谷類型劃分，礦區內地表溝谷以沖溝為主。沖溝呈葉脈狀網絡發育，1條主溝伴隨多條支溝，調查發現，東河煤礦地表溝谷形態一般為先發育一條主沖溝，然后在降水作用下，沿主沖溝兩側逐步演變出支溝，支溝繼續發育，最終形成溝頭，從而形成注沖溝—支溝—溝頭型沖溝網絡。主沖溝下的支溝，從屬于同一主沖溝的支溝走向基本一致，統計范圍內的每條沖溝的溝頭數量在3～6之間。沖溝寬度5～53m，平均29m;深度4～60m，平均32m;溝壁坡角13°～52°，平均33°;深度與寬度呈正相關;主沖溝長度越長，衍生出的支溝數越多。

以沖溝間夾角角度分析，1號沖溝為30°～70°，平均50°;2號沖溝為40°～90°，平均70°;3號沖溝為60°;4號沖溝為35°～72°，平均37°，從已有數據來看，沖溝網絡中的支溝大多位于主溝一側，發育形態與樹葉葉脈極為相近，與葉脈兩側發育不同的是，沖溝網絡呈半葉脈狀，以4號沖溝為界，呈現兩極分化趨勢，1、2、3號沖溝北側支溝發育，南側僅有一條支溝，而5、6、7號沖溝發育則正相反，支溝網絡大部位于主沖溝南側。

為對地貌有一直觀、形象的了解，依據井田地形圖等高線，繪制了局部三維地形圖?？梢钥闯?，溝谷發育，形態特征多變，地表多為黃土，加之植被稀疏，在持續雨水沖刷和采動影響下，水土流失，溝谷形態會發生較大改變。

3 動載礦壓預測預報

早期評價是事前控制的基礎，以便在采掘過程施工前分析出導致動載礦壓事故發生的各種可能因素對礦壓顯現程度大小的影響，以此擬定出有效的防治措施，做到防患于未然，做好、做足準備工作，使動載壓發生的可能程度降到最低。早期評價可采用經驗類比進行動載礦壓危險性評價。

3.1 經驗類比法

（1）依據地形地貌主要參數進行分類評價。在礦井井田范圍內，依據溝谷地貌將區域分為Ⅰ類動載易發生區域，Ⅱ類運載不易發生區域進行標注，在Ⅰ類易發生區域編制預案，工作面接近本區域時發出預警;

（2）依據煤礦地質報告，結合井田鉆孔柱狀圖，判定主關鍵層的完整性，預測采場來壓大小，范圍及影響時間，重點對主關鍵結構作出分析;預估斷裂帶所處層位，計算頂板壓力，確定合理采高，提高回收率;整理分析已采區域的礦壓活動規律，地表變形，頂底板類型及厚度，對2#煤開采提供預測;定期進行地表裂隙及沉降觀測，地表臺階下沉，塌陷坑邊緣予以重點關注。

3.2 實時監測

工作面在溝谷地段下推進時，為防止動載礦壓現象發生，需要加強現場監測，可從以下幾個方面著手：

（1）工作面周期來壓步距，支架支護阻力及運行狀況;

（2）超前支護段巷道頂底板移近量、兩幫變形情況，預估頂板來壓位置;

（3）依據工作面頂板變化情況，預報頂板破碎程度。

動載礦壓發生時，來壓劇烈，塊體破碎，煤壁片幫嚴重，支護不及時或支護阻力不足時極易發生局部冒頂，后續處理較為困難，需耗費大量時間和人工，嚴重影響采掘安排及生產進度，所以可將上述幾方面作為日常工作監測重點，如有異常，及時預警。

KJ216系統可實時顯示傳感器數值、設定報警值及查詢歷史記錄，因此，依托現有系統完全可以滿足使用要求。在溝谷上坡段下方兩順槽頂板上安裝圍巖移動傳感器、應力傳感器以及離層傳感器;在工作面安裝支架壓力傳感器。

4 動載礦壓防治

為實現安全平穩通過溝谷地形段，可以從管理和技術兩方面采取措施加以應對。

4.1 管理措施

在工作面動載礦壓的防治中，始終堅持“預防為主、防治結合”的基本方針，以打造本質安全型企業為契機，強化質量標準化和本安體系建設，規范崗位作業流程，在各崗位各地點各系統深入貫徹《煤礦安全質量標準化考核評級辦法》，以《辦法》為標尺，通過標準化、系統化的提升，在對標中不斷完善，逐步形成適應本礦實際又富有特色的工作標準。

在預測預報基礎上，有針對性的采取預措施。同時要把工作面礦壓監測擺在更加重要的位置，安排專人負責，班班分析。根據變化管理規定以及現場實際情況，制定富有針對性的過溝谷地形安全技術措施，并實行技術交底，在此期間支護工作嚴格實行標準化作業，提高工序質量管理，保證工作面平穩推過。

成立動載礦壓防治領導小組，編制動載礦壓中短期規劃，定編定崗，專人負責動載礦壓預測，設立資料臺帳，主要有：（1）機構設置以及人員組成;（2）生產管理制度（崗位責任制、各項技術措施、例會制度、會議紀要、動載礦壓調查和處理分析制度）;（3）技術交底資料;（4）動載應急預案、事故記錄和報告資料。在臺帳資料的記錄、整理和積累過程中起到自檢、互檢、與現場管理相結合，不斷提高動載礦壓防治管理水平。

通過全面質量管理、QC小組等活動，利用質量管理工具，繪制液壓支架工作阻力直方圖對支架運行工況進行分析，找出質量運動規律，預測工序質量，對薄弱點進行重點防控。理想工況直方圖形狀特征為中央高，兩側低，以對稱狀分布。若出現不合格直方圖，采用質量控制圖分析相關影響因素，改善支架工作阻力運行區間，消除不利影響因素，使之處于合理區間。

4.2 技術措施

4.2.1 自然地質方面

防止主要沖溝網絡繼續發育。小的溝槽進行填平，工作面上方谷底硬化，因地制宜調節溝谷坡面流水走向，使之不再交匯灌注，在缺少植被的坡面種植草皮，確保沖溝不再發育和延深，防止主關鍵層結構被持續侵蝕和風化;地表裂縫進行有效的填堵。水對巖層的持續侵蝕作用，導致節理巖體裂隙擴展，加之孔隙或裂隙中的水有孔隙壓力，在微觀層面上的巖石固體顆粒承受的壓力也將在一定程度上減小，最終導致巖體強度隨巖石強度的降低而降低。持續的水力侵蝕形成的裂隙極有可能成為上覆巖層的斷裂線，致使工作面超前冒落;合適的溝谷區域內削峰填谷，減小上覆巖層承載壓力及過溝谷段頂板壓力的突然減小或突然增大，防止一部分支架受力不均、偏載，導致壓架事故的發生;小型溝谷的填埋與矸石山的選址相結合，利用矸石填充溝谷，黃土夯實，地表綠化。較寬的溝谷與綠色礦山建設相結合，進行邊坡綠化，防止雨水沖刷下邊坡進一步擴展;泄洪量較小的溝谷有計劃的改道，將水引入主泄洪通道，作為主泄洪通道的溝谷河床，用混凝土板或者塊石鋪砌，成為人工硬河床;結合工作面采掘銜接計劃，削減年度內通過的溝谷上坡段坡角，宜控制在20°以內。

4.2.2 采煤工藝和開采規劃

優化采掘部署，在保證年度生產計劃的基礎上，在溝谷地段預留合理時間，做足準備工作得以快速通過;統籌考慮盤區巷道布置、工作面的推進方向與溝谷走向的關系，盡可能使工作面沿地表溝谷坡面的偽傾斜方向推進;工作面在溝谷地形下推進時，在必要的情況下，合理調整采高或采放比;過上坡段時，適當提高支架初撐力，留有余量，增強對頂板的控制力;在可能發生動載礦壓的區域，提高日推進速度，快速通過受影響地段。

4.3 生產現場管理

提高支架工作阻力，科學分配支架立柱受力，可有效改善工作面控制效果，是防治工作面動載礦壓現象發生的途徑之一。

四柱式液壓支架分段承載曲線公式如下：

式中：P1、P2分別為立柱的工作阻力;、分別為立柱傾角;l1、l2分別為立柱對O點的作用力矩。

可知，四柱式支架可以通過改變前后立柱不同壓力來改變承載范圍，使支架有效承載范圍前移，最大可前移0.7m，及時有效控制煤壁附近新暴露的頂板。因此，可通過合理優化前后立柱工作阻力，改善受力不均。

因此，工作面支護質量管理實行標準化建設，制定過溝谷區域工作面支護質量標準，加強支護質量監測，對防治動載礦壓現象的發生具有實際意義。實際工作中，重點關注液壓支架運行工況，運行異常的及時查明原因，及時處理，確保設備完好。

參考文獻：

[1]張杰，侯忠杰.厚土層淺埋煤層覆巖運動破壞規律研究[J].采礦與安全工程學報，2007，24（01）：56-59.

[2]李軍.南梁煤礦綜采工作面礦壓規律研究[D].西安：西安科技大學，2010.

作者簡介：張建強（1991-），男，山西壺關人，研究生，助理工程師，生產技術部技術員，研究方向：采煤技術管理。