东河煤矿沟谷地貌下动载防治
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摘 要：在浅埋及近浅埋煤层条件下，煤层开采受地表形态的影响较大，工作面在沟谷下方推进过程中常会发生支架活柱急剧下缩甚至压架等动载矿压灾害事故，严重威胁煤矿的安全生产。鉴于东河煤矿部分工作面处于山体沟谷地貌下开采的实际，故研究山体沟谷地貌下动载防治对于该矿井动载防治以及安全生产具有重要的实践价值。本文以东河煤矿2#煤层动载矿压防治为工程背景，在总结分析前人研究成果的基础上，提出了防治对策。
关键词：沟谷;动载防治;防治对策
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.059
1 地理位置
太原煤炭气化（集团）有限責任公司东河煤矿位于临汾市蒲县县城N60°E方向直距25km处，行政区划隶属临汾市蒲县太林乡和克城镇管辖，面积约13.3km2。地表沟壑纵横，以中山、低山为主，地表时起时伏，多为黄土层所覆盖，山区内存在多条沟谷，其中，有两条沟谷从东西方向贯穿整个井田。
2 地表沟谷特征
按沟谷类型划分，矿区内地表沟谷以冲沟为主。冲沟呈叶脉状网络发育，1条主沟伴随多条支沟，调查发现，东河煤矿地表沟谷形态一般为先发育一条主冲沟，然后在降水作用下，沿主冲沟两侧逐步演变出支沟，支沟继续发育，最终形成沟头，从而形成注冲沟—支沟—沟头型冲沟网络。主冲沟下的支沟，从属于同一主冲沟的支沟走向基本一致，统计范围内的每条冲沟的沟头数量在3～6之间。冲沟宽度5～53m，平均29m;深度4～60m，平均32m;沟壁坡角13°～52°，平均33°;深度与宽度呈正相关;主冲沟长度越长，衍生出的支沟数越多。
以冲沟间夹角角度分析，1号冲沟为30°～70°，平均50°;2号冲沟为40°～90°，平均70°;3号冲沟为60°;4号冲沟为35°～72°，平均37°，从已有数据来看，冲沟网络中的支沟大多位于主沟一侧，发育形态与树叶叶脉极为相近，与叶脉两侧发育不同的是，冲沟网络呈半叶脉状，以4号冲沟为界，呈现两极分化趋势，1、2、3号冲沟北侧支沟发育，南侧仅有一条支沟，而5、6、7号冲沟发育则正相反，支沟网络大部位于主冲沟南侧。
为对地貌有一直观、形象的了解，依据井田地形图等高线，绘制了局部三维地形图。可以看出，沟谷发育，形态特征多变，地表多为黄土，加之植被稀疏，在持续雨水冲刷和采动影响下，水土流失，沟谷形态会发生较大改变。
3 动载矿压预测预报
早期评价是事前控制的基础，以便在采掘过程施工前分析出导致动载矿压事故发生的各种可能因素对矿压显现程度大小的影响，以此拟定出有效的防治措施，做到防患于未然，做好、做足准备工作，使动载压发生的可能程度降到最低。早期评价可采用经验类比进行动载矿压危险性评价。
3.1 经验类比法
（1）依据地形地貌主要参数进行分类评价。在矿井井田范围内，依据沟谷地貌将区域分为Ⅰ类动载易发生区域，Ⅱ类运载不易发生区域进行标注，在Ⅰ类易发生区域编制预案，工作面接近本区域时发出预警;
（2）依据煤矿地质报告，结合井田钻孔柱状图，判定主关键层的完整性，预测采场来压大小，范围及影响时间，重点对主关键结构作出分析;预估断裂带所处层位，计算顶板压力，确定合理采高，提高回收率;整理分析已采区域的矿压活动规律，地表变形，顶底板类型及厚度，对2#煤开采提供预测;定期进行地表裂隙及沉降观测，地表台阶下沉，塌陷坑边缘予以重点关注。
3.2 实时监测
工作面在沟谷地段下推进时，为防止动载矿压现象发生，需要加强现场监测，可从以下几个方面着手：
（1）工作面周期来压步距，支架支护阻力及运行状况;
（2）超前支护段巷道顶底板移近量、两帮变形情况，预估顶板来压位置;
（3）依据工作面顶板变化情况，预报顶板破碎程度。
动载矿压发生时，来压剧烈，块体破碎，煤壁片帮严重，支护不及时或支护阻力不足时极易发生局部冒顶，后续处理较为困难，需耗费大量时间和人工，严重影响采掘安排及生产进度，所以可将上述几方面作为日常工作监测重点，如有异常，及时预警。
KJ216系统可实时显示传感器数值、设定报警值及查询历史记录，因此，依托现有系统完全可以满足使用要求。在沟谷上坡段下方两顺槽顶板上安装围岩移动传感器、应力传感器以及离层传感器;在工作面安装支架压力传感器。
4 动载矿压防治
为实现安全平稳通过沟谷地形段，可以从管理和技术两方面采取措施加以应对。
4.1 管理措施
在工作面动载矿压的防治中，始终坚持“预防为主、防治结合”的基本方针，以打造本质安全型企业为契机，强化质量标准化和本安体系建设，规范岗位作业流程，在各岗位各地点各系统深入贯彻《煤矿安全质量标准化考核评级办法》，以《办法》为标尺，通过标准化、系统化的提升，在对标中不断完善，逐步形成适应本矿实际又富有特色的工作标准。
在预测预报基础上，有针对性的采取预措施。同时要把工作面矿压监测摆在更加重要的位置，安排专人负责，班班分析。根据变化管理规定以及现场实际情况，制定富有针对性的过沟谷地形安全技术措施，并实行技术交底，在此期间支护工作严格实行标准化作业，提高工序质量管理，保证工作面平稳推过。
成立动载矿压防治领导小组，编制动载矿压中短期规划，定编定岗，专人负责动载矿压预测，设立资料台帐，主要有：（1）机构设置以及人员组成;（2）生产管理制度（岗位责任制、各项技术措施、例会制度、会议纪要、动载矿压调查和处理分析制度）;（3）技术交底资料;（4）动载应急预案、事故记录和报告资料。在台帐资料的记录、整理和积累过程中起到自检、互检、与现场管理相结合，不断提高动载矿压防治管理水平。
通过全面质量管理、QC小组等活动，利用质量管理工具，绘制液压支架工作阻力直方图对支架运行工况进行分析，找出质量运动规律，预测工序质量，对薄弱点进行重点防控。理想工况直方图形状特征为中央高，两侧低，以对称状分布。若出现不合格直方图，采用质量控制图分析相关影响因素，改善支架工作阻力运行区间，消除不利影响因素，使之处于合理区间。 4.2 技术措施
4.2.1 自然地质方面
防止主要冲沟网络继续发育。小的沟槽进行填平，工作面上方谷底硬化，因地制宜调节沟谷坡面流水走向，使之不再交汇灌注，在缺少植被的坡面种植草皮，确保冲沟不再发育和延深，防止主关键层结构被持续侵蚀和风化;地表裂缝进行有效的填堵。水对巖层的持续侵蚀作用，导致节理岩体裂隙扩展，加之孔隙或裂隙中的水有孔隙压力，在微观层面上的岩石固体颗粒承受的压力也将在一定程度上减小，最终导致岩体强度随岩石强度的降低而降低。持续的水力侵蚀形成的裂隙极有可能成为上覆岩层的断裂线，致使工作面超前冒落;合适的沟谷区域内削峰填谷，减小上覆岩层承载压力及过沟谷段顶板压力的突然减小或突然增大，防止一部分支架受力不均、偏载，导致压架事故的发生;小型沟谷的填埋与矸石山的选址相结合，利用矸石填充沟谷，黄土夯实，地表绿化。较宽的沟谷与绿色矿山建设相结合，进行边坡绿化，防止雨水冲刷下边坡进一步扩展;泄洪量较小的沟谷有计划的改道，将水引入主泄洪通道，作为主泄洪通道的沟谷河床，用混凝土板或者块石铺砌，成为人工硬河床;结合工作面采掘衔接计划，削减年度内通过的沟谷上坡段坡角，宜控制在20°以内。
4.2.2 采煤工艺和开采规划
优化采掘部署，在保证年度生产计划的基础上，在沟谷地段预留合理时间，做足准备工作得以快速通过;统筹考虑盘区巷道布置、工作面的推进方向与沟谷走向的关系，尽可能使工作面沿地表沟谷坡面的伪倾斜方向推进;工作面在沟谷地形下推进时，在必要的情况下，合理调整采高或采放比;过上坡段时，适当提高支架初撑力，留有余量，增强对顶板的控制力;在可能发生动载矿压的区域，提高日推进速度，快速通过受影响地段。
4.3 生产现场管理
提高支架工作阻力，科学分配支架立柱受力，可有效改善工作面控制效果，是防治工作面动载矿压现象发生的途径之一。
四柱式液压支架分段承载曲线公式如下：
式中：P1、P2分别为立柱的工作阻力;、分别为立柱倾角;l1、l2分别为立柱对O点的作用力矩。
可知，四柱式支架可以通过改变前后立柱不同压力来改变承载范围，使支架有效承载范围前移，最大可前移0.7m，及时有效控制煤壁附近新暴露的顶板。因此，可通过合理优化前后立柱工作阻力，改善受力不均。
因此，工作面支护质量管理实行标准化建设，制定过沟谷区域工作面支护质量标准，加强支护质量监测，对防治动载矿压现象的发生具有实际意义。实际工作中，重点关注液压支架运行工况，运行异常的及时查明原因，及时处理，确保设备完好。
参考文献：
[1]张杰，侯忠杰.厚土层浅埋煤层覆岩运动破坏规律研究[J].采矿与安全工程学报，2007，24（01）：56-59.
[2]李军.南梁煤矿综采工作面矿压规律研究[D].西安：西安科技大学，2010.
作者简介：张建强（1991-），男，山西壶关人，研究生，助理工程师，生产技术部技术员，研究方向：采煤技术管理。
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