汪永才

[摘要]隨著我國對環(huán)境的不斷重視，對于能源的需求也不斷擴大，在對傳統(tǒng)能源的保護與開采方面進行了多項改革，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高速的方式不斷對煤礦生產(chǎn)模式與規(guī)模進行規(guī)范。煤礦在地表的延伸處為煤層露頭，保護煤柱是為了保護上方的巖層內(nèi)部與其他不進行開采遙結(jié)構(gòu)煤體，而對地面建筑與結(jié)構(gòu)不造成破壞的一種具體措施。在探明的煤礦之上有可能會居住建筑存在，對煤柱的設(shè)置可以有效避免對人身安全財產(chǎn)安全造成隱患。

[關(guān)鍵詞]煤層 露頭 保護煤柱 留設(shè)

[中圖分類號] P618.11 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-7-69-2

0引言

隨著我國對于事故發(fā)生概率較高的煤礦生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注度不斷提高，通過一定的政策對煤礦進行規(guī)范化管理。傳統(tǒng)的煤礦在開采過程中生產(chǎn)模式不夠規(guī)范，不但容易造成浪費的現(xiàn)象，而且還容易對周圍的居民生活環(huán)境造成嚴重破壞。隨著我國對煤礦生產(chǎn)的重視程度不斷加深，對煤礦的生產(chǎn)模式也不斷進行探索創(chuàng)新。在煤層的露頭保護煤柱設(shè)置留設(shè)方面進行了較多的研究。本文對煤層露頭保護煤柱的留設(shè)方法以及影響因素進行分析。

我國目前已經(jīng)探明在存在于建筑物下以及水體下的壓煤問題非常普遍，近年來壓煤開采技術(shù)也取得了不錯的進步。有一些工業(yè)建筑或政府建筑不易遷移，或者居住人群數(shù)量少，沒有搬遷的必要時，就需要采用保護煤柱的方法。

在采礦過程中，覆巖變形破壞是因為原巖應(yīng)力狀態(tài)下無法保持平衡穩(wěn)定時導(dǎo)致的后果，在露頭線附近的煤層開采中，為了確保安全，需要留設(shè)一定高度的安全煤柱，留設(shè)越大，壓煤量越多。對于傾斜的煤層開采中更為突出。煤柱過小，有可能會造成災(zāi)害性潰水或潰沙事故，使正常的采礦生產(chǎn)難以繼續(xù)。要充分認識到煤層保護煤柱的重要性，安全煤柱主要是指保持正常勞動環(huán)境所留設(shè)的最小限度的煤柱高度。煤層上覆蓋一些含水層構(gòu)成了煤層開采主要充水含水層時，留設(shè)保護煤柱的目的是在于減少上水下滲的途徑，因采煤導(dǎo)致的冒落不會直接導(dǎo)通上部水體發(fā)生災(zāi)害性的潰水事故，影響到人身與財產(chǎn)安全。

1影響煤層露頭煤柱留設(shè)的主要因素分析

安全煤柱主要有以下幾種類型。首先是防水安全煤柱，當上部的水量非常大時，需要留設(shè)防水為目的的保護煤柱，安全煤柱的高度與導(dǎo)水裂隙帶的最大發(fā)育高度與保護層厚度之和；第二是防沙安全煤柱，當松散層底部有一些粘塑性隔水層分布時，可以留設(shè)防沙為目的的安全保護煤柱，最后是防塌安全煤柱。經(jīng)過多煤層開采的大量經(jīng)驗判斷，影響煤層露頭煤柱的留設(shè)主要因素首先是煤層儲存的條件，包括產(chǎn)狀、厚度、分布與力學性質(zhì)等。不同的煤層露頭肯定需要不同的保護煤柱的留設(shè)方法，并非一根而論。煤礦采用開采方法與規(guī)模不同，也會影響到保護煤柱的留設(shè)方法；煤礦床本身的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件與新生界松散層的成因類型、巖性結(jié)構(gòu)等。

在每一個煤礦的具體地質(zhì)環(huán)境與周圍環(huán)境下，都需要采用與之相符的保護煤柱類型。煤柱的高度也需要與露頭煤層的具體情況保持一致。通過保護煤柱的設(shè)置，可以有效達到保護煤層的目的，確保煤層的開采達到安全可靠，避免發(fā)生災(zāi)難事故。

2煤層露頭保護煤柱留設(shè)方法

目前在煤層露頭保護煤柱的留設(shè)方法中，有多種方法，主要是根據(jù)不同的煤礦實際情況進行區(qū)分與選擇。主要集中于三種，一是垂直斷面法，二是垂線法，三是數(shù)字標高投影法。垂直斷面法是利用圖解的辦法，作沿煤層的走向垂直剖面，通過一定的表面立體化的方式進行設(shè)計與計算，在剖面上確定煤柱的邊界寬度，投影到平面圖上上得到煤柱的邊界。垂線法主要是采用解析法來進行，在此過程中，先作受護面積邊界的垂線，在平面圖上量出垂線長度，確定保護煤柱的邊界。數(shù)字標高投影法是根據(jù)地表移動角的參數(shù)，采用標高投影，畫出保護煤柱的等高線，一般應(yīng)用于延伸型建筑物標高變化大的情況使用。

在上文講到的三種保護煤柱的留設(shè)方法中，垂直斷面法與垂線法兩種主要的方式，簡單易行，根據(jù)移動角度來對保護煤柱的邊界進行確定。垂線法與數(shù)字標高投影法則是根據(jù)兩個斜向斷面的移動角，這些方法均是利用了建筑物角點地方多留設(shè)了煤柱，煤層在內(nèi)部傾角不斷增大，造成了很多多余的煤柱。在同一個礦區(qū)，移動角為定值，隨著開采深度不斷擴大，采用恒定的傾角保護煤柱，造成了浪費煤炭資源的問題。

以往對于保護煤柱的設(shè)計與留設(shè)計算都是通過手工計算完成的，精度難以保證，而且效率極低，未能夠解決足夠復(fù)雜的問題，對地質(zhì)與采礦方面的因素考慮較少，無法把這些因素加入到計算中去。同時這種方式也不利于煤礦開采現(xiàn)代化與自動化的要求。計算機技術(shù)不斷發(fā)展以來，具有高速運算與大量存儲特點的軟件設(shè)計方法開始應(yīng)用于保護煤柱的設(shè)計過程中。目前計算機信息技術(shù)不斷發(fā)達，軟件在系統(tǒng)中的應(yīng)用也更加廣泛，幾乎每一種設(shè)計的計算都需要通過計算機來完成，尤其是大量的計算存在的設(shè)計，保護煤層的具體情況較為復(fù)雜，需要不斷通過參數(shù)的加入與計算的調(diào)整獲得最為科學有效的數(shù)據(jù)，來對煤層開采提供準確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3露頭防水煤柱留設(shè)方法

在有突水威脅而不宜進行疏散的地區(qū)進行煤礦開采時，需要進行防水煤柱留設(shè)，防水保護煤柱一般只能使用一次，需要把煤柱的寬度降低到最低的限度，在開采完成后可以通過填充與改造含水層的辦法，提高資源的利用率。在防水煤柱的留設(shè)時需要與當?shù)氐臉?gòu)造與水文地質(zhì)條件、煤層組合結(jié)構(gòu)方式等因素進行緊密結(jié)合，忽視其中的任何一個因素都有可能會導(dǎo)致留設(shè)的失敗，影響正常開采。在多煤層地區(qū)，防水煤柱需要統(tǒng)一考慮，避免某一層的開采對另一煤層的煤柱造成破壞。

在進行煤層露頭防隔水煤柱的留設(shè)時，需要注意的問題較多，主要是在設(shè)計與施工中的合理性問題，目前主要集中在兩種主要情況需要注意。第一，煤層露頭沒有覆蓋時，防水煤柱的高度為采報冒落帶高度與保護層厚度之和，如果煤層露頭被松散富含水層覆蓋時，防水煤柱的高度為垂直煤層的導(dǎo)水裂隙高度與保護層的厚度之和。

4斷層影響下的保護煤柱留設(shè)

斷層的強度非常低，遠遠低于周圍巖體的強度，在開采過程中，受到附加力的影響，有可能會產(chǎn)生地表的非連續(xù)性變化移動。在實際的開采過程中，一旦有斷層的存在，將有可能會引起上下盤沿斷層面相對錯位移動，在內(nèi)部應(yīng)力的作用下容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失去平衡。首先斷層露頭處地表上會產(chǎn)生臺階狀的一條條裂縫，其次有可能會改變深陷的影響范圍，使更大的區(qū)域沉降。

在煤礦礦區(qū)內(nèi)斷層近處的工作面開采一般都利用了移動角來對煤礦進行保護煤柱的設(shè)計留設(shè)，但在實際開采過程中，巖層移動沿著斷層帶面不斷向上發(fā)展，從而導(dǎo)致了斷層帶的活化，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力作用下，有可能會從內(nèi)到外形成裂縫問題，甚至有可能在地面露頭產(chǎn)生強大的非連續(xù)變形，造成地面裂縫，有可能會引起開采損害。當?shù)V區(qū)有斷層存在時，需要根據(jù)斷層的露頭位置附近的地面設(shè)施忣 承載變形能力，合理地選擇好參數(shù)，留設(shè)斷層的保護煤柱，在實踐應(yīng)用時，選擇具有地質(zhì)采礦技術(shù)下的開采引起的地表移動變形邊界角來作為主要參數(shù)。

5結(jié)語

隨著我國對煤礦關(guān)注度不斷提高，煤礦的開采、生產(chǎn)經(jīng)營、規(guī)模等都將會進行規(guī)范化管理。煤層露頭的保護煤柱留設(shè)的目的就是為了保障建筑物與其他的結(jié)構(gòu)完整，避免受到開采過程較嚴重的破壞。在未來，我國的煤層開采規(guī)模將進一步擴大，對于新技術(shù)工藝在開采過程中應(yīng)用將會不斷增加，對保護煤柱的研究也不斷深入。通過對生產(chǎn)技術(shù)的不斷研究，為我國煤炭開采行業(yè)提供更充分的依據(jù)，讓煤礦生產(chǎn)變得加更加安全高效。

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