摘 要：在淺埋及近淺埋煤層條件下，煤層開采受地表形態(tài)的影響較大，工作面在溝谷下方推進過程中常會發(fā)生支架活柱急劇下縮甚至壓架等動載礦壓災(zāi)害事故，嚴重威脅煤礦的安全生產(chǎn)。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(chǎn)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(jié)分析前人研究成果的基礎(chǔ)上，提出了防治對策。

關(guān)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(zé)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(qū)劃隸屬臨汾市蒲縣太林鄉(xiāng)和克城鎮(zhèn)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(qū)內(nèi)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(qū)內(nèi)地表溝谷以沖溝為主。沖溝呈葉脈狀網(wǎng)絡(luò)發(fā)育，1條主溝伴隨多條支溝，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，東河煤礦地表溝谷形態(tài)一般為先發(fā)育一條主沖溝，然后在降水作用下，沿主沖溝兩側(cè)逐步演變出支溝，支溝繼續(xù)發(fā)育，最終形成溝頭，從而形成注沖溝—支溝—溝頭型沖溝網(wǎng)絡(luò)。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(tǒng)計范圍內(nèi)的每條沖溝的溝頭數(shù)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(guān);主沖溝長度越長，衍生出的支溝數(shù)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(shù)據(jù)來看，沖溝網(wǎng)絡(luò)中的支溝大多位于主溝一側(cè)，發(fā)育形態(tài)與樹葉葉脈極為相近，與葉脈兩側(cè)發(fā)育不同的是，沖溝網(wǎng)絡(luò)呈半葉脈狀，以4號沖溝為界，呈現(xiàn)兩極分化趨勢，1、2、3號沖溝北側(cè)支溝發(fā)育，南側(cè)僅有一條支溝，而5、6、7號沖溝發(fā)育則正相反，支溝網(wǎng)絡(luò)大部位于主沖溝南側(cè)。

為對地貌有一直觀、形象的了解，依據(jù)井田地形圖等高線，繪制了局部三維地形圖?？梢钥闯觯瑴瞎劝l(fā)育，形態(tài)特征多變，地表多為黃土，加之植被稀疏，在持續(xù)雨水沖刷和采動影響下，水土流失，溝谷形態(tài)會發(fā)生較大改變。

3 動載礦壓預(yù)測預(yù)報

早期評價是事前控制的基礎(chǔ)，以便在采掘過程施工前分析出導(dǎo)致動載礦壓事故發(fā)生的各種可能因素對礦壓顯現(xiàn)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(fā)生的可能程度降到最低。早期評價可采用經(jīng)驗類比進行動載礦壓危險性評價。

3.1 經(jīng)驗類比法

（1）依據(jù)地形地貌主要參數(shù)進行分類評價。在礦井井田范圍內(nèi)，依據(jù)溝谷地貌將區(qū)域分為Ⅰ類動載易發(fā)生區(qū)域，Ⅱ類運載不易發(fā)生區(qū)域進行標注，在Ⅰ類易發(fā)生區(qū)域編制預(yù)案，工作面接近本區(qū)域時發(fā)出預(yù)警;

（2）依據(jù)煤礦地質(zhì)報告，結(jié)合井田鉆孔柱狀圖，判定主關(guān)鍵層的完整性，預(yù)測采場來壓大小，范圍及影響時間，重點對主關(guān)鍵結(jié)構(gòu)作出分析;預(yù)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(qū)域的礦壓活動規(guī)律，地表變形，頂?shù)装孱愋图昂穸?，?#煤開采提供預(yù)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(guān)注。

3.2 實時監(jiān)測

工作面在溝谷地段下推進時，為防止動載礦壓現(xiàn)象發(fā)生，需要加強現(xiàn)場監(jiān)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?shù)装逡平?、兩幫變形情況，預(yù)估頂板來壓位置;

（3）依據(jù)工作面頂板變化情況，預(yù)報頂板破碎程度。

動載礦壓發(fā)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(fā)生局部冒頂，后續(xù)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(chǎn)進度，所以可將上述幾方面作為日常工作監(jiān)測重點，如有異常，及時預(yù)警。

KJ216系統(tǒng)可實時顯示傳感器數(shù)值、設(shè)定報警值及查詢歷史記錄，因此，依托現(xiàn)有系統(tǒng)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(yīng)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(xiàn)安全平穩(wěn)通過溝谷地形段，可以從管理和技術(shù)兩方面采取措施加以應(yīng)對。

4.1 管理措施

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

在預(yù)測預(yù)報基礎(chǔ)上，有針對性的采取預(yù)措施。同時要把工作面礦壓監(jiān)測擺在更加重要的位置，安排專人負責(zé)，班班分析。根據(jù)變化管理規(guī)定以及現(xiàn)場實際情況，制定富有針對性的過溝谷地形安全技術(shù)措施，并實行技術(shù)交底，在此期間支護工作嚴格實行標準化作業(yè)，提高工序質(zhì)量管理，保證工作面平穩(wěn)推過。

成立動載礦壓防治領(lǐng)導(dǎo)小組，編制動載礦壓中短期規(guī)劃，定編定崗，專人負責(zé)動載礦壓預(yù)測，設(shè)立資料臺帳，主要有：（1）機構(gòu)設(shè)置以及人員組成;（2）生產(chǎn)管理制度（崗位責(zé)任制、各項技術(shù)措施、例會制度、會議紀要、動載礦壓調(diào)查和處理分析制度）;（3）技術(shù)交底資料;（4）動載應(yīng)急預(yù)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(xiàn)場管理相結(jié)合，不斷提高動載礦壓防治管理水平。

通過全面質(zhì)量管理、QC小組等活動，利用質(zhì)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(zhì)量運動規(guī)律，預(yù)測工序質(zhì)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(cè)低，以對稱狀分布。若出現(xiàn)不合格直方圖，采用質(zhì)量控制圖分析相關(guān)影響因素，改善支架工作阻力運行區(qū)間，消除不利影響因素，使之處于合理區(qū)間。

4.2 技術(shù)措施

4.2.1 自然地質(zhì)方面

防止主要沖溝網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)發(fā)育。小的溝槽進行填平，工作面上方谷底硬化，因地制宜調(diào)節(jié)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(fā)育和延深，防止主關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)被持續(xù)侵蝕和風(fēng)化;地表裂縫進行有效的填堵。水對巖層的持續(xù)侵蝕作用，導(dǎo)致節(jié)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(dǎo)致巖體強度隨巖石強度的降低而降低。持續(xù)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(qū)域內(nèi)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(dǎo)致壓架事故的發(fā)生;小型溝谷的填埋與矸石山的選址相結(jié)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(shè)相結(jié)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(jié)合工作面采掘銜接計劃，削減年度內(nèi)通過的溝谷上坡段坡角，宜控制在20°以內(nèi)。

4.2.2 采煤工藝和開采規(guī)劃

優(yōu)化采掘部署，在保證年度生產(chǎn)計劃的基礎(chǔ)上，在溝谷地段預(yù)留合理時間，做足準備工作得以快速通過;統(tǒng)籌考慮盤區(qū)巷道布置、工作面的推進方向與溝谷走向的關(guān)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(diào)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(fā)生動載礦壓的區(qū)域，提高日推進速度，快速通過受影響地段。

4.3 生產(chǎn)現(xiàn)場管理

提高支架工作阻力，科學(xué)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(xiàn)象發(fā)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(yōu)化前后立柱工作阻力，改善受力不均。

因此，工作面支護質(zhì)量管理實行標準化建設(shè)，制定過溝谷區(qū)域工作面支護質(zhì)量標準，加強支護質(zhì)量監(jiān)測，對防治動載礦壓現(xiàn)象的發(fā)生具有實際意義。實際工作中，重點關(guān)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(shè)備完好。

參考文獻：

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作者簡介：張建強（1991-），男，山西壺關(guān)人，研究生，助理工程師，生產(chǎn)技術(shù)部技術(shù)員，研究方向：采煤技術(shù)管理。