煤矿蹬空机械开采的可行性探析

2018-02-18陈明

机械管理开发 2018年4期

陈明

（山西省煤炭建设监理有限公司，山西太原 030012）

引言

由于煤矿企业之间的生产计划和生产条件不同，在煤矿整合后可能出现蹬空开采的现象，造成区域整体弯曲、裂缝等问题，影响生产安全和生产效率。因此，需要一套综合的评价体系和处理措施，对煤矿蹬空机械设备开采可行性进行评价和判断，并以综合分析的结果作为煤矿生产的指导，提高机械设备生产的效率和对煤矿资源的利用率。

1 煤矿蹬空开采概述

通常煤矿在进行机械设备开采时会优先选择在煤矿的上层空间开采，形成相对稳定科学的采矿结构，保证生产的安全。但由于地理因素和地质条件的影响，许多煤矿在机械设备生产中会采取下行开采的措施，即优先开采煤矿的下部结构，放弃上层的煤矿资源。随着煤矿市场竞争的加剧和煤矿资源的缩减，煤矿企业不得不选择对部分已经进行过下行开采的煤矿借助先进的机械设备进行重新开采，在煤矿的上部空间进行开采，因而加大了机械设备生产的危险性和开采的难度[1]。

煤矿蹬空机械设备开采的安全性主要和已经开采过的采空区状况相关，需要对采空区的环境状况进行分析。首先需要分析的是采空区的水区、火区状况，即对采空区的积水情况和瓦斯浓度进行调查分析，获得机械设备开采可行性分析的基本数据。采空区常见的含水层主要包括石灰岩含水层、风化壳裂隙含水层和冲积、洪积含水层，并且在后续的采水过程中可能出现持续出水的现象，因而要对采空区的水层进行调查和数据的采集，实施探放水措施获取基本的水区信息。同时，要对采空区中的瓦斯浓度和火种情况进行调查，防止机械设备开采过程中出现爆炸等严重的安全事故。

在了解采空区的物质含量、进行安全隐患的分析后，要确定煤层顶板和底板的稳定程度。由于煤矿机械设备生产是在采空区上部进行，且煤矿开采对煤矿的影响和冲击较大，可能造成煤矿结构的改变，如果底板的坚固程度不足，就可能造成安全问题。因此，要对上煤层的底板稳定性进行检测，确定底板的结构成分和抗压能力，收集煤层生产环境的相关数据，作为计算衡量的指标[2]。

2 煤矿蹬空机械设备开采可行性分析方法

影响煤矿机械设备上行开采的主要因素包括煤层的间距、煤层内部结构、层间结构、煤矿岩层的抗压能力、采煤的方法和开采的时间间隔、采高等。煤矿蹬空机械设备开采的可行性分析主要是针对煤矿上层开采的安全性和稳定性进行的，相关的分析方法主要包括比值判别法、“三带”判别方法、围岩平衡方法和数理统计分析的方法，各种方法采用不同的指标数据进行煤矿稳定性的分析。

2.1 比值判别法

比值判别法主要是利用煤层间距和采高之间的关系判断煤矿蹬空机械设备开采的可行性，计算的方法主要是计算煤层间距和煤层采高之间的比值确定采动倍数。计算得出采动倍数后，将得出的数值和标准进行比对，确定煤矿机械设备开采的可行性。实践表明，煤矿的岩层较坚硬时，采动系数为8，中等硬度时，采动系数为7.5，而岩层的硬度较差时，采动系数为7。根据比值判别法能够确定煤矿的蹬空机械设备开采可行性。

2.2 “三带”判别方法

煤矿采空区的存在容易造成煤矿岩层的松动变形和裂隙，对煤矿上行层的底板稳定性造成影响。可以通过衡量煤矿的垮落和裂隙高度衡量蹬空机械设备开采的可行性。通过对煤矿的各个位置的垮落和裂隙高度进行准确的测量和数据收集，能够获取相关的数据，并通过综合的计算方法获取煤矿的整体情况，进行综合的判断和分析。“三带”判别方法具有整体性和综合性，能够提高分析结果的准确性。

2.3 围岩平衡方法

围岩平衡高度是指下层顶板到围岩平衡顶板的高度，上行煤层的顶板是坚固的岩层，且下底板距离平衡围岩的位置较近时，可以进行蹬空开采。蹬空机械设备开采的可行性分析需要从综合的角度进行考评，因而围岩平衡方法也需要对煤矿上行煤层的高度进行定点测量，并将数据进行综合的处理。

2.4 数理统计分析

数理统计分析主要是指对煤矿的上行煤层收集的数据进行综合分析和处理，并按照数学的分析和测量方法建立科学的测评制度。数理统计分析能够对煤矿进行综合的测评，形成的结果具有准确性和合理性，能够为机械设备可行性分析提供衡量的标准。数理统计分析方法在应用中需要提高数据计算的准确性。

3 煤矿蹬空开采的问题处理措施

由于煤矿进行蹬空机械设备开采的可行性主要受到煤层稳定性的影响，因此提高煤层的稳定性和抗压强度是提高煤矿蹬空机械设备开采可行性的主要措施。煤矿蹬空机械设备开采在实际生产中容易出现煤层的破坏和变形问题，而常见的支护机械设备不能满足蹬空开采的需要，煤矿企业需要对煤矿的煤层问题进行具体的分析，对煤层出现的变形进行修缮和改造，提高煤矿开采的稳定性的和安全性。

3.1 煤矿蹬空机械设备开采的实践措施

在煤矿蹬空机械设备开采中常见的是使用金属摩擦支柱进行支护，但煤矿中采空区的存在可能造成采煤面冒顶问题。由于下层煤矿的内部结构被开采挖空，造成煤矿下底板结构的变形，无法寻找有效的支撑点，往往造成支护设备使用的无效。因此，煤层的支护不应仅仅从使用支护设备的角度进行考虑，而是要对岩层的整体结构进行强化，改变岩层的支撑结构和抗压强度，保障上行开采的稳定性和安全性。在蹬空开采中使用支护组合是提高岩层整体稳定性的重要措施。

3.2 煤矿裂隙漏风问题的处理措施

由于煤矿开采对原有的煤矿岩石层结构造成破坏，导致煤矿的岩石层出现裂缝和塌陷，在这种情况下想要进行上行开采就要先提高煤层的稳定性，提高岩石层的抗压能力。通过人工方式对煤矿的岩石层进行强化和稳定，并对岩石层的裂缝进行修补。常见的方法是使用水泥进行浇筑，修补岩石层的裂缝，待水泥结构稳定后进行上行开采。而对水泥浆浇筑的厚度和强度都要提出一定的要求，既要提高岩石层的稳定性，又要保证机械设备和支护结构的正常使用[3]。