影响采煤工作面矿山压力因素探讨

2022-11-24

随着我国综合国力的提升,我国对于工业的发展越来越关注,而煤炭作为重要的资源,对于我国工业发展来说具有重要的价值。煤炭资源作为一种不可再生的资源,在开采中也伴随着各种风险隐患,为了提高采煤工作的安全性,合理的分析矿山的各种规律,实现高效的采煤作业,进而为我国社会经济的可持续发展奠定基础。

1.矿山压力概念与来源

(1)矿山压力

在地下岩体中存在着多种矿产资源,而不同的地质环境中地质环境具有一定的差异性,这样增加了煤炭开采的复杂性。而在进行地下岩体开采以及运动之前,在自身重量作用之下产生的自重力则就会在岩体内部形成特殊的应力,这种应力称之为原岩应力。原岩应力在其产生以及运动之前必须要保持整体的平衡性,其整体上要处于静止。而如果岩体运动或者其被开采则就会改变岩体内部的应力状态。而作用点不同、力的大小不同也增加受力作用的复杂性。在其作用力最大值过于岩体可以承受作用力的临界值之后,则就会导致岩体出现坍塌以及破碎的问题,这也会造成煤炭资源被破坏,增加了开采的难度。

为了改变此种状态,要通过长时期的作用才可以使得煤炭资源以及地下的岩体可以重新的维持平衡。对此,在此种状态之下进行煤炭资源、地下岩体的挖掘而产生的应力则称之为矿山压力。

(2)矿山压力来源

矿山压力主要受到两种力的作用。第一种就是因为地下岩体在自重力的作用之下产生的应力,称之为自重应力。其一般在地面之下,其承受的压力大小主要受到岩层体块的埋藏的具体深度、自身重力在共同作用下产生影响。往往越深其自重越大,矿山的压力则越大,具有正相关的相互影响。而第二种就是在底壳构造的运动下,造成岩体内部的应力,其称之为构造应力。此种应力是基于水平应力为主,不同的大小、方向会产生不同的效果。

(3)膨胀应力

膨胀应力则就是在地下岩体受到水、温度变化等因素的作用之下而造成的岩体膨胀,造成气体压力受到变化而产生的一种应力。此种应力的产生条件非常严格,出现的可能性相对较低,但是一旦出现就会产生严重的影响,必须对其进行系统分析。

(4)矿山压力表现形式

矿山压力主要有顶板下沉、支架变形、折损以及顶板破碎、出现大面积的冒落等表现。这些表现形式都是手段宏观的作用力的影响,是一种力学的表现形式。而在大的外力作用之下就会造成各种矿山压力问题,达到合理利用以及改善的目的。

2.影响采煤工作面矿山压力因素探讨

分析采煤工作面矿山压力因素有利于了解其内的规律以及发展的态势,对于合理预防各项安全隐患具有积极的作用以及价值。在进行煤矿开采作业中,要综合实际的状况进行系统的分析,了解影响采煤工作面矿山压力的主要因素,采取有效的应对措施,进而构建一个安全、高效的采煤作业环境。

(1)探讨影响采煤工作面矿山压力因素的作用

分析矿山压力,对其进行研究以及控制可以为采矿工程提供参考,充分的保障了采煤工程的整体稳定性,提高了整体的安全性。在采矿工程中会出现一些顶板事故隐患,这些问题对于采矿实际的操作来说,不仅会影响各项工作的稳定开展以及生产计划工作,对于工作人员来说也具有严重的危险。对此,要做好采煤工作面中容易出现的各种矿山压力因素的分析,合理的进行预防分析,这样不仅仅可以提高工作效率,实现经济效益最大化,还可以达到提升我国采煤技术的目的。

(2)影响采煤工作面矿山压力因素

在实际的生产中,各种因素都会给采煤工作面的矿山压力显现造成不同程度的影响,分析这些因素,采取有效的措施可以合理预防各种安全隐患,其常见的因素主要有以下几个:

①顶板岩层

顶板岩层主要包括了直接顶以及基本顶,其具体分析如下:

A.直接顶

a.定量分析直接顶

随着人们对直接顶的稳定性研究不断深入,综合各种因素对其进行分析,制定其对直接顶稳定性的定量衡量的标准,对直接顶的稳定性进行衡量,通过对直接顶的断码破碎度的衡量分析,分析直接顶的初次垮落步距以及其各项标准,通过对其进行系统分析,做好分类。

b.定性分析直接顶

分析采煤工作面的生产,无论直接顶是否完整都会影响工作的生产效率以及整体的安全性,基于其具体的状况采取有效的支护方式,可以提高安全性。在实际中对其进行重点维护。而综合实际状况进行分析,决定直接顶完整度,主要受到直接顶岩层的各个裂隙的具体情况、层理发育的实际特征情况的影响;也受到岩层的力学性质等因素的作用以及影响。

B.基本顶

基本顶是影响支护强度以及采空区处理方式的重要因素。基本顶自身的稳定性决定了直接顶的稳定性。而采高相同的状态之下,基本顶与煤层直接的距离是影响基本顶岩层对于工作面的具体显现。基本顶采高如果变小,则其与煤层直接的距离也会越来越远,在此种状态之下,基本顶在破断之后会产生的“结构”与其呈现缓慢的下沉状态的平衡可能性就会不断的升高。对此,在煤矿企业中进行工作面的矿压显现预测的时候都会根据基本顶距采煤层的具体距离的大小对其进行辅助性的预测处理。

②采高

随着工作面采高的不断增大,其覆岩层也会出现不同程度的损坏。常规状况下人们将采高的具体数值大小作为进行矿山压力大小的关键性因素。而在实际的生产过程中都会预留充足的采出空间,进行实地测量分析,而对于单一的煤层开采,采高一般状态下,则就会正比在冒落带以及裂隙带的总厚度。而其采高越大,在相同的位置中进行基本顶中的平衡性的难度也会不断的增加。在支承压力的作用之下,工作面中的煤壁片帮问题也会不断的增加。

③开采深度

其开采的深度会影响原岩应力数值,也会给工作面周边岩层中的实际支撑应力产生一定影响。而随着其开采深度不断的增加,在巷道四周也会出现显著的挤压问题。而通过大量的实地情况进行分析,发现在巷道开采到一定深度的时候必须对巷道进行调整。随着其开采深度的逐渐增加,支护支架承载实际中受到的压力则就会呈现逐步的增大状态,巷道围岩变形问题就会不断的增加。

④工作面推进速度

采掘的工作面在作业中的推进速度也会影响矿山压力。顶板下沉量受到时间的影响,二者具有函数关系。在进行工作面推进中,“老顶”、上覆岩层活动等一些运动都是导致工作面的顶板出现下沉的主要因素,而因为煤壁及冒落是主要的支撑点,其会受到上覆岩层活动的作用,产生一些微小的活动,随着时间的不断积累,就会导致工作面的顶板下沉量不断的增大。对此,要想有效的控制工作面顶板的下沉问题,就要合理的对工作面的推进速度进行控制。

⑤煤层倾角

煤层倾角主要就是反应煤层的赋存状况,煤层的倾角数值大小都会影响工作面的矿山压力,具有一定的规律性。一般状态下,随着煤层倾角的不断增加,其产生的顶板下沉量会不断的缩小。

⑥支护材料及顶板管理方法

支撑的强度主要受到支承力大小、支架的材质以及其方式的影响。采煤工作面的支护强度的大小是影响上层顶板的实际下沉的总量,其会产生大量的应力的作用。支架的质量和地下岩体在支持力的作用下的产生的作用力大小均有密切的关系。金属类型的支护其初撑力以及工作阻力均相对较小,支柱无法提供充足的支撑强度,导致矿井采面顶板的综合下沉量不断的增加,如果应用单体支护进行处理,就会降低顶板的下沉量。而为了降低其对地下岩层压力产生的影响,则要合理的进行金属摩擦支护压力的控制,减少初撑力以及工作阻力,使得单体支护可以达到控制顶板下沉量的目的,进而提高煤矿开采作业的稳定性,提升安全性。