局部煤柱下安全采煤的技术分析

【摘要】煤矿生产为我国的经济建设提供了重要的基础能源，尤其对于我国工业化的发展有着巨大的推动作用。然而，煤矿开采生产本身具有着一定的危险性，井下作业环境十分恶劣，并且存在着许多安全隐患，确保煤矿生产的安全性具有着重要的意义。局部煤柱下的开采作业具有着一定的复杂性与危险性，要实现局部煤柱下的安全开采，结合不同煤柱所在区域的特点，对相应的安全采煤技术进行分析研究，具有着极大的必要性。

【关键词】局部煤柱；安全采煤；技术分析

煤炭资源是世界三大主要能源之一，同时也是工业尤其是重工业发展所不可或缺的重要能源，煤炭资源的开采与人们的生活有着紧密的联系，直到目前煤炭仍是我国大部分地区供暖的主要燃料资源。随着我国工业领域的快速发展，对于煤炭资源的需求量也逐年增加，这些都对煤矿开采提出了新的要求，在这样的形势下，加强局部煤柱下安全采煤技术的分析，提高煤矿开采效率与安全性，对于煤矿企业的长期稳定发展有着重要的意义。

一、煤柱集中应力的形成

局部煤柱的产生在煤矿生产过程中是不可避免的，在局部煤柱的区域范围下的开采作业往往具有着一定危险性，同时局部煤柱由于开采作业的影响，其受到的应力作用也会发生改变，形成集中应力，集中应力的形成与长期作用，也是煤柱下开采必须要加以注意的重要因素。我国煤炭资源储量大分布面积较广，不同煤矿分布区域在地形地貌、气候环境、地质条件等方面也有着一定的差异性，这也使不同区域煤矿所形成的煤柱在位置、形状、尺寸等方面也有所不同，其中地形条件对煤柱影响最大，不同煤柱所受到的集中应力的形成条件与作用的程度也有所差异。

目前较为常见的煤柱根据采空区位置分布的不同主要分为下面几种类型：（1）一侧为采空区的煤柱；（2）两侧为采空区域的煤柱；（3）三侧均为采空区的煤柱；（4）孤岛式煤柱。随着煤炭在采空区的不断冒落，煤层上方的岩石结构的大部分重量，加上开采作业推进过程中所形成的支承压力都会集中作用在煤柱上，这也就形成了煤柱集中应力。在煤柱集中应力的作用下，对底板岩层所产生的静压力会逐渐增加，并且在煤矿开采不断推进的过程中，静压力还会逐渐转变为动压，也使围岩应力重新分布，当集中应力达到一定程度时便有可能对煤矿开采的安全造成威胁。

二、煤柱下采煤矿压的显现规律

1、煤柱下开采作业过程中要承受的压力，不仅包括煤柱上层岩石的附加压力、还包括煤柱自身的集中应力，并且在开采施工的过程中，还要受到开采前压力的作用影响，当三方面压力的复合叠加、共同作用时，也会导致煤柱下开采作业的难度极大的增加。

2、对于宽度超过60米的煤柱，在其下进行开采时，当开采工作面推进30米后，煤柱集中应力呈现出逐渐减弱的趋势，而开采工作面离开煤柱30米之前，煤柱集中应力又会呈现出逐渐增强的特点，结合这一规律，应该在开采过程中做好相应的支护工作，防止出现垮塌、下沉等安全事故，影响煤柱下开采的安全性与效率。

3、当煤柱位置处于煤层的裂隙带范围内时，在开采过程中很容易出现煤柱和上覆岩石同时出现裂缝的现象，上覆岩石在裂缝出现的过程中还可能会伴随着一定程度的下沉，使煤柱集中应力作用增加，影响矿洞整体结构的稳定性，甚至可能导致支撑结构被破坏或发生垮塌。岩石裂缝也会随开采范围的扩大而发展。

4、煤柱的种类非常多，随着煤柱集中应力范围的缩小，工作面开采的压力也会随之降低，应力和压力同时作用下开采的程度有三种，包括：弱强弱、弱强弱强弱以及弱强强弱。

5、通过对集中应力在底板岩层重扩散规律的分析与研究，发现煤柱类型的差异，以及应力集中程度的区别，也会对煤柱应力影响的扩散角产生不同的影响，部分煤柱应力扩散角相对较小，部分煤柱应力扩散角较大，具体扩散角的大小由实际的煤柱类型与应力集中程度决定，这也是安全采煤技术应用的重要参考依据。

6、煤柱下采煤矿压还会受到地形地质因素的影响，例如工作面断层、向斜背斜构造、裂隙发育程度的地质条件都会对煤柱集中应力的扩散与传递特征造成一定的影响，这也致使煤柱集中应力的矿压显现具有着一定的区段性规律特征，而并非全面性，同时集中应力的影响程度也会随着实际地质结构条件的不同而有所区别。

7、周期来压与集中应力的显现相互影响，相互促进。周期来压能够促使集中应力显现得到进一步的增强，而反之集中应力的影响作用又能够使来压正常的周期步距减少。在这一相互影响的过程中，如果在应力集中较高范围内，遇到周期来压时，将会促使集中应力的显现进一步加剧；而在应力集中原本相对较小的范围内，周期来压过程中也可能会引起集中应力增强，但发生几率极低，目前暂未出现此种情况。

8、在对煤柱下采煤矿压的观测过程中，通常较大动压响声的出现，都表示煤壁直接顶可能已出现不同程度的裂缝，在开采推进的过程中，极有可能在经过裂缝位置时出现机道冒顶问题，影响开采的安全，因此要注意对较大动压响声的监测与分析。

三、局部煤柱下安全采煤技术探究

1、合理设置柱距，确保支护强度满足安全采煤要求

在局部煤柱下开采的过程中，很多因素都有可能对开采安全造成影响，其中煤柱间距离的控制就是影响开采安全的一项重要因素，如煤柱间距离过大将有可能导致煤柱集中应力作用影响加剧，导致煤柱支护强度不足，产生安全隐患，煤柱间距过小，则会使煤矿开采量下降，不利于煤矿开采的效益实现，对煤柱间距的合理控制是局部煤柱下安全开采技术的重要内容。经过实际开采作业中总结的经验与对大量数据的分析，得出当煤柱间距控制在0.37米时煤柱密度能够满足柱下开采安全作业的要求。此外，如采取将煤柱间距设置在0.7米并在柱间加设π型钢梁，也能够达到有效的支护强度，以满足煤柱下安全采煤作业的要求。在钢梁的架设过程中，为实现良好的支护效果，往往还需要与贴帮柱结合运用，其具体设置方法为一梁二柱，通过这样的结构组合使用，来有效加强矿洞支护的强度，为开采生产的安全提供保障。

2、留顶煤开采技术

在局部煤柱下开采的过程中，留顶煤开采技术的应用也能够很好的提高煤矿开采的安全性，并提升煤矿开采生产的整体效益。在许多煤柱下采煤作业的过程中都存在着直接顶质量指数较低，易发生破碎，导致机道冒顶问题的情况，这也是影响煤柱下采煤作业安全的重要因素之一。留顶煤开采技术的运用，主要是利用顶煤的良好塑性，使支架与顶板间形成一定的缓冲区域，充分发挥其缓冲作用，以此来弥补直接顶在受到集中应力作用时容易破碎的缺陷，并通过其粘结煤壁作用的发挥，有效防止煤壁片帮问题的发生。

3、加强切顶线抬棚的使用质量

抬棚在工作面中具有良好的支护作用，要想加强切顶线抬棚的使用质量，工作人员就要将抬棚规定的50kN提高至90kN，一方面可以有效提高支护强度，另一方面还能减少顶板的沉降问题，进而减少机道顶板发生剪切破坏。

总结：安全开采是煤矿生产过程中的重中之重，通过煤柱集中应力与矿压显现规律的分析，采取合理有效的安全采煤技术，对于提高煤矿开采的安全性与可靠性有着重要的意义。现代煤矿开采技术的不断发展，机械化开采设备的应用也越来越普遍，要充分实现煤矿的安全开采，还应该加强对国内外先进开采技术的关注与研究，加强业内技术交流，引进国际先进的开采技术与理念，完善开采技术，提升安全采煤能力水平，为煤矿安全生产提供有力的保障。

参考文献：

[1] 王华东.煤柱下安全采煤的技术应用[J].科技与企业，2011（08）：240.

[2] 赵苑凯.水体下煤矿安全采煤技术的发展及展望[J].科技创业家，2013（16）：82.