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矿井工作面顶板透水安全控制技术研究

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：甘世举1 张勇2 张花3

[导读] 摘要：随着社会的快速发展与进步，我国煤矿行业开采煤炭量也随之日益增加，安全生产常态化问题是管理技术人员需考虑的关键因素。

        榆林市榆神煤炭建筑设计有限公司陕西719000
        摘要：随着社会的快速发展与进步，我国煤矿行业开采煤炭量也随之日益增加，安全生产常态化问题是管理技术人员需考虑的关键因素。矿井容易受到地下水自然灾害的影响，如果发生透水事故将对整个矿井以及煤矿企业都是灾难性的破坏。如果单一的依靠安全设备对矿井透水现象进行防治是不现实的，应从根本上掌握矿井透水的基本机理。矿井工作面顶板是容易发生坍塌脱落的部位，如果能研究出顶板透水机理及安全防治措施，将大大的提升矿井的安全管理水平。根据矿井最危险的顶板透水机理，对控制顶板透水的安全技术措施进行研究，通过数值模拟分析的方法，对顶板透水破坏特征以及水文运动现象规律进行了计算研究。试验研究结果可被煤矿行业的其他企业所采用，研究出更先进的工作面顶板透水安全控制技术。
        关键词：顶板事故；透水分析；防治措施
        引言
        在我国经济建设的快速发展中，煤炭是非常重要的基础能源，影响着我国的经济发展，而矿井建设是煤矿开采的基础，所以我国要高度重视矿井建设项目。矿井建设项目一般来说包涵的部门很多，需要严格管理项目各个环节的所有工作，这样可以保证我国矿井建设项目的稳定安全进行，保证矿井建设项目保质保量的进行。
        1概述
        广泛的机械化采区在现代煤矿生产中非常普遍。开采机械化的应用，提高了煤矿开采的生产速度，同时也增加了煤炭行业的收入。回采工作面是井下最重要的作业区，随着工作面的推进从而造成悬顶。这就是为什么煤层顶板的裸露面随着工作面的扩大而扩大的原因。根据顶板岩性、厚度、煤层顶板变形特征和岩层坍塌难易程度，煤层顶板可分为三种类型：伪顶、直接顶板和基本顶板，最严重的是与岩石结构顶板有关的安全问题，即顶板意外垮落造成的人员损失、设备损坏、生产中断等事故。对于煤矿现代化经营，首先要分析和认识冒顶的原因，加强对煤矿顶板的管理，保护生产人员的生命安全和矿井生产安全，以促进生产现代化，我们应该尽可能减少事故发生的可能性，或者完全限制冒顶隐患的发生。
        2煤层围岩特性
        为了精准的得出对于工作面顶板透水安全控制技术，应掌握顶板所处的煤层地质特性。以榆林煤矿为研究对象，工作面顶板的煤炭呈零星分布状态，整体块料大小一般不大于0.8m，煤炭快料周围附裹着泥岩。通过技术分析得知，顶板的岩石组成主要以泥岩和砂岩为主，整体的强度均不高，但是具有一定形变的塑性。
        顶板的岩体特性具有几何特性，呈一定几何状态在顶板进行分布，相比于其他方位的岩层具有更厚的厚度。当整体地层下沉的时候，顶部的岩层与其他局部岩层的形变下沉具有统一协调性。此外，顶板作为关键层的时候，如果发生断裂就会造成大范围的地质移动，造成此处的应力集中，该类现象可以通过对关键层作为理想化的“板”进行分析考虑，由于关键层是全部岩层的承载主体，在发生断裂过后，就形成了砌体梁结构，同样可以作为承载主体继续发挥支撑作用。
        3顶板裂隙透水发育规律
        工作面顶板的上部主要可分为三带，分别为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。三带在不同地层应力作用下会发生不同的变形形态。通过对三带裂隙透水的规律进行研究，可以指导顶板透水安全控制技术的研究。顶板在地层应力作用下会逐步产生微小裂纹，裂纹两边的地层带发生相互滑移就会形成裂隙。
        第I带：冒落带。采空区上方岩层失去支撑，产生裂隙和断裂，呈无规则冒落。其高度用h1表示。
        第Ⅱ带：裂隙带。冒落带上覆岩层在重力作用下剧烈向下移动，在层理、节理等岩层结合力薄弱部位，产生较大的层间滑动和断裂，形成裂隙带。裂隙带高度以h2表示。
        第Ⅲ带：弯曲下沉带。它是由裂隙带上方岩层组成。由于裂隙带以下岩层冒落导致上方岩层下沉。当下方岩层冒落与上方岩层下沉二者达到平衡时，岩层移动即全部结束。

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        4安全控制技术措施
        4.1事故前应采取的预防措施
        针对引发事故的原因，需提前采取以下预防措施：
        （1）加强顶板支护。特别是遇到断层等构造造成顶板破碎的地段，更要加强工作面顶板支护。
        （2）消除水的影响。采煤工作面要尽量保持正常回采，预防应力集中并长时间作用而造成导水缝带高度和范围不断增大、导通上覆含水层，可考虑提前对含水层进行注浆封堵。
        4.2液压支架的选择
        液压支架是综采中的重要设备。为保证开采安全，选择合适的液压支架，充分解决综采设备的各种影响，是十分必要的。
        4.2.1支架型号选择
        液压支架的选择应保证支架的初始强度和支撑力。一般来说，必须使用两种方法来测量和选择液压支架的吨位。（1）岩重法。支架的吨位是通过定期评估岩石层的重量和碎石层产生的荷载来确定的。（2）实用测量方法。在类似的工作台上进行试验，液压支架的吨位由液压支架的测量值确定。实际测量后，应确定所选支架，然后进行校正，以确保吨位的合理性。选择吨位时，应降低顶板。
        4.2.2支架高度的选择
        选择液压支撑件的高度需要根据工作表面的实际高度和可变幅度来确定顶板。除了选择介质的最大和最小高度外，还必须考虑介质的操作高度。
        4.2.3支架结构的选择
        支护结构的选择是考虑到具体的结构要求，适应煤层储存和对设备的相应要求。（1）保证断面通风，支护后要保证有足够的空气。如果在实际使用情况下无法调整框架类型，则必须降低剪切机的碳切割速度。（2）基本压力。选择支架时，基本压力应低于底板的特定压力，以确保：液压支架不落入煤层底部。如果基础面积较小，有时会减小，因此在使用过程中必须增加基础表面。（3）防滑护壁的效果。液压支架具有良好的稳定性，可以保证支架的正常使用。在大煤层倾斜或地质构造复杂的情况下，有必要对卸荷滑动支护问题进行研究。在煤矿夜间护壁的情况下，必须确保人员和设备的安全，并确保护壁结构不会影响采煤机。
        4.3营造安全管理氛围
        我国煤矿企业要重视安全管理，这是煤矿企业良好发展的关键因素，可以提高企业之间的竞争力。在进行矿井建设项目的施工过程中，管理人员要高度重视安全管理，主动营造良好的安全氛围，始终牢记安全第一。同时，还要加强工作人员的思想教育工作，使员工意识到安全生产的重要性，积极进行安全生产，及时消除安全隐患，防止在煤矿施工过程中发生安全事故，每一个员工都要有安全生产的意识和责任，这样可以提高员工的安全思想素质，保证矿井建设项目顺序进行。
        结语
        面对采煤工作面顶板透水事故频发的现象，为保障安全生产常态化进行，采用了数值模拟分析的方法对矿井顶板有无安全技术措施的防治顶板透水应用效果进行对比分析。试验结果表明，根据现场实际情况设计出的安全技术措施能够有效的保障工作面顶板的安全性。煤矿行业可根据此研究结果作为研究顶板控制透水安全技术措施的研究方向。
        参考文献：
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