综放开采煤层倾角对周期来压特征的影响

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摘 要：虽然几年来新能源得到了快速发展，但是我国煤炭资源仍然是其中的“领跑者”，因而对于煤炭的开采一直是工业重点。在煤炭的开采过程中，煤层开采技术对于煤炭资源来说至关重要。本文将通过理论分析和现场实测两种途径，就煤层开采中的综放开采煤层倾角对周期来压特征的影响规律进行探析。

关键词：综放开采；煤层倾角；周期来压；特征影响

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.065

0 引言

关于周期来压规律的说法存在着很多种，像最早的有压力拱假说和悬臂梁假说。随着我国煤矿开采装备的进步和煤层开采技术的发展，有关的矿山压力规律的说法得到了进一步发展，像铰接岩块假说和岩体预成裂隙假说以及后来的砌体梁力学模型。可以说，周期来压规律有效地推动了我国煤矿矿压的研究。当前，大部分的研究都是关于开采速度、顶板岩性和顶板管理方法对周期来压特征的影响，然而，有关于煤层倾角的变化对于周期来压特征的影响分析却少之又少。因此，在对煤层周期来压特征的分析和研究过程中，可以通过对综放开采煤层倾角进行理论和实践相结合的方法，论述综放开采煤层倾角对周期来压特征的影响。

1 理论分析综放开采煤层倾角对周期来压特征的影响

一般来说，煤层的整体地质构造会较为复杂，顶板岩的属性是中硬性质的岩石层，地质的构造较为简单而且没有断层的分布，煤层的存量和分布也较为稳定。以下，通过综放开采技术，选择一个煤层的截面进行理论分析：

在煤层初次来压之后，周期来压阶段在煤层开采上方的基本顶会形成一定的倾斜角，无论是仰斜开采还是俯斜开采，倾斜角都是客观存在的。可以将煤层开采上方的基本顶和下方的基本顶之间的弯曲距离作为弯矩（可以设为m），其中两基本顶的直线距离则为基本顶的厚度（可以设为h），将煤层下方的基本顶和上方基本顶之间相等的距离作为周期来压的步距（可以设为l）。而且，在煤层上方的基本顶中会有作用于岩梁上的均布载荷（可以设为q），在煤层的支撑端会有层向的压力或者拉力（可以设为t）。那么周期来压时的支撑力大小则等于倾斜角的余弦函数与周期来压步距离（l）、均布载荷（q）之间的乘积。

当支撑岩梁上表面的拉应力达到或者超出顶板的抗拉强度时，煤层基本顶上的顶板则会出现断裂。如果煤层的倾角角度逐步增大而周期来压步距的数值变小时，那么相应地，由于煤层倾斜角在产生变化的过程中，周期来压的步距数值也会发生变化[1]。根据上述的周期来压支撑力大小的计算方法，煤层倾斜角角度增大的话那么周期来压的来压峰值也会相应增大。

2 现场实测综放开采煤层倾角对周期来压特征的影响

为了更好地反映出综放开采煤层整个工作面的矿压所呈现规律的实际情况，在综放工作面内每间隔一定的距离位置可以设置一个矿压检测站，并且通过矿压检测站中的支架作为观测线，这样有利于更好地对煤层开采进行分析和研究。以下，将通过山西大同煤矿的一个矿点作为现场实测对象，对周期来压特征的影响进行分析：

首先，在煤矿现场布置液压支架，选择其中的一部分液压支架，在其中设置观测线，并且所选择的每条观测线液压支架要注意设置直读式的压力表和数码连续记录压力计，对于液压支架的前排和后排立柱上装设有对循环压力变化的监测仪器。

其次，对于综放开采煤矿工作面的基本顶的状况、煤壁片帮、选择的综放工作面的积水状况进行仔细观测，从而对于整个的综放工作面中的不同位置以及其中的矿压显现规律有更加清楚直接的认识[2]。

第三，对于综放煤层倾角进行实测数据整理。注意对对于煤层倾角、煤层的厚度、煤层的地质结构、控顶距以及基本顶顶板的岩性数据进行记录。在整个的现场实测数据处理过程中，发现除了煤层倾角之外，其他的影响因素包括来压步距、来压峰值并没有出现较大的变化。将观测站中选取有代表性的几组煤层倾角进行整理，用于研究周期来压步距和周期来压峰值和煤层倾角之间的关系。

第四，对于综放煤层倾角进行实测数据分析。将上述观测站中的实测数据将周期来压步距、周期来压峰值、煤层倾角之间运用数学表达式分析。

一方面，是煤层倾角运用周期来压步距规律的函数分析。可以将上述对应的来压步距进行最小二乘线性拟合，可以将煤层的倾角作为自变量，来压步距作为可变量[3]。有结果资料分析表示，随着煤层的倾角之间的角度变大时，周期来压步距有呈现递减的趋势。当煤层的倾角在-15～-7之间时，来压步距变化速率较快；当煤层的倾角在-7～7之间时，来压步距变化的速率较小；的那个煤层的倾角在7～15之间时，来压步距变化的速率会再次加快。

另一方面，对于煤层倾角和来压峰值规律进行函数分析。有数据结果分析显示，随着煤层的倾角之间的角度变大时，周期来压峰值会呈现递增的趋势。当煤层的倾角在-15～-8之间时，来压峰值的变化会较快；当煤层的倾角在-8～8之间时，来压峰值的变化速率较小；当煤层的倾角在8～15之间时，来压峰值的变化速率会再次加快。

在得出上述结论之后，需要对煤层倾角的影响系数进行确定。当然，煤层倾角的影响系数不仅包括对于来压步距的影响系数，还包括对来压峰值的影响系数[4]。所以说，在对煤层倾角的影响分析时，要从双方面对煤层倾角影响系数进行确定。

参考文献：

[1]题正义，秦洪岩，陈明元.综放开采煤层倾角对周期来压特征的影响[J].中国矿业大学学报，2015（05）：817-822.

[2]蔡瑞春.大倾角煤层开采矿压特征及围岩控制技术研究[D].安徽理工大学，2009.

[3]王旭杰.大倾角特厚煤层综放开采区段煤柱合理尺寸优化与研究[D].太原理工大学，2013.

[4]王红伟.大倾角煤层开采覆岩结构特征分析[D].西安科技大学，2010.