孤岛煤柱冲危险性分析及开采技术
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摘 要：矿井在生产过程中，常常留下采区上下山孤岛煤柱，且煤柱内残留巷道往往是纵横交错。本文首先对孤岛煤柱冲击地压危险性进行了详细的分析，然后简要谈谈东欢坨矿2286工作面开采技术。
关键词：孤岛煤柱 冲击地压 开采技术
中图分类号：TD32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（a）-0101-01
随着煤矿开采深度的增加，煤矿各种“孤岛”采场中，有大量的全部区段回采结束后留下的采区煤柱类“孤岛”采场。做好孤岛煤柱的开采工作，对提高矿井煤炭资源回采率、延长矿井服务年限、提高矿井经济效益和社会效益，具有深远的现实意义。
1 孤岛煤柱冲击地压危险性分析
孤岛煤柱高应力导致的冲击地压的灾害性破坏越来越严重，怎样解决这一问题，成为现今孤岛煤柱开采的重要话题。进行孤岛煤柱的安全开采，能够有效释放下层煤层所形成的高应力或聚集高能量，对下层煤层的安全回采起到卸压或释放能量的作用，能够保证煤柱开采的安全性，并有效利用资源，避免资源的浪费。上层煤层的安全回采工作，对下层煤层的安全回采工作有着重要的影响，所以，对孤岛煤柱冲击地压危险性的评价显得极为迫切。
孤岛煤柱承受着来自顶板的压应力。在坚硬顶底板的夹持作用下，煤岩系统承受较高应力和积聚大量能量，使得煤柱处于高应力状态。脆性材料的煤岩体的显著特点是非均质性、弹脆塑性、各向异性和不连续性。然而，当煤岩系统之间因受到极限压应力而在弱面、层理间产生的推力仍然小于其阻力时，系统就会呈现出“压坏”的状态而不是由于滑移而产生的失稳破坏，即所说的脆性破坏。随着孤岛工作面的安全推采，煤柱宽度不断减小，煤柱所承受的支承压力因相互叠加而造成应力的进一步升高，煤柱逐步进入高应力区域甚至是极限应力区。如果煤岩系统相互衔接比较充分（即煤岩层弱面等节理间相互摩擦比较大），煤岩体系统承受的极限应力超过脆性介质的临界强度时，系统发生脆性破坏，即压跨型冲击地压。
由于孤岛面的周边采空，煤壁边缘处于自由面状态，边界条件限制较少。当顶板压力增大时，由压应力所产生的推力大于煤岩弱面间的阻力时，煤岩体就会沿弱面（裂隙）发生滑移。也就是说，煤岩系统处于一个应力集中和能量积聚的过程中，系统还没有来得及发生脆性破坏时，已经满足了发生滑移破坏的条件。在滑移过程中，滑移面上的剪应力不断出现急剧增大或减小，造成煤岩之间接触面的性质发生变化。比如，接触面间的粗糙度减小就会造成摩擦系数的降低，摩擦系数的降低又导致摩擦阻力的降低，阻力的降低又会加速滑移的速度，煤岩体内积聚的大量弹性能在弱面（裂隙）处以瞬时动能的形式得到释放，瞬时动能又加速了滑移速度。煤岩体层理间的滑移造成系统的失稳，系统的失稳又导致煤岩体的加速滑移，彼此的相互促使又催生了滑移形式的冲击地压发生。这种冲击地压发生过程实质就是煤岩地层受力过程中瞬间滑移过程，用摩擦滑动理论解释即粘滑过程。这种类型的冲击地压往往发生在具有较大水平构造应力地带，如断层、煤层变薄地带。根据煤岩系统发生脆性破坏的时间来分析，初步判定在此类力学条件下，发生滑移破坏的时间应该比发生脆性破坏的时间要更快。由于虎克体承受的压力是逐渐升高的，滑移破坏比脆性破坏更早。因为煤岩系统弱面的存在决定了孤岛煤柱在某一不可能较大压应力作用的条件下即发生滑移破坏，即系统发生冲击破坏的时间性比脆性破坏时间提前，而虎克体承受压应力能力又延迟了系统发生破坏（脆性破坏或滑移破坏）的时间，故孤岛煤柱发生冲击破坏的时间早于脆性破坏时间点。
根据以上两类破坏条件及破坏时间分析，可以发现脆性破坏和滑移破坏之间还存在着脆性破坏和滑移破坏同时发生的特殊破坏。对于孤岛煤柱来说，无论是脆性破坏、滑移破坏还是特殊破坏，都是发生在高应力集中区域和大量能量积聚区域，其破坏性的发生都会引起灾难性后果。
2 东欢坨矿2286工作面开采技术
综采工作面一般要求保持工作面等长和有较大的推进长度，以避免回采过程中支架、输送机装拆、搬运和工作面的频繁搬家。一些开采时间较长或地质条件较复杂的矿井，随着开采强度和年限的增加，满足综采工作面布置要求的储量逐渐减少甚至枯竭，遗留的不规则块段和煤柱的储量较多。
开滦东欢坨矿2286工作面风道采用架棚支护，巷道规格29U14.0 m2，运道架棚支护，巷道规格29U14.0 m2，切眼采用液压支架进行支护，支架型号ZY9200-20/42、ZYG9200-22/46、ZY9200-22/46，泄水巷采用架棚支护（局部采用锚网支护），巷道规格29U14.0 m2。
采用走向长壁后退式综合机械化采煤法，顶板管理采用自然垮落法，沿底回采，一次采全高。工作面采用MG650/1515-WD型电牵引采煤机，ZY9200-22/46、ZY9200-20/42、ZYG9200-22/46型液压支架及SGZ960/1050型中双链刮板输送机完成煤的“破、装、运、支、处”。采用MG650/1515-WD型电牵引采煤机割煤，前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，通过滚筒的螺旋叶片配合铲煤板装煤，每刀进尺800 mm，进刀方式为端部割三角煤斜切进刀，往返一次割两刀。机组割煤过后，支架工要及时伸出伸缩梁护顶放下护帮板护帮，防止劈冒，必要时可进行护帮板二次护顶。支架为邻架操作，由上组支架控制下组支架（机尾末组支架除外），割煤后，沿割煤方向及时采取追机移架，移架距采煤机后滚筒4～6架，若移架速度赶不上采煤机运行时可采取插花移架，但如果顶板破碎，必须停机移架或拉超前架，以控制顶板。移架到位及时将支架升至额定初撑力后（保持操纵阀升位且大柱不再上升3 s后），手把复位，如顶板破碎时，应超前移架。刮板输送机弯曲长度不得小于16 m，操作时，支架工要相互配合，将刮板输送机顶向煤壁，正常情况下移刮板输送机步距不得小于800 mm，保证把刮板输送机顶直。
根据煤层厚度及ZY9200-22/46型液压支架高度与MG650/1515-WD型采煤机机采高度，确定工作面平均采高为3.9 m，最小采高不低于2.4 m，最大采高不超过4.4 m（端头支架和过渡支架高度不能超过4.2 m），煤薄时适当降低采高。
参考文献
[1] 李玉龙，陈科.冲击地压的产生机理及防治措施[J].山东煤炭科技，2009（2）.
[2] 张景立.衰老矿井边角煤柱工作面开采技术应用[J].中州煤炭，2009（11）.