论煤矿开采中的动压现象及其控制

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【摘 要】煤矿动压现象是指煤矿井下进行开采过程中，积聚大量弹性能的煤、岩体在高应力状态下突然冒落或抛出，释放巨大的能量，产生声响、震动、气浪等显著的动力效应。文章对煤矿动压现象的几种类型及其成因进行了分析，提出了动压现象的预防与控制措施，并进行了举例分析，最后针对支护技术提出了几点建议。

【关键词】采煤；工作面；顶板；压力；分析与处理

1 煤矿动压现象的几种类型及其成因

煤矿回采工作面和采区巷道顶板压力主要分为静压现象和动压现象两种类型，本文主要探讨的是动压现象。综合成因、表现形式及形成机理几个方面可以将煤矿的动压分为冲击矿压、煤及瓦斯突然喷出和顶板大面积来压三类。

（1）冲击矿压是指在高应力作用下煤或岩体聚集了大量的弹性变形能，采掘工程接近该处时，由于部分岩体接近极限平衡状态，再加之爆破等诱发因素，导致力学系统的平衡突然的破坏，瞬时发生煤岩体脆性破坏，突然释放积聚的弹性变形能，产生声响、冲击波，大量煤或岩块等被抛出的动压现象。

（2）煤和瓦斯突然喷出是由于高应力作用下积聚能量和富含瓦斯的承压作用的结果，当开采工作接近时，由于各种诱发因素的作用，致使弹性变形能和承压瓦斯的释放，形成煤和瓦斯的喷出。

（3）顶板的大面积来压是指当顶板下部的暴露面积由于煤体的采空达到一定限度时，在自重的作用下，弯曲应力超过极限应力导致顶板裂缝延伸到贯穿该岩层时，产生的顶板大面积突然塌落的现象。顶板垮落时由于瞬间已采空间气体被排出产生的“暴风”、自重的冲击力和部分顶板弯曲变形聚集的弹性变形能的释放的综合作用，往往发生岩体破坏和巨大声响等矿压现象。

2 煤矿动压现象的预防与控制措施

2.1 科学准确地观测采煤工作面顶板、巷道压力值范围

前期的观测工作非常重要，做好了前期观测工作，变为有效处理采煤工作面顶板压力问题提供的工作方向和数据支持。首先，认真准备前期观测各项要求。根据煤矿的地质特征、地理位置来明确顶板压力的观测位置，保证观测项目收集信息具有典型性和代表性；观测之前进行必要的动员，让观测人员明确该次观测工作所采取的手段、需要达到的目的，尤其是需要强调观测的重要意义，提高观测人员的责任心，如果需要，还应该对观测人员进行必要的培训，熟悉工作流程，掌握设备操作要领；清点所需设备是否齐全，并对设备的完好性进行检查，确保工作设备工作正常。其次，高度重视观测资料的收集和整理工作。在观测过程中，需要高度重视观测资料完整性和真实性的重要价值。这些观测资料和观测数据能够帮助有关人员全面科学地了解采煤工作面顶板压力的最新动态。因此，在资料的收集整理方面必须要认真细致，每一天完成的资料均需要及时的分析汇总，一旦发现问题及时处理，在顶板来压的预报方面也要及时准确，切实保证采煤工作面的安全生产。最后，抓好观测工作的总结。观测工作结束以后，要对全部观测数据进行分项整理和分析，提出对观测工作面矿山压力规律的认识，据此提出改进工作面顶板管理的工作面支护的措施等，最后写好观测报告。

2.2 做好顶板来压预报工作

首先，利用顶板下沉速度的变化特点进行来压预报，这要求随时观测顶板下沉速度的变化。工作面无工序时，顶板下沉速度达到某一数值就可发出顶板来压预报。一般顶板来压时的顶板下沉速度可能比平时大数倍或十几倍。其次，利用工作面前方顶板反弹现象进行顶板来压预报。在回采工作面上下顺槽或中间平巷内距工作面一定距离设置顶板下沉观测点，随时进行观测，当老顶断裂时，巷道顶板出现较小的上升现象。巷道内出现反弹后在一定时间内，工作面顶板必然出现来压现象。再次，因为工作面顶板来压时的顶板下沉量要比平时大得多，所以利用回采工作面顶板下沉量来预报顶板来压。最后，利用回采工作面其它矿山压力显现作为顶板来压预报的参考指标。如顶板的破碎度变化、煤壁片帮程度、支架受力大小、顶板断裂的响声及采煤机割煤时的煤尘大小等。

2.3 做好瓦斯抽放工作

瓦斯抽放工作是治理瓦斯的基础工作，必须按照国家的要求先抽后采，抽采结合，抽采达标的要求进行瓦斯抽放工作。只有从根本上将瓦斯体积分数降低，才能有效地控制煤和瓦斯突出这种动压显现现象，确保煤矿安全生产。

3 动压控制举例

某矿综掘段施工的-500 十层右开切眼，由于靠近边界F4 大断层，巷道掘进过程中顶板动压明显。切眼设计长度200 mm，现已施工120m，全煤工作面，煤层厚度2.8～3.2m，巷宽4.2m，巷道倾角10～15°，全煤综掘机施工。巷道支护采用锚网索带联合支护，顶板采用准18 mm×2.7 m 螺纹钢锚杆配W 型钢带及金属网、锚索联合支护。锚杆布置形式，五排矩形布置，间距×排距800mm×1000mm，锚索线为准16.5 m×7.0 m 钢角线，W 型钢带采用宽260mm、厚30 mm 钢带制成，护帮采用准16 m×1.6 m 树脂锚杆配准12mm 金属网联合支护，锚杆间距×排距=1000m×1000m，四排矩形布置。随着掘进机向前施工及时打设顶帮支护，距工作面迎头往后3m 远开始出现顶板缓慢下沉，顶板锚杆、锚索铁托盘发生严重变形，个别锚索被拉断，顶板最大下沉量在一个月内高度缩小300～520mm，顶板经常出现巨大的岩层断裂的声响，工作面的煤体经常随着掘进机的割煤，煤体抛出200～300mm 远，这种深部地层，断层破碎带周围岩体中出现的冲击地压严重危及工作面安全生产。针对这种情况，该矿采用了局部加打工字钢单体棚子，打设密集圆木点柱联合支护方式加以控制，有效地控制了动压影响。

4 关于煤矿支护的几点建议

下面结合安徽一些煤矿的实际情况给出一个工作面、巷道支护方式选择实例：

支护强度验算：P=8hγ×g

式中：P―工作面上覆8倍采高岩石所需支护强度；

γ―上覆岩层平均容重；

h―工作面采高；

g―重力换算单位。

4.1 顶板支护：锚索+锚杆+钢筋托梁+金属网联合支护

锚杆布置：锚杆间距900mm，排距850mm，每排7根，切眼两侧巷帮顶锚杆距帮400mm，安设角度向外与垂直方向成20°角，其余与顶板垂直布置 ，采用钢筋托梁和托板固定。锚杆为Φ20×2400mm，杆尾螺纹M22；托板为钟型加球垫，规格为120×120×8mm；钢筋托梁为Φ14的钢筋焊接，规格60×3100mm，两端安设锚杆位置各焊两根加强纵筋。锚杆固定采用树脂加长锚固，锚固剂型号K2335/Z2360，一支快速一支中速，锚固长度1200mm。

锚索布置：锚索规格Φ15.24×8500mm，采用梅花形布置。布置方式为三、二式，一排三根（配合250×250×16mm的钢托板和长250mm的14#槽钢梁），一排二根交错布置，间距1800mm，排距850mm，每隔一排打一排锚索，达到排距要求后应及时进行打注，严禁滞后。锚固方式为端头锚固，锚固剂型号K2335/Z2360，一支快速，两支中速，锚固长度为1500 mm。

顶部金属网：采用12#铁丝编制而成的3300mm×1000mm的菱形金属网（网孔为50×50 mm）。

4.2 巷帮支护

锚杆布置：锚杆间距800mm，排距850mm，每排3根，巷帮两侧最上端锚杆距顶400mm，安设角度向上与水平方向成20°角，其余与巷帮垂直布置 ，采用钢筋托梁和托板固定。工作面侧锚杆为Φ16×1800mm玻璃钢锚杆，杆尾螺纹M16；老空侧锚杆为Φ18×1800mm普通圆钢锚杆，杆尾螺纹M18；托板为钟型加球垫，规格为120×120×8mm；钢筋托梁为Φ14的钢筋焊接，规格60×2000mm，两端安设锚杆位置各焊两根加强纵筋。锚杆固定采用树脂加长锚固，锚固剂型号Z2360，锚固长度600mm。

巷帮金属网：采用12#铁丝编制而成的2500mm×1000mm的菱形金属网（网孔为50×50mm）。

参考文献：

[1]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]韦四江，支光辉，勾攀峰.滑动构造下回采工作面异常矿压显现规律模拟[J].西安科技大学学报，2010.