煤矿井下地质构造分析与顶板支护

1、煤矿井下地质构造分析与顶板支护摘要：煤矿井下开采风险大、危险性高，在煤矿井下开采中应当积极发挥煤矿 井下地质构造勘测的重要指导作用，积极将先进的技术引入其中并借助于多种勘 测手段来查清地质构造，为制定合理、完善的煤矿井下开采和顶板防护提供数据 支撑，保障开采安全、高效进行。关键词：煤矿井下；地质构造；顶板支护1煤矿地质构造对煤矿开采的影响分析1.1地质构造对矿井水灾的影响受煤矿采动影响，煤矿井下的地质结构会遭到一定程度的破坏，导致地下水 流入矿井，引发矿井水灾。矿井水灾不仅会对煤矿开采的效率造成不良影响，还 会降低煤炭的品质。导致矿井水灾的主要原因：由于在回采过程中的不合理操 作，沟通了富水构

2、造带导致采煤面发生突水，引发了矿井水灾；未能在采掘前 对煤矿井下地质结构进行科学勘测和深入分析，施工人员没有选择合理的掘进方 法，破坏了煤矿井下的地质结构，导致地下水流进矿井，酿成矿井水灾。1.2地质构造对瓦斯事故的影响煤矿井下地质结构遭到破坏是引发瓦斯事故的主要原因。由于煤矿井下地质 结构出现断层、褶皱、孔隙和裂隙现象，导致瓦斯事故层出不穷。煤层的热量 走向和供养是断层产生的主要诱因，断层也会对煤矿开采工作造成一定的不良影 响，导致瓦斯事故的发生；褶皱能够实现对煤层中热量传播速率的控制，由于 该煤矿的褶皱处于背斜位置，热量会在煤层内部缓慢释放和累积，导致煤矿开采 过程中瓦斯爆炸事故频发；煤层

3、孔隙包括原生孔隙和次生孔隙2种类型。原生 孔隙是煤层中的沉积物颗粒内部形成的孔隙，次生孔隙是指受溶蚀、淋滤等外界 因素的综合作用，使得煤层在煤化的过程中形成的孔隙。由于孔隙的数量增多， 加大了煤和瓦斯之间的氧气含量，同时也增大了煤层氧化自燃的概率，进而导致 瓦斯事故的发生；由于该煤矿出现了煤层裂隙，增加了煤和瓦斯之间的氧气接 触，从而引发瓦斯事故。1.3地质构造对采煤沉陷的影响采煤沉陷是煤炭开采的常见问题之一，如不能采取针对性的措施对采煤沉陷 进行管控，会严重降低煤矿开采的安全性与稳定性，导致安全事故频发。煤矿井 下的地质构造与采煤沉陷密切相关。该煤矿井下岩石的硬度较低是导致该煤矿采 煤沉陷的

4、主要原因。因此，应针对煤矿井下地质构造的实际情况，采取针对性的 控制措施，防范采煤沉陷对煤矿企业经济造成的不良影响。2煤矿井下掘进巷道支护的三种形式2.1预留柱支护形式传统预留柱支护方式在井下开采工作中是最常使用的。在上下区段中间先预 留出一定的宽度，即预留柱支护方式，这样做的好处是可以使风平巷避开支撑压 力峰值区域，从而做到对顶板实施支护作用。这种支护方式虽然是最简单的，也 能满足巷道支护的所有要求。但是这种支护方式所需的成本较大，因此在维护上 还有很大的难度，正逐渐被其他支付方式所取代。2.2可缩性支架形式可缩性支架是一种金属类的支架，使用这种类型的支架来承受对应的承载能 力就是在实际收缩

5、中所体现出来的荷载能力。通过有关调查分析发现，对这种荷 载能力影响的因素有很多种，其中整体支架与连接件在结构上的状况及工作情况。 可缩性支架能够承受的最大压力为这种支架的最高承受力，对于如何判断支架的 承受能力，取决于支架本身的塑性变形能不能够发生。在一般情况下，最大承载 力与实际承载力是不相同的，在对相差数值大小进行观察后，对可缩性支架的状 态如何就可以掌握，同样对相差数值也可以进行正确的评估，如相差数值越小， 代表可缩性支架的形态就越优良；反之，相差的数值越大，表明可缩性支架的形 态就越差，可见，二者之间呈现反比例关系。因此，可缩性支架中的良好状态就 是实际与极限荷载能力数值相接近，最好二

6、者完全相同。2.3矿用支护型钢形式在对井下巷道掘进开采安置顶板支护的过程中，通常使用LT型或工字型矿用 支护型钢。无论选择哪种型钢作为支护用型钢，其最主要的是对韧性抗拉性能的 选择。这就应对巷道内的支架从横向的承重能力与纵向推动力都进行考虑，所以， 这就需要支架既能承载横向的压力，也能承担纵向在方向上的负荷。还有在井下 巷道使用支护架型钢时，必须将支架自身存在的可缩性都考虑进去。因此，矿用 支护型钢集合形状应在考虑锁紧与滑移中，达到支护型刚接触面积最大要求。3煤矿井下巷道掘进顶板支护控制技术的完善3.1加强巷道顶板的承载能力巷道掘进施工技术准备工作包括：结合井下矿压观测得来的资料和具体地 质构

7、造状况，选择与井下巷道现场施工相符的支护方式。在此基础上，对于在巷 道内重点施工区域，应制定出完善的安全技术方案进行实施。在设计井下巷道 挖进顶板支护施工中，逐一完善材料数量和尺寸及支护顶板方式、临时支护形式 等，对掘进作业规程进行严格控制。围岩最开始的承受能力与平衡情况在挖掘巷 道时已经遭到了破坏，更何况还有回采工作的配合，这就会导致上覆岩层产生运 动，使岩层的应力进行了重新的分布。伴随着采煤量的逐步扩大，工作面的大力 推进，会使顶板随着工作面前后方向及侧向支撑压力在分布上有一定规律性的改 变，只有将这些全部计算出来和全面掌握了，才能正确地对巷道开挖的时间及具 体位置进行掌握。在进行开掘时，

8、上一区段工作面的顶板停止运动后选择普通的 巷道，这时在侧方向的顶板已经停止运动，老顶也已经触砰，再继续挖掘不会影 响顶板结构的形成。通过对侧向支承压力规律进行实际测量得出，普通的侧向支 撑压力大约会在2个月之后完全稳定，位置为工作面的后方大约50m以外，这就 要求沿空掘巷的时间必须高于这个值。第二种关键技术就是对巷道开掘位置的掌 握。巷道可开掘的位置共有A、B、C、D四处：D点为完全沿空掘巷的位置；C 点是沿空掘巷留有小煤柱的位置；B和A点是大煤柱及有煤柱互巷的位置（如图 1所示）。图1老顶岩层断裂后侧向支承压力分布示意3.2加强支架强度，解决巷道位移与变形问题在初掘井下巷道过程中，巷道位置移

9、动和变形情况经常出现。因此，在顶板 支护方式选择中，尽量选取具有柔性的支护方式，具有较强刚性的支护结构，有 助于保持巷道空间有效性和完整性，并预防大规模及大面积的重修工作。对围岩 还需要进行让压与释压方面的工作，能增加巷道的强度，在压力的承受范围内， 可以允许围岩有轻度的变形，进而释放围岩压力，这样才能更好地使顶板起到支 护作用。3.3加大设备使用效率，完善掘进施工工艺将先进的巷道掘进技术与科学的施工技术相结合：在地质及基础条件都相 对较好的巷道中进行施工时，对于掘进技术的选择应该是破岩水平高、中心位置 比较低，机器相对较矮的综合化掘进技术。这种掘进施工技术通常使用悬臂式掘 进机、单体锚杆钻机等这类设备进行组合使用，这种配合在生产力方面是很强悍 的，并且符合地质条件及生产条件。结束语井下开采会面临着复杂的地质状况，尤其是在煤矿井下掘进的过程中由于地 层的影响使得矿井的顶板容易产生破碎脱落的问题，从而影响煤矿井下的正常开 采。造成煤矿井下出现顶板脱落的问题多是由于未能对煤矿井下的地质构造掌握 清除所造成的。因此积极探索煤矿井下地质构造分析与顶板支护尤为重要。参考文献：邵小朋，徐旭东，南莹浩.许厂煤矿地质构造特征及其演化J.华北科技学院 学报，2017，1