煤層頂板分類方法

針對現(xiàn)今煤層頂板分類方法存在計算量大、人工參與多、智能化程度低，為煤礦生產(chǎn)不能提供快速指導(dǎo)的問題，結(jié)合煤礦現(xiàn)場實際情況，確定了煤層頂板穩(wěn)定性的影響因素。以層次分析和模糊聚類為理論核心，建立了煤層頂板穩(wěn)定性層次分析模型，得出了影響因素的隸屬度和合成運算方法。以Visual Basic6.0為編譯環(huán)境，將Matlab與Surfer進行二次混合編程，對鉆孔數(shù)據(jù)以及地質(zhì)資料進行分析整理，自動繪制煤層頂板穩(wěn)定性類型分區(qū)圖，形成煤層頂板穩(wěn)定性智能預(yù)測分區(qū)系統(tǒng)。將研究成果應(yīng)用于賀西煤礦3號煤層頂板穩(wěn)定的預(yù)測，通過鉆孔窺視對預(yù)測結(jié)果進行了驗證。

煤層頂板（coal seam roof）它是泥炭堆積后覆蓋在泥炭層上的沉積物。常見的煤層頂板巖石以細碎屑巖和石灰?guī)r為主；也有粗碎屑巖，這時煤層常受到明顯沖蝕。煤層頂板性質(zhì)與煤質(zhì)，尤其是煤中的硫含量，有一定關(guān)系。

對于煤層開采頂板破斷結(jié)構(gòu)演化與控制問題的研究較多， 但多側(cè)重于單層頂板結(jié)構(gòu)的破斷與控制方面的分析， 而對于多煤層開采條件下頂板破斷結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律和在空間上的發(fā)育尺度，以及煤層間距較大時，上煤層開采后的遺留煤柱對下煤層工作面支架壓力如何影響的研究則相對較少。深入研究以上問題， 對于煤層群開采頂板壓力控制，以及減少甚至消除因壓力集中而引發(fā)的強礦壓顯現(xiàn)等，具有重要作用。

多煤層開采時， 若煤層間距較近， 上、下煤層間隔層易破斷，上、下煤層已垮落和破斷的頂板結(jié)構(gòu)連接形成破斷頂板群結(jié)構(gòu)；隨著下部煤層的開采，破斷頂板群高度向上發(fā)育擴展。

我國堅硬頂板煤層分布很廣，煤炭儲量也極豐富，主要分布在山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆及北京京西等煤田。開采堅硬頂板煤層的礦區(qū)主要是大同礦務(wù)局和京西礦務(wù)局，尤其是大同，煤炭儲量豐富、煤層條件好、開發(fā)強度也很大，全局每年約開采原煤近4×10⁷t。

為了研究煤層巷道粉砂質(zhì)泥巖直接頂受基本頂裂隙水侵蝕后，巷道掘進過程中易于發(fā)生冒頂事故的原因，通過現(xiàn)場調(diào)研、取樣、實驗室試驗和理論分析相結(jié)合的綜合研究手段揭示出富水煤層巷道頂板失穩(wěn)的機理在于：巷道開挖后產(chǎn)生的頂板裂隙形成了直接頂與基本頂含水層之間連通的通道，使得微結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育和含有較高的親水性礦物粉砂質(zhì)泥巖吸水，其吸水后產(chǎn)生了較高的膨脹應(yīng)力，并在三向受力狀態(tài)下發(fā)生崩解、破壞，錨桿承載基礎(chǔ)弱化和較高的膨脹應(yīng)力引起了煤層巷道頂板失穩(wěn)。同時針對富水煤層巷道頂板失穩(wěn)機理，提出了通過減少頂板水運動對圍巖的破壞、優(yōu)化巷道斷面和高預(yù)應(yīng)力來實現(xiàn)該類巷道頂板的穩(wěn)定。工程實踐表明，采用半圓拱巷道、合理布置疏水孔以及高預(yù)應(yīng)力錨帶網(wǎng)索組合支護體系可確保對該類巷道頂板的有效控制。 2100433B

堅硬頂板煤層的開采也還存在一些始終沒有得到解決的技術(shù)問題；如：

（1）適應(yīng)于各類級別堅硬頂板的支護設(shè)備的研制；

（2）采空區(qū)頂板管理方法的選擇；

（3）各類堅硬頂板條件下，堅硬頂板煤層開采方法的合理選擇等等。

這些問題，尤其是采空區(qū)頂板管理問題能得到徹底的解決，不僅可以提高回采效率，減少材料消耗，降低噸煤成本，提高煤炭回收率，而且更重要的是能為采煤工作提高一個安全的生產(chǎn)環(huán)境。相反，如果這些問題得不到很好的解決，輕則影響生產(chǎn)，增加費用；重則可能發(fā)生頂板事故，尤其是頂板大面積冒落事故，不僅對生產(chǎn)設(shè)備造成損壞；對人員也會造成極大的威脅。所以，堅硬頂板煤層開采方法的合理選擇；頂板管理技術(shù)的進一步完善。對改善我國煤炭生產(chǎn)形勢，提高生產(chǎn)效益都會起著極其重要的影響。

為此，我國有關(guān)院校和科研單位的專家們從20世紀70年代中期起，對堅硬煤層頂板進行了大量的試驗研究，得出了一些很有價值的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，我國已形成了幾種行之有效的開采堅硬頂板煤層的方法：

（1）長壁式自然垮落法；

（2）長壁式強制放頂法；

（3）長壁式預(yù)注水軟化頂板法；

（4）煤柱支撐采煤法；

（5）倉房式扒斗采煤法 。