煤層頂板煤層開(kāi)采

對(duì)于煤層開(kāi)采頂板破斷結(jié)構(gòu)演化與控制問(wèn)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(duì)于多煤層開(kāi)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(shí)，上煤層開(kāi)采后的遺留煤柱對(duì)下煤層工作面支架壓力如何影響的研究則相對(duì)較少。深入研究以上問(wèn)題， 對(duì)于煤層群開(kāi)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(qiáng)礦壓顯現(xiàn)等，具有重要作用。

多煤層開(kāi)采時(shí)， 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(kāi)采，破斷頂板群高度向上發(fā)育擴(kuò)展。

針對(duì)現(xiàn)今煤層頂板分類(lèi)方法存在計(jì)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(wèn)題，結(jié)合煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(lèi)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(yùn)算方法。以Visual Basic6.0為編譯環(huán)境，將Matlab與Surfer進(jìn)行二次混合編程，對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)以及地質(zhì)資料進(jìn)行分析整理，自動(dòng)繪制煤層頂板穩(wěn)定性類(lèi)型分區(qū)圖，形成煤層頂板穩(wěn)定性智能預(yù)測(cè)分區(qū)系統(tǒng)。將研究成果應(yīng)用于賀西煤礦3號(hào)煤層頂板穩(wěn)定的預(yù)測(cè)，通過(guò)鉆孔窺視對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)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(jiàn)的煤層頂板巖石以細(xì)碎屑巖和石灰?guī)r為主；也有粗碎屑巖，這時(shí)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。

我國(guó)堅(jiān)硬頂板煤層分布很廣，煤炭?jī)?chǔ)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(kāi)采堅(jiān)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?jī)?chǔ)量豐富、煤層條件好、開(kāi)發(fā)強(qiáng)度也很大，全局每年約開(kāi)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(jìn)過(guò)程中易于發(fā)生冒頂事故的原因，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、取樣、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)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(jī)理在于：巷道開(kāi)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(shí)針對(duì)富水煤層巷道頂板失穩(wěn)機(jī)理，提出了通過(guò)減少頂板水運(yùn)動(dòng)對(duì)圍巖的破壞、優(yōu)化巷道斷面和高預(yù)應(yīng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)該類(lèi)巷道頂板的穩(wěn)定。工程實(shí)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(hù)體系可確保對(duì)該類(lèi)巷道頂板的有效控制。 2100433B

堅(jiān)硬頂板煤層的開(kāi)采也還存在一些始終沒(méi)有得到解決的技術(shù)問(wèn)題；如：

（1）適應(yīng)于各類(lèi)級(jí)別堅(jiān)硬頂板的支護(hù)設(shè)備的研制；

（2）采空區(qū)頂板管理方法的選擇；

（3）各類(lèi)堅(jiān)硬頂板條件下，堅(jiān)硬頂板煤層開(kāi)采方法的合理選擇等等。

這些問(wèn)題，尤其是采空區(qū)頂板管理問(wèn)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(gè)安全的生產(chǎn)環(huán)境。相反，如果這些問(wèn)題得不到很好的解決，輕則影響生產(chǎn)，增加費(fèi)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(duì)生產(chǎn)設(shè)備造成損壞；對(duì)人員也會(huì)造成極大的威脅。所以，堅(jiān)硬頂板煤層開(kāi)采方法的合理選擇；頂板管理技術(shù)的進(jìn)一步完善。對(duì)改善我國(guó)煤炭生產(chǎn)形勢(shì)，提高生產(chǎn)效益都會(huì)起著極其重要的影響。

為此，我國(guó)有關(guān)院校和科研單位的專(zhuān)家們從20世紀(jì)70年代中期起，對(duì)堅(jiān)硬煤層頂板進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，得出了一些很有價(jià)值的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，我國(guó)已形成了幾種行之有效的開(kāi)采堅(jiān)硬頂板煤層的方法：

（1）長(zhǎng)壁式自然垮落法；

（2）長(zhǎng)壁式強(qiáng)制放頂法；

（3）長(zhǎng)壁式預(yù)注水軟化頂板法；

（4）煤柱支撐采煤法；

（5）倉(cāng)房式扒斗采煤法 。