小煤柱开采技术应用分析

小煤柱开采技术应用分析

赵晓雷

身份证:140121199702096051

【摘要】本文主要分析小煤柱开采技术，在实际运用的过程中要明确小煤柱护巷原理。煤柱的大小会直接影响到顶板与巷道支护的形式和措施。分析小煤柱留巷技术的应用方式能有效提高作业效率，提升资源利用的有效性，同时保障煤矿生产的安全性，推动煤矿产业健康长远发展。

【关键词】小煤柱；开采技术；应用策略

当前，随着煤炭行业的发展，煤炭开采的深度和强度也在不断增加。为提高煤炭利用的有效性、开采的科学性，矿井生产作业中开始广泛运用在采空区一侧留设窄煤柱的沿空掘巷的煤炭开采方式。而在实际运用的过程中需要重点关注煤柱留设，保证留设的合理性，以保证井下采掘的正常交替。

1 小煤柱护巷的基本原理

小煤柱护巷的基本原理在于，在煤层开采的过程中不完全采出部分煤柱，而留下一定宽度的小煤柱，这些小煤柱可以在采空区域边界形成支撑作用以达到支护巷道的目的。小煤柱可以分散采动载荷，这使得单个煤柱的受力大大减小，从而降低了煤层顶板的应力集中度。设置小煤柱还可以有效防止顶板的大范围塌落，对保护巷道的安全性和稳定性起着重要作用。相较于完全采空法，小煤柱护巷可以有效节约煤炭资源，延长矿井使用寿命，因此小煤柱护巷更具经济效益。小煤柱护巷被运用于煤层稳定性较好的区域可以有效保护巷道，大大减少支护成本。

1.1 顶板压力分布特点

煤矿在设计和采煤过程中，需要明确顶板压力分布特点，只有这样才能保证巷道的安全性、稳定性，同时提高煤矿生产效率。小煤柱支撑巷道顶板时，顶板的荷载会局部集中到煤柱的周围区域，因此这些区域的压力较大。此外，煤柱支撑区域周围的顶板也会受到影响，虽然相较于支撑区域其压力较小，但由于压力扩散效应的存在，也会影响到周围顶板。由于煤柱的不规则形状以及不均匀的地质条件，顶板压力分布也存在不均匀的情况，有时甚至会呈现出不对称性。煤柱所处位置发生变化，顶板压力分布也会动态变化，尤其在采煤过程中，这种变化尤为显著。

1.2煤柱宽度同围岩变形分析

煤柱的宽度会之际额影响到周围围岩的受力分布以及变形特性，宽度较大的煤柱可以分担更多压力，以减少围岩的变形，从而提高巷道的稳定性。而宽度较小的煤柱则会使得压力更加集中，围岩变形的风险也大大增加。围岩的地质条件，即围岩的岩性、强度、断裂和节理等会影响到围岩变形。对于同一种煤柱宽度，在不同的地质条件下，其变形的程度和特点也会有所不同。煤矿工程中常采用的优化煤柱宽度设计手段包含数值模拟、岩石力学试验和实地观测等，运用上述设计手段能保证煤柱稳定，同时还能减少围岩变形程度，以保证巷道的安全性和生产效率。在设计阶段需要考虑到煤柱宽度和围岩变形，同时在采煤过程中也要做好针对煤柱宽度及围岩变形的实时监测和调整工作。采煤过程中如果出现煤柱消失或者围岩变形加剧的情况，都会影响到矿井的安全性。

1.3煤柱留设宽度计算

确定煤柱的留设宽度需要考虑地压条件，即地表或者矿井内部对于煤柱施加的压力。地压通常通过矿压原理以及现场地质监测数据来得出，地压会影响到煤柱稳定性以及如何选择留设宽度。矿井设计参数也会直接影响到煤柱的受力和稳定性，设计参数主要包含巷道尺寸、采煤方法和支护方式等。煤矿安全管理规定中通常包含对煤柱留设宽度的具体要求，这些安全要求通常是为了确保巷道和矿井的安全稳定运营而设置一个最小宽度标准。

2 支架结构实施方案

针对支架结构，要关注以下几方面：

首先要根据煤柱的大小、围岩地质条件以及矿井的实际情况来选择支架类型。常见的支架类型包含木方支架、钢筋混凝土支架、钢架支架等，不同支架类型的承载能力、适用范围各有差异。

支架参数设计过程中需要关注到支架长度、截面尺寸、间距、固定方式等参数。这些参数会直接影响到支架的稳定性和承载能力。选择支架需要考虑煤柱宽度、围岩压力和安全要求等。

设计支架的布置方案需要考虑煤柱的位置和形状。一般情况下，支架会布置在煤柱周围或者对应的位置，以保证其能充分发挥自身支撑煤柱和周围围岩的功能作用，保证巷道的稳定性和安全性。

支架安装和固定中包含支架安装方法、固定方式和检查标准等几方面内容需要重视。安装支架需要严格遵循安全操作规程，只有这样才能保证支架的承载地压、保护煤柱的功能得以发挥，同时降低塌方以及其他安全事故发生的可能性。

安装完成支架之后还需要定期进行监测和调整。通过实施监测支架以及周围围岩的变化情况来及时调整支架参数和布置方案，以保证巷道的稳定运行。

3 掘进施工方案

3.1检验掘进项目及支架

检验掘进项目，首先需要评估掘进项目的合理性，以保证掘进项目的设计符合工程要求和地质条件。评估对象包含采煤工艺、掘进顺序、支护方案等的设计合理性，即在设计过程中是否考虑到地质构造、地层特征和地压条件等因素。

此外还需要检验施工过程中所采用的技术方案是否符合相关标准和规范要求。例如，开展检验工作需要明确掘进机械的选择、切割参数设置、安全措施、通风方案等设计的合理性。

进行掘进过程中需要做好地质监测和风险评估工作，开展评估工作的目的在于保证掘进项目在实施过程中对于地质构造和地层变化的反应能力，在此基础上对施工方案进行及时调整，以提高应对地质灾害和安全风险的能力。

掘进过程中还需要做好施工进度的控制管理工作，针对掘进的实际进度进行控制和检验，以提高其与预期计划的符合程度，同时根据掘进实际进度来调整、优化施工方案，保证施工工程有序推进。

3.2合理选择掘进机型号

确定掘进机型号，首先需要明确实际的地质条件和岩性特点。不同的地质条件，例如软岩、硬岩、煤层等对于掘进机的要求也不同，因此需要选择能够适应地质条件并能高效处理各种岩石类型的掘进机。

选择掘进机型号，还需要考虑到掘进工艺的要求。例如液压掘进机更适合硬岩掘进，而磨岩机则适用于软岩掘进，不同的掘进机切割和推进能力各异。

选择掘进机还需要关注工程规模和施工现场的空间限制，在此基础上选择合适尺寸、转弯半径、移动性能的掘进机，只有这样才能保证掘进机高效稳定运行。

4 安全开采措施

保证开采安全性，需要做好水患治理工作。治理水患，首先要做好地质调查和水文勘探工作。详细的地质调查和水文勘探可以帮助施工人员了解工作面以及周围的地质结构、地下水情况等内容。在开采前需要进行探放水钻孔，这一步的目的在于提前发现地下水和断裂带中可能存在的积水情况。

治理水患的关键在于建设排水系统，包含排水巷道和排水泵站两部分：首先要合理设计和修建排水巷道，只有这样才能保证积水快速排出工作面。此外，还需要设置排水泵站和排水管道，以保证排水系统高效运行，可以及时排除积水情况。

针对排水设施还需要做好定期检查和维护工作，以保证排水设施得以正常运行，避免在开采过程中出现设备故障而导致积水。对于排水通道还需要定期进行清理，以清理其中的淤泥和杂质，保证排水畅通。

在工作面和巷道支护中，要尽可能使用防水材料，例如防水混凝土、防水涂料等，通过选用防水材料来增强结构的防水性能。

5 小结

保证小煤柱留设的合理性才能保障生产作业的安全性，同时能有效提高回采矿井资源的效率，提升能源利用效率，保证企业获得更高的经济效益。因此煤炭开采企业要做好研究和探索工作，在不同的地质条件之下明确沿空留巷技术的运用效果，根据实际情况和具体需求合理运用小煤柱开采技术，以推动自身的可持续发展。

【参考文献】

[1] 王帅鹏. 小煤柱开采技术应用分析[J]. 石化技术,2020,27(8)

[2] 刘喜兵. 小煤柱开采技术在某矿的工程研究[J]. 当代化工研究,2020(1)

[3] 尉永邦. 塔山山4#层密集卸压孔切顶卸压小煤柱开采技术[J]. 同煤科技,2020(3)