影响煤矿开采的因素的几点分析

王洪利

王洪利

（七煤集团建设矿，黑龙江七台河154600）

摘要：本文主要分析了煤层厚度、结构及其稳定性，煤层顶、底板及其稳定性，水文地质，瓦斯，煤尘，地温地质等影响煤矿开采的因素。

关键词：煤炭；开采；因素；条件

煤矿开采技术条件是影响煤矿建设、生产与安全的各种因素，包括煤层的厚度、结构；煤的物理性质；煤层的产状及其变化；煤层顶底版及工程地质条件；瓦斯、煤尘、煤的自然性；随着煤矿机械化程度的不断提高，对煤矿开采技术条件及其研究程度的要求也越来越高，因此，加强开采技术条件方面的勘探和研究意义非常重大。

1煤层厚度、结构及其稳定性

煤层厚度、结构及其变化可影响采煤方法的选择、采区的布置，以及矿井的生产能力与煤炭的质量。

通常根据开采技术特点，可将煤层厚度分为三级，即：薄煤层（≤1．3m）、中厚煤层（1．31~3．50m）和厚煤层（＞3．50m）。根据煤层中有无夹石层情况，把煤层分为简单结构、复杂结构。根据煤层厚度和结构在井田范围内的变化大小，通常将煤层划分为稳定煤层、较稳定煤层、不稳定煤层和极不稳定煤层。一般煤层厚度大且稳定、煤层结构简单则储量大，易开采；反之，煤层薄、变化大，且结构复杂，常出现不可采区，或煤层经常出现分叉，对煤矿的生产将带来极大的困难与影响。

煤层的机械物理性质对煤矿采煤机械设备的选型与提高采煤效率有着密切的关系。煤层的抗碎性（即脆度）包括：煤的单向抗压强度、煤的坚固性、截割阻力系数和煤的裂隙性等，它们是评价煤的物理性质的主要方面。不同的采煤机械适用于不同硬度的煤层。

2煤层的产状

煤层的产出状态对煤矿的设计、建设与生产至关重要，它是拟定矿井开拓方案和选择采煤方法，以及采煤机械的基本依据。煤层产状子缓、走向与倾向方向产状变化又很小，可考虑设计大型综合机械化的矿井；当煤层产状急倾斜，煤层褶皱紧密或断裂构造发育，则会给生产带来极大的困难，采煤机械化受到限制，生产能力也很难提高，一般只宜设计中、小型矿井。所以煤层的产状、褶皱和断层的发育程度，以及岩浆岩的影响程度等是构造复杂程度的主要方面，以此把构造复杂程度划分为简单、中等、复杂、极复杂四类。按煤层倾角大小，将煤层分为缓倾斜煤层（倾角＜25°）、倾斜煤层（倾角为25°45°）、急倾斜煤层（倾角，45°）。习惯上常将倾角小于5°的煤层称为近水平煤层；将倾角大于60°的煤层称为立槽煤。

3煤层顶、底板及其稳定性

3．1煤层顶、底板的构成。煤层顶、底板岩层的构成对煤层顶板的稳定忭有着极为密切的关系。根据岩层与煤层的位置和其垮落性能的差异，煤层顶底板可划分为老顶、直接顶、伪顶、伪底、直接底及老底等六部分。对于某一个从具体煤层来说，这六个组成部分不一定发育俱全。

（1）老顶。位于直接顶之上，也有直接位厂煤层之上的厚而坚硬的岩层，通常山砂岩、砾岩、石灰岩等组成，它在采空区能维持很大临控面而不随直接顶垮落。（2）直接顶。位于伪顶或位于煤层之上的一层或几层岩层，通常是由砂质页岩、泥岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层组成，厚度可达几米，采动后随回柱而自行垮落，有时则需人工放顶。（3）伪顶。直接位于煤层之上的极薄的松软岩层，一般是由强度低、易垮落的炭质泥岩组成，厚度在0．3~0，5m左右，与煤体采出同时脱落。（4）伪底。位于煤层之下的薄层软弱岩层，通常多为炭质泥岩和泥岩构成。（5）直接底。位于伪底或直接位于煤层下面的岩层，通常由泥岩、粘土岩组成。当直接底为坚硬岩石时，可作为支架的良好底座；当为松软岩石时，则易造成底鼓和支柱陷入底板等现象，或遇水常易滑动。（6）老底。位于直接底之下，也有直接位于煤层之下，一般由比较坚硬稳定的砂岩、石灰岩组成。

3．2顶板分类。煤层顶板的稳定性系指煤层采空后顶板岩层变形破坏的难易程度，主要涉及对矿山压力的控制。根据我国煤矿常见顶板岩石特征和来压情况不同，直接决定回采工作面的支护方式和采空区的处理方法，所以顶板的稳定性最为重要。顶板的稳定性主要是由不同岩性和其破碎程度（特别是紧靠煤层之上2m左右的直接顶岩层），以及有无伪顶而决定的。根据煤层顶板岩层分层厚度、裂隙的发育程度和岩石单向抗压强度等指标，分为不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板、坚硬顶板四类。

（1）不稳定顶板。分层厚度小于2m的炭质泥岩、粘土岩、页岩和裂隙发育的砂质页岩。岩石单向抗压强度<29．42MPa；一般裂隙在三组以上，平均间距在0．3以下。（2）中等稳定顶板分层厚度为2~5m的页岩、砂质页岩和裂隙发育的砂岩。为29．42~49．03MPa；裂隙中等发育，裂隙为2~3组，平均间距0．3~lm以上。（3）稳定顶板。分层厚度为5~7m的砂质页岩和砂岩。为49．03~78．45MPa；裂隙不发育，一般1～2组，平均间距lm以上。（4）坚硬顶板。基本上无直接顶，老顶为厚层状砂岩、砾岩。则>98．07MPa。

4水文地质条件

煤矿床的水文地质条件是决定该矿床开拓及开采条件的重要因素之一。在煤田普查与勘探时，应做好水文地质条什的调查和研究工作，分析矿床的充水因素，预测矿井（露天）涌水量，为矿井设计提供必要的水文地质资料，对地下水的防治和综合利用，以及矿区可能产生的环境水文地质、工程地质提出建议。

矿井涌水量的大小可用绝对涌水量Q来表示，它系指单位时间内流人矿井的总水量，单位是m3/h。矿井按绝对涌水量的分类，此外，矿井涌水量的大小还可用相对涌水量（也可用矿含水系数K*表示）来表示，它系指矿井中排出的水量与同一时期煤炭开采量比值。

5瓦斯

矿井瓦斯系指井下煤体和围岩中涌山及生产过程中产生的各种有害气体的总称。瓦斯是在成煤过程中生成，目前主要系指煤体和围岩中涌出的气体。瓦斯主要成分是沼气（甲烷），它是无毒且使人窒息而死的气体，当空气中甲烷达到一定浓度时，遇火容易引起爆炸，所以它对人和煤矿安全生产都会带来极大的危害。

瓦斯对煤矿设计、建设与生产有多方面影响，其中最主要的是矿井瓦斯是矿井通风设计及确定矿井瓦斯管理制度的重要依据。根据《煤矿安全规程》规定：在一个矿井中，只要有一个煤、岩层发现一次煤与沼气突出，该矿井即定为突出矿井，并依照矿井沼气登记的工作制度进行管理。评价指标主要是矿井瓦斯相对涌出量，即矿井在正常生产情况下平均日产煤的瓦斯涌出量。我国1986年颁布的《煤矿安全规程）规定，将矿井沼气等级划分为三级：低沼气矿井为10m3及其以下；高沼气矿井为10m3以上；煤与沼气突出矿井。

在资源勘探时无法测定矿井瓦斯相对涌出量，只能评价煤层瓦斯含量，并对未来矿井的瓦斯接别进行估计与预测，以便在矿井设计任务书中确定矿井沼气等级。

6煤尘

煤尘是指矿井生产过程中所产生的煤的微粒。煤尘的危害性主要表现为煤尘燃烧与爆炸；此外，煤尘还污染空气，严重影响人体健康。我国煤矿有80％左右有煤层爆炸危险性。

影响煤尘爆炸的主要因素是煤的挥发分含量。煤的挥发分越高，煤尘爆炸性于大。因此可利用挥发分含量作为初步评定煤尘爆炸性的指标，即：Vdaf《10％，为不爆炸煤层；Vdaf为10％~15％，为爆炸性弱的煤层；Vdaf>15％，为爆炸性开始迅速增加的煤层。此外，评价煤尘爆炸性的其它指标有灰分、水分，煤的粒度和肉眼煤岩类型。

煤尘对矿井的通风设计有一定的影响。当开采有煤尘爆炸性危险的矿井时，要严格限制风速，以防落尘飞扬。在《煤矿安全规程）规定：精查地质报告，必须有所有煤层的煤尘爆炸性鉴定资料，以利于矿井的设计与建设。

7地温地质条件

地温影响煤矿生产安全和矿工的身体健康。按照《煤矿安全规程）的规定，井下温度的允许范围为26°C，超过时应采取相应的降温措施。

地温是随着开采深度的增加而升高。当在煤矿区某些部位出现地温异常区时，为了与热害作斗争，在勘探时期，应查明矿区或井田的地温分布状况，分析并掌握导致地温升高的地质因素，查清热源，为矿井的降温与通风提供设计依据。所以地温评价的主要指标是地温梯度及热害区的深度与范围。

地温梯度小于3°C/100m的地区为正常增温区；地温梯度大于3°/100m的地区为异常增温区。地温为31~37°C的地区为一级热害区；地温大于37°C的地区为二级热害区。