大采高綜采工作面煤壁片幫機(jī)理分析及預(yù)防措施

廖武江

（兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦，山東 鄒城 273500）

大采高綜采工作面煤壁片幫機(jī)理分析及預(yù)防措施

廖武江

（兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦，山東 鄒城 273500）

在煤礦大型化與機(jī)械化的影響下，采煤工作面的高度持續(xù)提高，隨之出現(xiàn)了日益嚴(yán)重的煤壁片幫情況。這不僅僅不利于煤礦的順利生產(chǎn)，還給煤礦造成一定的安全隱患。在大面積出現(xiàn)煤壁片幫的時候，由于控頂距較大出現(xiàn)的上腹巖層壓力移向支架，導(dǎo)致支架的受力分散，從而造成破壞。為此，本文闡述了大采高綜采工作面煤壁片幫機(jī)理，以及大采高綜采工作面煤壁片幫的預(yù)防措施。

大采高；綜采工作面；煤壁片幫；預(yù)防

0 引言

因?yàn)榇蟛筛咭淮尾扇卟擅旱膬?yōu)點(diǎn)是安全、生產(chǎn)能力大、回收率高等，所以這促進(jìn)了大采高采煤機(jī)與液壓支架的研制，掀起了大采高技術(shù)和理論探究。當(dāng)前，厚煤層高效安全開采的重要方法是大采高一次采全高采煤。然而，因?yàn)閹r石的強(qiáng)度大于煤體的強(qiáng)度，再者，增加了割煤的高度，所以煤壁片幫的情況會出現(xiàn)。為此，大采高采煤需要解決的一個問題是煤壁片幫的預(yù)防。只有搞清楚煤壁片幫的機(jī)理，才可以切實(shí)有效地預(yù)防這種災(zāi)害，推動煤礦高效和安全地開采。

1 大采高綜采工作面煤壁片幫機(jī)理分析

以理論作為視角對煤壁片幫的原因進(jìn)行探究，重點(diǎn)涵蓋以下內(nèi)容：煤壁力學(xué)特性、裂隙改變規(guī)律、支架工作阻力、基本頂回轉(zhuǎn)、支撐壓力、開采高度等，在開采煤礦的時候，增加采高，那么就會使得塑形區(qū)的區(qū)域與采動裂隙的發(fā)育程度增大，降低煤體的強(qiáng)度，從而容易導(dǎo)致煤壁片幫。一些學(xué)者在測量實(shí)際數(shù)據(jù)之后，明確了支架工作阻力跟片幫程度之間的改變是相反的，即適當(dāng)?shù)卦黾庸ぷ髯枇τ欣?。工作面前方煤體屬于在力學(xué)上有著條件轉(zhuǎn)化性與間斷性的特殊結(jié)構(gòu)體，能夠明確，除了跟節(jié)理本身的力學(xué)特性相關(guān)，而且跟主平面和節(jié)理的裂隙和層理弱面有著較大的聯(lián)系。

1.1 煤層節(jié)理裂隙和層理弱面

煤層節(jié)理裂隙和層理弱面也是影響大采高綜采工作面煤壁片幫的一個重要因素，煤體是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體，它具有力學(xué)上的轉(zhuǎn)化性和不連續(xù)性，就是說在較多的裂隙組的共同影響下可能轉(zhuǎn)化為近似的各向同性，由于這種情況下的煤體的強(qiáng)度比較低，如果面對的是較少的裂隙組的影響就會明顯的具有各向異性。所以說影響煤壁片幫的其中之一重要的煤層節(jié)理裂隙和層理弱面發(fā)育程度。

1.2 大采高工作面的推進(jìn)速度

隨著大采高綜采工作面推進(jìn)速度的減慢，處于峰后壓酥狀態(tài)的煤壁會在殘余應(yīng)力作用下繼續(xù)發(fā)生塑性變形，并且隨著時間的不斷延長，煤壁的蠕變變形會持續(xù)的增大。

1.3 大采高綜采工作面開采采高

對于大采高綜采工作面來說，采高是影響煤體片幫的最重要的因素之一。隨著采高深度的增大，煤壁的片幫深度也呈非線性的增加。特別是當(dāng)采高超過了一定值以后，煤壁片幫的深度會急劇增加。

1.4 超前的支撐壓力

對于大采高綜采工作面來說，超前支撐壓力及其分布特征也是直接影響煤壁片幫的另外一個重要的因素。特別是隨著大采高綜采工作面的推進(jìn)，其前方煤體上會形成超前支撐壓力，在這種高應(yīng)力的作用下，煤體的前方會出現(xiàn)松弛區(qū)、松塌區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)應(yīng)力增高部分和彈性區(qū)原巖應(yīng)力區(qū)。在采深不變的條件下，隨著采高的增大，支撐壓力峰值就會降低，但是極限平衡區(qū)的寬度則會增加。在這種情況下則表明處于不穩(wěn)定狀態(tài)的煤體寬度增大，煤壁片幫的可能性增大。

1.5 支架的初撐力

隨著支架初撐力的提高，為了使支架支撐時能較快達(dá)到工作阻力狀態(tài)，以防止頂板過早離層破碎，初撐力的設(shè)計(jì)值取大些較有利將會使液壓支架快速進(jìn)入充分工作狀態(tài)，降低頂板下沉量，進(jìn)而降低作用在煤壁上方的作用力，從而抑制煤壁片幫。

1.6 初次來壓和周期來壓

當(dāng)大采高綜采工作面老頂來壓時，頂板的壓力隨之劇增，使得煤壁被壓酥而加劇片幫。

2 大采高綜采工作面煤壁片幫的預(yù)防措施

2.1 煤壁的加固

煤壁的加固，能夠使得它的強(qiáng)度增加。在煤體松軟破碎的時候，能夠借助相應(yīng)彈性的材料，像是樹脂錨桿對煤壁進(jìn)行加固，也能夠通過化學(xué)錨固的手段。

2.2 推進(jìn)速度的增快

在工作面推進(jìn)速度越來越快的影響下，每一個循環(huán)頂板下沉量得以減少，如此能夠?qū)γ罕谄瑤偷那闆r進(jìn)行大大地抑制，鑒于此，推進(jìn)速度的增快能夠顯著地減少煤壁片幫的情況。

2.3 采高的控制

在增大的采高影響下，越容易出現(xiàn)煤壁片幫。為此，能夠?qū)Σ筛哌M(jìn)行適當(dāng)?shù)亟档停瑥亩鴾p少煤壁片幫的出現(xiàn)。

2.4 工作阻力的提高

通過證實(shí)，比較高的工作阻力可以使得直接頂?shù)碾x層量減少，從而使得頂板的穩(wěn)定性提高，以及減少集中應(yīng)力的情況，最終有效地減少出現(xiàn)煤壁片幫。

2.5 支架護(hù)板的安裝

在大采高工作面煤體的塑性范圍之內(nèi)，受到支撐壓力的影響，會出現(xiàn)相應(yīng)的水平位移，為此，安裝支架護(hù)板會起到一定的抑制功效，從而大大地減少發(fā)生煤壁片幫的情況。

2.6 支架初撐力的提高

在支架支撐力比較低的情況下，需要使支架的支撐力提高。而導(dǎo)致支架支撐力低是由于不適當(dāng)?shù)牟僮黜樞?、支撐操作時間過短或不夠長導(dǎo)致。鑒于此，支架工人在操作升架的時候，需要認(rèn)真地觀看立柱壓力表體現(xiàn)的數(shù)字和顯示屏當(dāng)中記錄的初撐力讀數(shù)，只有如此，才可以確保準(zhǔn)確的操作時間，實(shí)現(xiàn)較為理想的初撐力。也只有如此，才能夠更好地對頂板下沉進(jìn)行控制，最終減少出現(xiàn)煤壁片幫。

2.7 其它措施

除上述預(yù)防措施之外，還存在一系列減少片幫出現(xiàn)的措施，像是采煤機(jī)截深的減少、深孔松動爆破、實(shí)時支護(hù)、牽引速度的提高、帶壓移架、俯斜回采，以及煤層高壓注水等等都可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的防護(hù)效果，大大地減少煤壁片幫的出現(xiàn)。

3 結(jié)論

總之，預(yù)防煤壁片幫這項(xiàng)工作非常系統(tǒng)和復(fù)雜，在技術(shù)條件與地質(zhì)條件存在差異的影響下，能夠采取不相同的措施。對于煤礦大采高工作面來講，褶曲、節(jié)理、裂隙、斷層等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，會導(dǎo)致頂板的漏冒，再者，煤質(zhì)軟和煤層采高大，會導(dǎo)致比較嚴(yán)重的煤壁片幫。為此，怎樣更好地控制大采高綜采工作面的煤壁片幫，這是煤礦得以高效和安全采掘的一項(xiàng)關(guān)鍵事項(xiàng)，需要引起足夠的重視。

［1]史元偉.采煤工作面圍巖控制原理和技術(shù)［M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003：3-30.

［2]弓培林.大采高采場圍巖控制理論及應(yīng)用研究［M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2006：4-6.

廖武江（1982—），男，湖南衡陽人，2006年畢業(yè)于河南理工大學(xué)采礦專業(yè)，助理工程師。