大采高綜采工作面煤壁片幫防治探析

佟　朋（陜西省未來能源化工有限公司金雞灘煤礦,陜西　榆林　719000）

大采高綜采工作面煤壁片幫防治探析

佟朋
（陜西省未來能源化工有限公司金雞灘煤礦,陜西榆林719000）

摘要：采煤工作面煤壁片幫是影響煤礦正常生產(chǎn)的主要因素之一，對(duì)于大采高綜放工作面來說，由于礦壓顯現(xiàn)加劇，更容易發(fā)生煤壁片幫而導(dǎo)致端面頂板跨落，存在明顯的安全生產(chǎn)隱患，直接影響大采高綜放工作面的正常推進(jìn)。本文首先介紹了煤壁片幫的機(jī)理，其次闡述了制約大采高綜采工作面煤壁片幫的因素，重點(diǎn)論述防治大采高綜采工作面煤壁片幫的措施，實(shí)踐證明這些措施的實(shí)施控制大采高綜放工作面煤壁片幫效果非常好。

關(guān)鍵詞：大采高；綜放工作面；煤壁片幫

0　引言

對(duì)于大采高綜放工作面來說，其采煤方法明顯優(yōu)于分層開采，主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為生產(chǎn)能力大，采煤工序簡(jiǎn)單，單產(chǎn)量高，巷道的維護(hù)量和掘進(jìn)量較小等，是我國目前開采緩傾斜厚煤層的主要發(fā)展方向。大量煤礦生產(chǎn)實(shí)踐表明大采高綜放工作面的礦壓顯現(xiàn)加劇，易發(fā)生煤壁片幫而導(dǎo)致端面頂板跨落，存在明顯的安全生產(chǎn)隱患，直接影響大采高綜放工作面的正常推進(jìn)。所以說有效控制煤壁片幫是大采高綜放工作面穩(wěn)產(chǎn)高效的關(guān)鍵。

1　煤壁片幫機(jī)理

煤壁片幫是煤體在礦山壓力作用下，破碎后滑塌下來的一種礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象。煤體在尚未開采前，應(yīng)力相對(duì)保持平衡，當(dāng)煤體開采后，煤體中的應(yīng)力進(jìn)行重新分布，在煤壁前方就產(chǎn)生了超前支承壓力，此時(shí)的水平應(yīng)力迅速減小，而垂直應(yīng)力迅速增大。由于煤壁內(nèi)煤體處于二向應(yīng)力狀態(tài)，其抗壓強(qiáng)度急劇降低，此時(shí)煤體必然率先達(dá)到強(qiáng)度極限后破壞，并且呈格里菲斯強(qiáng)度破壞特征，而后出現(xiàn)裂隙。隨著老頂?shù)闹芷趤韷海罕谑紫葧?huì)在節(jié)理裂隙比較發(fā)育的地方破壞，當(dāng)支承壓力達(dá)到一定值后，煤體就加劇破壞，從而造成煤壁片幫。

2　制約大采高綜采工作面煤壁片幫的因素

（1）自然因素。存在三種制約煤壁片幫的自然因素:1）煤體本身的特性：在完成工作面的回采之后，周期垮落的情況會(huì)形成于采空區(qū)上面巖層，進(jìn)而加劇了工作面煤壁的裂隙發(fā)育，受到超前支撐力的制約，固有的煤體構(gòu)造會(huì)松散，這減少了煤層的抗拉性，進(jìn)而在上面作用力制約下的煤壁將煤體擠出，出現(xiàn)片幫。2）工作面底板的制約：在工作面底板強(qiáng)度比較低的情況下，工作面支架會(huì)向底板陷入，從而難以移動(dòng)支架，這就難以實(shí)時(shí)地支護(hù)煤壁頂板，最終發(fā)生片幫的情況。3）地質(zhì)構(gòu)造的制約：重點(diǎn)指的是煤層弱面分布、節(jié)理裂隙、地質(zhì)碎裂帶的干擾，在工作面經(jīng)過這一系列地帶的時(shí)候，基于構(gòu)造應(yīng)力的制約，煤體破碎，就會(huì)出現(xiàn)煤壁片幫。

（2）工作面推進(jìn)速度。在工作面上面巖層周期性垮落的制約下，工作面的停采時(shí)間跟下沉量具備正比例的關(guān)系，停止工作面生產(chǎn)的時(shí)間愈長(zhǎng)，上面的頂板就愈加容易下沉，這會(huì)加重對(duì)煤壁的破壞壓縮作用，也愈加容易充分地發(fā)育煤壁裂隙。除此之外，煤層大部分是凹凸不平的節(jié)理面，在它兩個(gè)面具備比較小的相對(duì)位移的時(shí)候，凹凸的位置互相咬合且具備優(yōu)良的粘接性能，然而，停采時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致節(jié)理面形成大的相對(duì)位移，進(jìn)而使粘接性和摩擦性降低，最終容易形成煤壁片幫。

（3）支架因素。在支架難以對(duì)頂板進(jìn)行接觸的時(shí)候，就較難有效地體現(xiàn)其支護(hù)效果，這提升了煤壁承受的頂板壓力，在超過它的承受范圍的情況下，煤體會(huì)出現(xiàn)破壞與變形，片幫的情況也會(huì)隨之發(fā)生。另外，有些情況下，采煤速度會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)支架的速度比采煤機(jī)前進(jìn)的速度低，進(jìn)而使拉架滯后，難以實(shí)時(shí)性地互幫，進(jìn)而會(huì)造成煤壁片幫的情況。

（4）頂板壓力。在采掘過程不斷進(jìn)行的影響下，工作面上面的基本頂會(huì)發(fā)生周期性垮落的情況，業(yè)已出現(xiàn)斷裂的巖塊面臨回轉(zhuǎn)的失穩(wěn)，這導(dǎo)致加劇工作面頂板的下沉，從而造成直接頂出現(xiàn)破斷與變形，且在煤層上產(chǎn)生作用而形成位移。由于節(jié)理面跟基本頂回轉(zhuǎn)形成的剪切破壞方向趨同，這降低了工作面煤壁的抗剪性，因此出現(xiàn)片幫。

3　防治大采高綜采工作面煤壁片幫的措施

（1）煤體強(qiáng)度的提升。基于大采高綜采工作面受到上覆巖層壓力的制約，煤壁最容易出現(xiàn)剪切破壞與拉裂破壞這兩種形式。為了防止出現(xiàn)這一系列的破壞，煤壁本身強(qiáng)度的提升非常關(guān)鍵。而加固煤體應(yīng)當(dāng)注意煤壁片幫的程度，在出現(xiàn)部分破壞的煤體構(gòu)造的情況下，需要借助錨桿實(shí)施錨固。在較多煤壁裂隙或者是煤壁比較松軟的情況下，能夠通過注漿的形式實(shí)施加固。

（2）工作面推進(jìn)速度的加快。在持續(xù)推進(jìn)的工作面影響下，煤體自身的蠕變導(dǎo)致越來越大的煤體變形范圍，這也增加了處在塑性區(qū)范圍的煤體，這就務(wù)必控制頂板下沉量，除支護(hù)及時(shí)外，還應(yīng)當(dāng)加速推進(jìn)工作面。為了不對(duì)推進(jìn)速度產(chǎn)生影響，需要在較好頂板的范圍檢修裝置。

（3）有效及時(shí)地支護(hù)頂板。在采場(chǎng)回采的時(shí)候，如果跟移架速度進(jìn)行比較，采煤機(jī)割煤速度比較快，就會(huì)暴露更多的頂板，這會(huì)加大頂板承受的壓力，不便于維護(hù)頂板。這需要使采煤機(jī)停止工作，實(shí)時(shí)地支護(hù)頂板之后再回采。有效及時(shí)地支護(hù)頂板，就應(yīng)當(dāng)完善支架頂梁，強(qiáng)化應(yīng)用護(hù)幫板。采煤機(jī)進(jìn)行割煤的時(shí)候，在采煤機(jī)前兩支架的距離收起護(hù)幫板。在采煤機(jī)割煤之后，打開護(hù)幫板，這能夠使煤壁的支撐力減小，確保煤壁具備穩(wěn)定的受力。

（4）液壓支架工作阻力與初撐力的提升。倘若能夠使液壓支架的工作阻力與初撐力提升，那么就能夠減少煤壁片幫的情況。如果要想實(shí)現(xiàn)液壓支架工作阻力與初撐力的提升，就務(wù)必滿足：1）液壓支架完好地接觸頂板，應(yīng)當(dāng)具備支撐效果；2）不可過快地升架，應(yīng)具備足夠的時(shí)間實(shí)現(xiàn)初撐力的需要。采場(chǎng)為了確保液壓支架實(shí)現(xiàn)需要，還將初撐力保持閥進(jìn)行安設(shè)，進(jìn)而確保液壓架具備充足的初撐力，還通過高壓粟站系統(tǒng)為液壓支架供液，從而使液壓支架的工作阻力提升。

4　結(jié)論

總之，由于大采高綜放工作面由于頂板壓力較大，煤層普遍存在破碎嚴(yán)重的現(xiàn)象，通過適量注水可有效提高煤體的黏聚力與抗剪強(qiáng)度，減少片幫發(fā)生的幾率。控制煤壁片幫要重視頂板，煤體和支架間的相互作用關(guān)系，將頂板，煤壁和支架視為一個(gè)完整的體系，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作面圍巖的有效控制。

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作者簡(jiǎn)介：佟朋（1985—），男，山東鄒城人，2009年畢業(yè)于山東科技大學(xué)，助理工程師，研究方向：采礦工程專業(yè)。