懸移支架機采放頂煤工作面防治片幫關鍵技術研究

王志浩　賀威威

【摘 要】42051機采工作面煤壁的片幫主要與煤體的頂板壓力、抗剪強度、煤體性質有關，增大支架的工作阻力以減緩煤壁壓力或進行煤壁注水以提高煤體抗剪強度是防止煤壁片幫主要途徑，使煤層片幫和頂煤脫落現(xiàn)象得到有效控制，保證了工作面的正常推進，減少了因處理片幫和頂煤脫落而帶來的不安全隱患，收到了較好的效果。

【關鍵詞】“三軟”煤層；煤層片幫；防治片幫技術

鄭州礦區(qū)回采的煤層為“三軟”煤層，煤層松軟破碎、易片易掉，楊河煤業(yè)42051是采用整體頂梁懸移支架配合采煤機機采工藝，采煤機割煤后煤壁暴露面積較大，工作面切巷較長，回采進度慢，同時受到老空老巷的影響，煤壁片幫問題是制約安全生產(chǎn)的關鍵因素，因此，治理煤壁片幫問題成為該工作面急需解決的問題。

1 松軟煤層煤壁片幫類型及分析

煤壁片幫主要是由于各向受力不均引起的煤壁破壞現(xiàn)象。煤壁在自重和頂板壓力作用下，主要表現(xiàn)出拉裂破壞和剪切破壞兩種破壞形式。

1.1 煤壁拉裂破壞

煤壁拉裂破壞較多的發(fā)生在脆性硬煤中，該類煤層煤壁容許的形變量較小。該類煤壁片幫破壞的原因主要是由于在頂板壓力作用下，煤壁內(nèi)產(chǎn)生了橫向拉應力，而橫向拉應力不能通過煤體的變形釋放或者緩解，因此，當其大于煤體的抗拉強度時，煤壁就產(chǎn)生拉裂破壞，從而產(chǎn)生煤壁片幫。

1.2 煤壁剪切破壞

對于軟煤層而言，在煤體自重及頂板壓力作用下，在煤壁內(nèi)煤體也會產(chǎn)生橫向的拉應力，但是軟煤層的橫向及蠕動變形會釋放或緩解由于壓縮而產(chǎn)生的橫向拉應力，最終由于煤壁內(nèi)的剪應力大于抗剪強度而發(fā)生剪切滑動破壞，實際的剪切滑動面大部分為曲面，假如煤壁高度和片幫高度不大，將其簡化為平面（如圖1所示），按照莫爾強度理論及破壞準則可表述為沿著剪切面的抗剪力D減去該面上的滑動力S；

上述煤壁片幫機理分析表明，無論是煤壁的拉裂破壞還是剪切破壞，主要與煤體的頂板壓力、抗剪強度、煤體的物理力學性質有關。因此，減小煤壁所受的頂板壓力、改變煤體的物理力學性質和提高煤體的抗剪強度，將是解決煤壁片幫問題的主要技術途徑。

1.3 煤壁撓度的計算

為簡化分析，計算煤壁在頂板壓力作用下的撓度可作如下假設：（1）不考慮煤壁的剪切變形；（2）不考慮煤壁垂直方向上的壓縮變形；（3）不考慮煤壁的重力影響；（4）忽略水平作用下對煤壁片幫的影響。

上述煤壁片幫的力學分析表明，楊河煤業(yè)42051工作面煤壁主要發(fā)生的是剪切破壞，片幫主要部位是煤壁的中部。但無論是煤壁的拉裂破壞還是剪切破壞，煤壁最大撓度點在距底板0.65倍處。可以看出，煤壁的片幫主要與煤體的頂板壓力、抗剪強度、煤體性質有關，增大支架的工作阻力（或放頂煤開采使得承壓遠離煤壁）以減緩煤壁壓力或進行煤壁注水以提高煤體抗剪強度是防止煤壁片幫主要途徑。

2 煤壁防治片幫技術

2.1 提高支架工作阻力

對于放頂煤開采，支架除了做到對頂煤的全封閉外，支架合理的工作阻力既要能夠支承頂板、抵抗頂板來壓，又要能夠緩解煤壁壓力，減緩甚至消除煤壁片幫和斷面漏冒。從支撐頂板的要求出發(fā)，所需要的支架工作阻力并不大，但是從緩解煤壁的片幫而言，高工作阻力可以減小煤壁處壓力，有利于緩解煤壁片幫。

2.2 煤壁淺孔注水技術

由于“三軟”煤層具有強度低，易破碎特點，因此選擇合適的注水壓力對煤壁的養(yǎng)護，透水半徑，注水效果影響較大，通過注水實驗注水壓力超過5MPa，煤壁由于注水壓力過大易造成人為的片幫，低于3 MPa擴散半徑太小，注水時間長，注水效果差，因此注水壓力控制在3～5MPa之間。

2.3 其他煤壁片幫防治技術

（1）加強支架的支護質量，確保所有支架均達到初撐力，尤其是來壓前，要將支架調到最佳狀態(tài)，使懸液支架的頂梁平行，并保證接頂質量，確保支架平、嚴、實、安全閥靈敏可靠。

（2）采取帶壓拉架方式進行支架拉移，拉移時，要有專人觀察托梁、上擋矸板的情況，如有意外立即停止，待處理正常后再行操作；移架后支架的前柱應與頂梁垂直，后柱前傾2～3°，保證支護有力。

（3）帶壓拉架技術。

（4）加快工作面推進速度

2.4 取得的效果

（1）提高了開機率，改進后大大減少停機支護時間，采煤機開機率由原來的19%，提高到30.5%，提高了經(jīng)濟效益。節(jié)約了大量的支護材料，降低了噸煤成本。

（2）通過改進采煤工藝、調整液壓支架的工作狀態(tài)，采用綜合防治煤壁片幫技術有效防治了煤壁片幫嚴重現(xiàn)象，使對煤層片幫的治理由被動支護變?yōu)橹鲃臃雷o，使煤層片幫和頂煤脫落現(xiàn)象得到有效控制，保證了工作面的正常推進，減少了因處理片幫和頂煤脫落而帶來的不安全隱患，收到了較好的效果。

[責任編輯：劉展]