長平煤礦大采高工作面煤壁片幫及原因分析

任大鵬

摘要：煤壁片幫一直制約著煤礦安全生產的重要因素之一，煤壁片幫的原因的探究是前提。本文以長平煤礦大采高工作面為研究背景，實測了煤壁片幫情況，并對煤壁片幫的原因進行了定性、定量分析，為制定煤壁片幫措施提供了良好的基礎。

關鍵詞：煤壁片幫；大采高；片幫原因

中圖分類號：TD323 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2017）003-0-02

煤壁片幫屬于典型的礦山壓力現象之一，是嚴重制約煤礦安全生產重要影響因素之一[1-2]。煤壁片幫是工作面上發生一種動力現象，尤其是在厚煤層較硬煤層中，煤壁片幫發生時伴隨較大的動力現象，使人或者設備發生不同程度的折損和傷害，而煤壁防治之前，需要清楚的了解煤壁片幫情況和煤壁片幫的原因則至關重要[3-4]。

一、工程概況

長平煤礦目前主采3#煤層，煤層厚度平均5.84m，采用綜合機械化一次采全高采煤工藝，煤層老頂多為細粒砂巖，平均厚度11.2m，直接頂為砂質泥巖，平均厚度為2.94m，直接底為砂質泥巖，平均厚度為1.94m，老底為為粉砂巖，平均厚度為1.50m，由于煤層厚度比較大，工作面回采時經常發生煤壁片幫的情況，嚴重制約了礦井的安全高效生產。

二、長平煤礦煤壁片幫形式以及實測情況

1.煤壁片幫形式

長平煤礦煤壁片幫主要形式有重力滑落式片幫、壓剪式片幫和橫拱形片幫。重力滑落式片幫最為常見，片幫深度較小；壓剪式片幫主要發生在頂板來壓期間，片幫深度大；橫拱形片幫在工作面內較少發生，多發生于巷道內。當工作面通過構造帶時，工作面煤壁受力復雜，片幫嚴重，各種片幫形式均有出現。

2.工作面煤壁片幫實測

工作面片幫情況實測情況如下：初次來壓期間煤壁片幫比較嚴重，最大片幫深度為1.8m，片幫位置在煤壁中間，煤壁片幫長度為工作面長度的62%；工作面周期來壓期間，片幫深度最大1.5m，片幫累計長度約50%，片幫高度也主要煤壁中間；非來壓期間，煤壁片幫最大深度1.0m，片幫率一般為30%。

三、長平煤礦煤壁片幫原因分析

1.采高對煤壁片幫的影響

工作面煤層被開采，圍巖應力重新分布，應力發生轉移，局部應力大，超出了煤壁抵抗強度，首先發生破壞。采高的大小，決定了冒落帶的高度，采高越大，冒落帶高度越大，懸臂梁理論認為，煤壁所承受的壓力越大，煤壁越容易片幫。煤壁片幫深度與工作面實際采高的關系如圖1所示。

2.護幫板水平推力對片幫和冒頂的影響

利用數值模擬軟件，模擬支架護幫板水平推力分別為0kN、100kN、200kN、300kN、400kN、500kN這6種情況下，對煤壁片幫和冒頂的影響。

模擬結果表明，當護幫板水平推力F為0kN、l00kN、200kN時，空頂區附近的頂煤以剪切破壞為主，破壞區域隨著水平推力增大有所減小，破壞深度均達3.0m，割煤高度范圍內的煤體有明顯向后鼓起，隨著水平推力增大，后鼓起程度有所減小，剪切破壞范圍延伸到煤壁前方5.0m左右，破壞發生嚴重區域在煤壁中間，均深1.5m。當護幫板水平推力F為300kN、400kN、500kN時，空頂區附近的頂煤破壞區域隨著水平推力增大繼續減小，破壞深度減少到2.0m，割煤高度范圍內的煤體向后鼓起繼續減少，減少至不明顯，剪切破壞范圍減少到4.0m左右，破壞發生嚴重區域也在煤壁中間，但深度已減少至1.0m。

從圖2中可以看出，護幫水平力與頂板下沉量呈近似線性關系，呈遞減趨勢，也就是隨著水平推力增大，下沉量呈近線性遞減，300kN為轉折點，達到300kN繼續增大時，頂板下沉量減少緩慢。也就是說當護幫板的水平推力為300kN時，防治煤壁片幫的功能已達到極限，300kN為最佳護幫板的水平推力。

總而言之，護幫板水平推力也是影響煤壁片幫的因素之一，適當增加護幫板水平推力有助于防止煤壁片幫的發生，但水平推力增大到一定程度后，對煤壁片幫的影響不是很大了，結合長平煤礦實際情況，建議長平煤礦的工作面支架水平推力大小應在250～350kN之間。

3.支架初撐力對煤壁片幫深度的影響

利用數值模擬軟件，模擬當支架初撐力為2000kN、4000kN、6800kN、8000kN四種狀況下的煤壁破壞狀況。

從模擬的位移圖可以看出：不同的支架初撐力，煤壁破壞程度不同，當支架初撐力為2000kN、4000kN、6800kN、8000kN時，煤壁破壞的深度分別為3.5m、3m、2m、1.5m，可以看出隨著支架初撐力增大，煤壁破壞深度越小，但減小程度不是隨著初撐力增大呈線性減少，初撐力較小時對煤壁破移動破壞影響較大，隨著初撐力增大，影響逐漸減小，當初撐力達到一定值時，對煤壁移動破壞影響幾乎不影響。因此，如何使支架有合理的初撐力對煤壁片幫有一定的影響，結合本礦情況，初撐力應在6800 kN左右比較合理，對煤壁片幫防治有一定作用。

四、結語

本文針對長平煤礦煤壁片幫情況進行了現場觀察實測，并對煤壁片幫進行了定性、定量分析，為煤壁片幫的防治提供理論基礎，也為相似工作面的煤壁片幫情況提供借鑒經驗，具有一定的意義。

參考文獻：

[1]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2003.

[2]劉洪偉，劉衛方.采煤工作面煤壁片幫影響因素研究[J].煤炭技術，2006，25（10）：136-137.

[3]方新秋，何杰，李海潮.軟煤綜放面煤壁片幫機理及防治研究[J].中國礦業大學學報，2009，38（5）：640-644.

[4]楊培舉，劉長友，吳鋒鋒.厚煤層大采高采場煤壁的破壞規律與失穩機理[J].中國礦業大學學報，2012，41（3）：371-377.