大傾角煤層長壁大采高綜采工作面煤壁穩定性分析

裴亮

摘 要：當前，在煤礦開采過程中，大采高采是非常常見的采煤形式，其工作面煤壁的穩定性控制比較復雜，做好該項工作，能夠提高煤礦開采效果。基于此，文章主要以大傾角煤層長壁大采高綜采工作面為例，對其煤壁的穩定性進行了分析，以期能夠為煤礦開采奠定基礎。

關鍵詞：大傾角煤層；大采高采工作面；煤壁；穩定性

在煤礦開采過程中，大傾角大采高采條件比較復雜，安全開采難度也比較大，若煤壁失穩則會降低大傾角大采高采的生產效率，誘發頂板失穩形成冒頂，降低支架的機械效率，冒落的矸石塊在外部條件的影響下極易形成飛矸，影響煤礦開采的安全。因此，對大傾角煤層長壁大采高綜采工作面煤壁穩定性進行分析，對提高頂板穩定性，保證采煤的安全，提升采煤效率有著重要意義。

一、大傾角煤層長壁大采高工作面煤壁穩定性影響因素

（一）采高對煤壁穩定性的影響

在特定地質條件下，采高會直接影響覆巖破壞狀況。根據粗略估算，經化簡可得如下頂板下沉量公式：

其中， 為頂板下沉量（m）； 為頂板下沉系數，特定的地質條件下，其為常數；m為工作面采高；L為控頂距，m。通過頂板下沉量公式可知，地質條件一定的情況下頂板下沉量與采高成正比關系，即采高越大，頂板下沉量越大，頂板的下沉可為高位巖層的運移提供空間，此亦表明隨采高增大，同位置處頂板受影響層位升高。

（二）工作面偽斜角對煤壁穩定性的影響。大傾角煤層角度大，設備等穩定性降低，為減小傾角對于機械設備穩定性的影響，通常將工作面偽斜布置，由于偽斜角的作用工作面會形成偽傾角，偽傾角與煤層傾角、偽斜角滿足以下關系：。偽斜角的大小將直接決定工作面傾角（偽傾角） 的大小，而偽傾角將替代煤層傾角直接影響工作面生產。

（三）支架支護阻力對煤壁穩定性的影響。在大傾角工作面開采過程中，支架阻力與礦壓的平衡關系對于工作面圍巖穩定性控制極為重要。但是，由于大傾角大采高采的傾角比較大，矸石易向下滑移，容易形成上部懸空，中部填滿，下部填實的垮落形態，而下部采空區充填程度高能對很好的反作用頂板而易形成“支架—煤壁—矸石”支撐結構，頂板承受的壓力即為支架、煤壁、矸石壓力之和，且支架支護阻力對煤壁的穩定性影響較大。

（四）推進速度對煤壁穩定性的影響。推采過程中，頂板由于采空區提供了運移空間會下沉，且此過程中時間會對頂板下沉量產生影響，實測中常常反應出頂板下沉量是時間的函數。頂板下沉量越大，煤壁處應力集中程度越高，高強度壓力的作用易影響煤壁穩定性而發生破斷、片（滑）等破壞。

（五）煤體力學特性對煤壁穩定性的影響。大傾角大采高開采后，會形成支架——煤壁支承體系，頂壓經硬頂傳遞形成支承壓力超前煤壁一段距離形成集中作用區，煤體在其作用下則會發生變形、運移等破壞，若工作面屬于軟煤，則其承載能力弱，受高強度作用力時極易失穩，且大采高采提供的變形空間大，更加劇了煤壁失穩。

二、大傾角煤層長壁大采高采工作面煤壁失穩控制措施

（一）支架穩定性的控制。在大傾角工作面開采過程中，為了保證支架的受力，需要及時更換支架損壞的零部件，為支架的穩定性狀態奠定基礎；工作面開采后，技術人員應及時移架，縮短空頂時間，并在較短時間內將支架升到位，達到控制頂板所需阻力（初撐力），初撐力升至支架工作阻力的80%，調整好防倒、防滑裝置；開采過程中，還需要及時打開護幫板，提高其利用率，并在采煤、清浮煤時超前采煤機2-3架收回護板幫，采煤機過后立即打開，降低煤壁采空區方向無約束狀態時間；加強工作面支架管理監督制度，及時發現卸壓支架，并對此類問題及時處理，防止支架在煤體開采后出現支架阻力下降，而導致煤壁承受較高的壓應力；加強員工培訓，使其具備操控支架的基本技能。

（二）調整偽斜角。當前，在大采高綜采工作中，其采高大都在3.5m左右，這樣能夠降低片幫冒頂的幾率。因此，在控制煤壁穩定性時，開采人員應嚴格控制生產期間的采高，并對生產班中的采高進行實時監測，及時與相關人員溝通，避免生產班中各區域不同采高的情況。此外，偽傾斜角在煤壁穩定性控制過程中的作用也比較大，開采人員需要依據工作面情況選擇合適的偽斜角，一般偽斜角度應小于3°，并對其進行實時監測，確保工作面偽斜角處于合理的變化區間內，避免偽斜角過大或者過小而造成煤壁加、卸載應力變化狀態。

（三）調整推采速度，優化頂板預爆破。在大傾角大采高綜采工作中，推采速度直接影響著推采時間，進而影響著煤壁受力時間。因此，要控制煤壁的穩定性，就需要在工作面安全生產的前提下，適當提高工作面推進速度（大于3m/d），降低短期礦壓顯現程度，從而縮短同位置處煤壁受力時間。此外，在原有超前工作面上方深孔預爆破弱化頂板方案的基礎上，通過增添兩巷與工作面斜向切頂方式，能夠進一步弱化硬頂，防止頂板懸露過長、懸頂范圍過大，避免煤壁不穩現象的發生。

三、結語

綜上所述，在大傾角大采高綜采過程中，其煤壁的穩定性容易受到各種因素的影響，使得煤礦開采效率及安全受到干擾。對此，煤礦企業在大采高綜采中，應加大對煤壁穩定性的控制力度，合理控制各工藝參數，提高煤壁的穩定性。

參考文獻：

[1]孟超.大傾角大采高工作面煤壁失穩機理及控制[D].中國礦業大學，2013.

[2]沈漢星.大采高煤層注水對煤壁穩定性影響研究[D].西安科技大學，2015.endprint