提升大采高工藝開采效率研究

閆耀中

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)浙能麻家梁煤業(yè)公司，山西 朔州 036000）

1 工作面煤壁片幫觀測及分析

對實(shí)際生產(chǎn)中工作面礦山壓力現(xiàn)象規(guī)律和片幫現(xiàn)象的特征進(jìn)行分析，為后續(xù)治理大采高工藝對應(yīng)的煤壁片幫現(xiàn)象提供支撐。

1.1 工作面礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律分析

根據(jù)工作面的實(shí)際情況，重點(diǎn)對傾斜工作面液壓支架的受力情況進(jìn)行分析，并劃分為上部觀測區(qū)域、中部觀測區(qū)域以及下部觀測區(qū)域；其中，上部區(qū)域的重點(diǎn)觀測對象為47#液壓支架，中部區(qū)域?yàn)?9#和33#液壓支架；下部位9#和15#液壓支架。在上述區(qū)域中安裝KJ377 的礦山壓力的動態(tài)監(jiān)測設(shè)備，其主要是對所在區(qū)域液壓支架前后的工作壓力進(jìn)行測定。

不同區(qū)域液壓支架的工作阻力監(jiān)測結(jié)果及其利用率核算，如表1 所示：

表1 液壓支架工作阻力監(jiān)測結(jié)果及其阻力利用率

總的來講，大采高開采工藝下綜采工作面液壓支架的初次來壓和周期來壓相對明顯；但是，初次、周期來壓對應(yīng)的強(qiáng)度和步距與工作面圍巖的載荷、跨距以及力學(xué)性質(zhì)相關(guān)[1]。具體總結(jié)如下：

1）經(jīng)分析，工作面初次來壓對應(yīng)的步距為43 m，而周期來壓的范圍在13～18 m 之間；而且，初次和周期來壓的持續(xù)時(shí)間平均為3 d。在初次和周期來壓期間，所在區(qū)域液壓支架在的工作阻力為6 500 kN 左右；大部分液壓支架后柱的工作阻力均大于前柱。

2）工作面在非來壓期間，即在正常推進(jìn)時(shí)，液壓支架的工作阻力的利用率最高達(dá)到73.13%，最低為57.15%；說明，工作面在正常推進(jìn)的過程中，液壓支架的工作阻力較高且阻力變化不穩(wěn)定，導(dǎo)致上述現(xiàn)象的主要原因?yàn)橐簤褐Ъ芏嘟佑|的頂板情況相對復(fù)雜，給予液壓支架沖擊性的來壓。

1.2 工作面煤壁片幫特征分析

在實(shí)際生產(chǎn)中，對工作面發(fā)生煤壁片幫時(shí)對應(yīng)的液壓支架的工作阻力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出在2020 年12 月到2021 年8 月期間內(nèi)煤壁發(fā)生片幫時(shí)液壓支架的工作阻力進(jìn)行劃分。對觀測期間煤壁發(fā)生片幫的事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出如下結(jié)論：

1）30#液壓支架對應(yīng)工作面煤壁的片幫事故最嚴(yán)重，其對應(yīng)的冒頂深度為5～6 m；

2）在15#—20#和40#液壓支架所在區(qū)域的工作面頂板出現(xiàn)了垮落現(xiàn)象；

3）工作面大部分液壓支架所在區(qū)域的片幫深度為1.0～1.8 m 之間。

總的分析，工作面煤壁片幫事故具有頻次高、范圍大、分區(qū)域、蔓延性等特征[2]。其中，范圍大主要表現(xiàn)在工作面的中部區(qū)域和上部區(qū)域，工作面下部區(qū)域不容易發(fā)生片幫現(xiàn)象。發(fā)生煤壁片幫事故的區(qū)域占據(jù)了工作面長度的1/3。

2 大采高工藝煤壁片幫控制的工程實(shí)踐

可以說，煤壁片幫是影響大采高開采工藝發(fā)揮效率的關(guān)鍵問題；而且，當(dāng)煤壁出現(xiàn)片幫的問題后還會進(jìn)一步誘發(fā)頂板的漏冒，嚴(yán)重威脅著工作面的安全生產(chǎn)[3]。將根據(jù)某礦導(dǎo)致煤壁片幫的具體原則提出相應(yīng)的控制煤壁片幫的措施，并對其控制效果進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1 煤壁片幫的控制措施

根據(jù)某礦煤壁片幫的特征和原因分析，提出相應(yīng)的治理煤壁片幫的措施。

2.1.1 保證工作面頂板-煤壁-支架-底板系統(tǒng)的穩(wěn)定性

為保證煤礦工作面頂板-煤壁-支架-底板所組成系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可采取如下措施：

1）保證液壓支架工作阻力和各操作工序的合理性。

2）對現(xiàn)有液壓支架進(jìn)行改造，尤其是針對液壓支架的護(hù)幫板和伸縮頂梁，改造后的液壓支架可對煤幫進(jìn)行支護(hù)。

3）根據(jù)工作面的實(shí)際情況，將切眼采用“楔形”的方式進(jìn)行布置，如圖1 所示。

圖1 工作面開切眼的“楔形”布置方式

如圖1 所示，為保證工作面頂板-煤壁-支架-底板所組成系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將1-10#液壓支架采用降坡段的方式進(jìn)行布置；將11#—60#液壓支架采用“楔形”的方式進(jìn)行布置。

2.1.2 對工作面煤壁進(jìn)行超前加固

工作面煤壁強(qiáng)度較低是發(fā)生煤壁片幫的關(guān)鍵核心因素。因此，可對煤壁進(jìn)行超前加固以緩解工作面煤壁片幫的現(xiàn)象[4]。具體措施為在在煤壁中充填特種材料，從而達(dá)到提高煤壁整體強(qiáng)度的目的。具體操作如下：在工作面煤壁上布置兩排錯(cuò)位的注漿孔。為保證最終的超前加固效果，注漿孔的深度為9 m，注漿孔之間的間距確定為3.5 m，注漿孔的直徑為42 mm，注漿壓力為4.2 MPa。此外，隨著工作面的不斷推進(jìn)，每推進(jìn)6 m 均需對煤壁進(jìn)行加固依次。煤壁逐漸孔的布置方式，如圖2 所示。

圖2 煤壁超前加固注漿孔布置示意圖

2.2 煤壁片幫控制效果

將上述煤壁片幫控制措施在工作面按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)施后，通過對液壓支架工作狀態(tài)的監(jiān)測反應(yīng)煤壁片幫的控制效果。煤壁片幫控制措施應(yīng)用后工作面液壓支架平均工作阻力應(yīng)用前對比情況，如表2 所示。

表2 煤壁片幫控制措施的應(yīng)用效果對比

如表2 所示，煤壁片幫控制措施實(shí)時(shí)后，液壓支架的平均工作阻力均減小，對應(yīng)的液壓支架利用率也明顯降低，最大減幅為11.6%；可以說明，煤壁片幫控制措施應(yīng)用后，工作面頂板對液壓支架的沖擊載荷減小，從而有效降低了工作面頂板對煤壁的覆巖載荷作用。

同時(shí)，在監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)：煤壁片幫控制措施應(yīng)用后，工作面頂板初次垮落步距減少了17 m，周期來壓步距減少了5 m，基本頂?shù)某醮蝸韷翰骄鄿p少了13 m；說明，液壓支架所承受的工作面頂板的來壓強(qiáng)度和載荷減小。

總的來講，煤壁片幫的控制措施有效降低了工作面頂板對煤壁的壓力作用；而且在工作面中上部區(qū)域發(fā)生片幫現(xiàn)象的范圍和次數(shù)也明顯降低。

3 結(jié)語

大采高工藝在綜采工作面的應(yīng)用極大的提升了工作面的開采效率和回采率。但是，大采高的技術(shù)特點(diǎn)導(dǎo)致工作面容易發(fā)生煤壁片幫的現(xiàn)象，從某種程度上制約了大采高工藝的應(yīng)用效果。本文以某礦生產(chǎn)為實(shí)例，開展了關(guān)于大采高工藝對應(yīng)煤壁片幫控制的研究，總結(jié)如下：

1）在來壓生產(chǎn)期間作面頂板的次來壓對應(yīng)的步距為43 m，而周期來壓的范圍在13～18 m 之間，液壓支架在的工作阻力為6 500 kN 左右；而且在非來壓期間，液壓支架的工作阻力的利用率最高達(dá)到73.13%，最低為57.15%；

2）工作面煤壁片幫事故具有頻次高、范圍大、分區(qū)域、蔓延性等特征，發(fā)生煤壁片幫事故的區(qū)域占據(jù)了整個(gè)工作面長度的1/3；

3）實(shí)踐表明：煤壁片幫控制措施實(shí)施后，液壓支架的平均工作阻力均減小，對應(yīng)的液壓支架利用率也明顯降低，最大減幅為11.6%；工作面頂板初次垮落步距減少了17 m，周期來壓步距減少了5 m，基本頂?shù)某醮蝸韷翰骄鄿p少了13 m；整體上效降低了工作面頂板對煤壁的壓力作用，工作面中上部區(qū)域發(fā)生片幫現(xiàn)象的范圍和次數(shù)也明顯降低。