廖武江

（兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦，山東 鄒城 273500）

大采高綜采工作面煤壁片幫機(jī)理分析及預(yù)防措施

廖武江

（兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦，山東 鄒城 273500）

在煤礦大型化與機(jī)械化的影響下，采煤工作面的高度持續(xù)提高，隨之出現(xiàn)了日益嚴(yán)重的煤壁片幫情況。這不僅僅不利于煤礦的順利生產(chǎn)，還給煤礦造成一定的安全隱患。在大面積出現(xiàn)煤壁片幫的時(shí)候，由于控頂距較大出現(xiàn)的上腹巖層壓力移向支架，導(dǎo)致支架的受力分散，從而造成破壞。為此，本文闡述了大采高綜采工作面煤壁片幫機(jī)理，以及大采高綜采工作面煤壁片幫的預(yù)防措施。

大采高；綜采工作面；煤壁片幫；預(yù)防

0 引言

因?yàn)榇蟛筛咭淮尾扇卟擅旱膬?yōu)點(diǎn)是安全、生產(chǎn)能力大、回收率高等，所以這促進(jìn)了大采高采煤機(jī)與液壓支架的研制，掀起了大采高技術(shù)和理論探究。當(dāng)前，厚煤層高效安全開采的重要方法是大采高一次采全高采煤。然而，因?yàn)閹r石的強(qiáng)度大于煤體的強(qiáng)度，再者，增加了割煤的高度，所以煤壁片幫的情況會(huì)出現(xiàn)。為此，大采高采煤需要解決的一個(gè)問題是煤壁片幫的預(yù)防。只有搞清楚煤壁片幫的機(jī)理，才可以切實(shí)有效地預(yù)防這種災(zāi)害，推動(dòng)煤礦高效和安全地開采。

1 大采高綜采工作面煤壁片幫機(jī)理分析

以理論作為視角對(duì)煤壁片幫的原因進(jìn)行探究，重點(diǎn)涵蓋以下內(nèi)容：煤壁力學(xué)特性、裂隙改變規(guī)律、支架工作阻力、基本頂回轉(zhuǎn)、支撐壓力、開采高度等，在開采煤礦的時(shí)候，增加采高，那么就會(huì)使得塑形區(qū)的區(qū)域與采動(dòng)裂隙的發(fā)育程度增大，降低煤體的強(qiáng)度，從而容易導(dǎo)致煤壁片幫。一些學(xué)者在測(cè)量實(shí)際數(shù)據(jù)之后，明確了支架工作阻力跟片幫程度之間的改變是相反的，即適當(dāng)?shù)卦黾庸ぷ髯枇τ欣?。工作面前方煤體屬于在力學(xué)上有著條件轉(zhuǎn)化性與間斷性的特殊結(jié)構(gòu)體，能夠明確，除了跟節(jié)理本身的力學(xué)特性相關(guān)，而且跟主平面和節(jié)理的裂隙和層理弱面有著較大的聯(lián)系。

1.1 煤層節(jié)理裂隙和層理弱面

煤層節(jié)理裂隙和層理弱面也是影響大采高綜采工作面煤壁片幫的一個(gè)重要因素，煤體是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體，它具有力學(xué)上的轉(zhuǎn)化性和不連續(xù)性，就是說在較多的裂隙組的共同影響下可能轉(zhuǎn)化為近似的各向同性，由于這種情況下的煤體的強(qiáng)度比較低，如果面對(duì)的是較少的裂隙組的影響就會(huì)明顯的具有各向異性。所以說影響煤壁片幫的其中之一重要的煤層節(jié)理裂隙和層理弱面發(fā)育程度。

1.2 大采高工作面的推進(jìn)速度

隨著大采高綜采工作面推進(jìn)速度的減慢，處于峰后壓酥狀態(tài)的煤壁會(huì)在殘余應(yīng)力作用下繼續(xù)發(fā)生塑性變形，并且隨著時(shí)間的不斷延長，煤壁的蠕變變形會(huì)持續(xù)的增大。

1.3 大采高綜采工作面開采采高

對(duì)于大采高綜采工作面來說，采高是影響煤體片幫的最重要的因素之一。隨著采高深度的增大，煤壁的片幫深度也呈非線性的增加。特別是當(dāng)采高超過了一定值以后，煤壁片幫的深度會(huì)急劇增加。

1.4 超前的支撐壓力

對(duì)于大采高綜采工作面來說，超前支撐壓力及其分布特征也是直接影響煤壁片幫的另外一個(gè)重要的因素。特別是隨著大采高綜采工作面的推進(jìn)，其前方煤體上會(huì)形成超前支撐壓力，在這種高應(yīng)力的作用下，煤體的前方會(huì)出現(xiàn)松弛區(qū)、松塌區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)應(yīng)力增高部分和彈性區(qū)原巖應(yīng)力區(qū)。在采深不變的條件下，隨著采高的增大，支撐壓力峰值就會(huì)降低，但是極限平衡區(qū)的寬度則會(huì)增加。在這種情況下則表明處于不穩(wěn)定狀態(tài)的煤體寬度增大，煤壁片幫的可能性增大。

1.5 支架的初撐力

隨著支架初撐力的提高，為了使支架支撐時(shí)能較快達(dá)到工作阻力狀態(tài)，以防止頂板過早離層破碎，初撐力的設(shè)計(jì)值取大些較有利將會(huì)使液壓支架快速進(jìn)入充分工作狀態(tài)，降低頂板下沉量，進(jìn)而降低作用在煤壁上方的作用力，從而抑制煤壁片幫。

1.6 初次來壓和周期來壓

當(dāng)大采高綜采工作面老頂來壓時(shí)，頂板的壓力隨之劇增，使得煤壁被壓酥而加劇片幫。

2 大采高綜采工作面煤壁片幫的預(yù)防措施

2.1 煤壁的加固

煤壁的加固，能夠使得它的強(qiáng)度增加。在煤體松軟破碎的時(shí)候，能夠借助相應(yīng)彈性的材料，像是樹脂錨桿對(duì)煤壁進(jìn)行加固，也能夠通過化學(xué)錨固的手段。

2.2 推進(jìn)速度的增快

在工作面推進(jìn)速度越來越快的影響下，每一個(gè)循環(huán)頂板下沉量得以減少，如此能夠?qū)γ罕谄瑤偷那闆r進(jìn)行大大地抑制，鑒于此，推進(jìn)速度的增快能夠顯著地減少煤壁片幫的情況。

2.3 采高的控制

在增大的采高影響下，越容易出現(xiàn)煤壁片幫。為此，能夠?qū)Σ筛哌M(jìn)行適當(dāng)?shù)亟档?，從而減少煤壁片幫的出現(xiàn)。

2.4 工作阻力的提高

通過證實(shí)，比較高的工作阻力可以使得直接頂?shù)碾x層量減少，從而使得頂板的穩(wěn)定性提高，以及減少集中應(yīng)力的情況，最終有效地減少出現(xiàn)煤壁片幫。

2.5 支架護(hù)板的安裝

在大采高工作面煤體的塑性范圍之內(nèi)，受到支撐壓力的影響，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的水平位移，為此，安裝支架護(hù)板會(huì)起到一定的抑制功效，從而大大地減少發(fā)生煤壁片幫的情況。

2.6 支架初撐力的提高

在支架支撐力比較低的情況下，需要使支架的支撐力提高。而導(dǎo)致支架支撐力低是由于不適當(dāng)?shù)牟僮黜樞?、支撐操作時(shí)間過短或不夠長導(dǎo)致。鑒于此，支架工人在操作升架的時(shí)候，需要認(rèn)真地觀看立柱壓力表體現(xiàn)的數(shù)字和顯示屏當(dāng)中記錄的初撐力讀數(shù)，只有如此，才可以確保準(zhǔn)確的操作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)較為理想的初撐力。也只有如此，才能夠更好地對(duì)頂板下沉進(jìn)行控制，最終減少出現(xiàn)煤壁片幫。

2.7 其它措施

除上述預(yù)防措施之外，還存在一系列減少片幫出現(xiàn)的措施，像是采煤機(jī)截深的減少、深孔松動(dòng)爆破、實(shí)時(shí)支護(hù)、牽引速度的提高、帶壓移架、俯斜回采，以及煤層高壓注水等等都可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的防護(hù)效果，大大地減少煤壁片幫的出現(xiàn)。

3 結(jié)論

總之，預(yù)防煤壁片幫這項(xiàng)工作非常系統(tǒng)和復(fù)雜，在技術(shù)條件與地質(zhì)條件存在差異的影響下，能夠采取不相同的措施。對(duì)于煤礦大采高工作面來講，褶曲、節(jié)理、裂隙、斷層等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，會(huì)導(dǎo)致頂板的漏冒，再者，煤質(zhì)軟和煤層采高大，會(huì)導(dǎo)致比較嚴(yán)重的煤壁片幫。為此，怎樣更好地控制大采高綜采工作面的煤壁片幫，這是煤礦得以高效和安全采掘的一項(xiàng)關(guān)鍵事項(xiàng)，需要引起足夠的重視。

［1]史元偉.采煤工作面圍巖控制原理和技術(shù)［M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003：3-30.

［2]弓培林.大采高采場(chǎng)圍巖控制理論及應(yīng)用研究［M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2006：4-6.

廖武江（1982—），男，湖南衡陽人，2006年畢業(yè)于河南理工大學(xué)采礦專業(yè)，助理工程師。