大采高工作面煤壁片帮治理研究

大采高工作面煤壁片帮治理研究

杨振宏

新汶矿业集团有限责任公司翟镇煤矿

【摘要】基于大采高工作面更易于发生煤壁片帮，进而引发端面冒顶的普遍现象，总结了大采高工作面煤壁片帮的危害性，分析了大采高工作面影响煤壁片帮的主要因素。在分析导致大采高工作面煤壁片帮原因的基础上，提出了预防煤壁片帮的技术措施。

【关键词】大采高综采；工作面煤壁片帮；预防措施

引言随着大采高综采液压支架的推广应用，3.5～5m厚煤层一次采全高的工作面越来越多。如冀中能源的段王矿，徐州局的权台矿等。但是，一些大采高工作面煤壁片帮严重。片帮、架前冒顶、支架失稳风险大大增加，所以对其工作面矿压控制技术提出了更高的要求。据统计，因片帮阻塞采煤机通过通常发生在采煤机上向运行中，大采高工作面因发生大面积片帮而影响煤机开机率的时间超过单班生产时间的5%，严重影响煤矿的安全高效生产。

1大采高煤壁片帮的危害一次采全厚的大采高综采技术已成为目前厚煤层安全高效开采的重要途径。但是，随着一次回采煤层厚度的增加，大采高工作面煤壁片帮和导致顶板漏冒的概率加大，增加了工作面顶板管理和安全生产的难度。对于大采高工作面来说，煤壁片帮的危害主要表现在以下几个方面：

（1）增大端面距，发生冒顶事故。工作面发生片帮时，尤其是发生大面积片帮事故，片帮深度可以超过1m，这就加大了支架与煤壁之间的端面距。这时如果液压支架不能及时对裸露的顶板支护，在支架上覆岩（煤）层松软、破碎的情况下，就容易发生架前冒顶事故，不仅给安全带来一定的隐患，而且在冒顶严重时还需要进行处理，影响工作面的正常生产。

（2）压死溜槽链子，砸坏支架立柱。大采高工作面发生大面积片帮时，容易形成体积很大块煤，高度超过3m。如此大面积的煤壁片落会压死溜槽链子，还可能砸到支架立柱上，砸坏立柱，发生机械事故，影响产能和效率。

（3）伤害工作面作业人员。片帮通常发生在运转的采煤机前后。这是因为在采煤机通过前，要回收支架的护帮板，离开护帮板保护的煤壁在受到采煤机震动时，容易片落；采煤机通过后，增大了工作面的端面距，在支架没有及时支护新暴露的顶板前，矿山压力重新分配，加大了煤壁的承受压力，容易发生煤壁片帮。而这时，工作面的作业人员（包括煤机司机和移架工）正好位于煤机前后，片落的煤块容易伤害操作人员。

（4）降低设备开机率。工作面发生片帮时，特别是发生大面积片帮时，极易产生大块、超大块煤。虽然采煤机配有破碎滚筒，但其破碎能力非常有限，不能对这些大块煤有效破碎。这些大块、超大块煤会被阻挡在转载机进口处，堵塞煤流。这时只能停机，人工破碎大块煤。因此大采高工作面常常因产生大块煤而停机，影响设备的开机率。

2煤壁片帮原因分析

2.1煤质情况煤层松软时，顶板稍有压力就能压垮煤壁，发生煤壁片帮现象；但是如果煤层硬度大，在顶板完整性较好的情况下，也容易发生煤壁片帮现象。而且，硬煤发生片帮时，危害更大。这是因为片帮其实就是其内部积蓄能量的瞬时释放，通常情况下，硬煤在发生变形时，需要积蓄的能量远远大于松软煤层需要的能量，这样，发生片帮时，硬煤释放的能量就大于松软煤层释放的能量。因此，发生片帮时，硬煤造成的危害比松软煤层造成的危害大。2.2地质因素煤层中节理、裂隙发育时，容易发生煤壁片帮现象。这是由于节理、裂隙在煤层中形成了弱面，降低了煤层强度，使煤体结构变得相对松散了，容易从煤层上脱落。

2.3支架初撑力低，支架工作状态不合理对于单体液压支架来说，最合理的架设形式是顶梁与底座平行，也就是说在水平煤层的开采，顶梁与底座都处于水平状态时掩护式液压支架才能发挥最好的支护效果。这时，液压支架的立柱微向前倾。经现场观察，工作面液压支架经常出现前倾或者后仰状态，即非正常状态。在这种情况下，较易发生煤壁片帮现象。这是因为支架处于非正常工作状态时，支架的支撑力不能充分发挥，在相同的顶板压力作用下，会造成较大的收缩量，同样，煤体要跟着支架的收缩发生较大的变形，而煤体的弹性变形范围较小，过大的收缩会在煤体中积蓄较大的能量，当积蓄的能量超过煤层所能承受的能量时，就发生片帮事故。若支架架设不合理，还容易发生架前冒顶事故。

2.4支架实际工作阻力偏低对顶板、支架和煤壁进行受力分析时，我们会发现：假设在回采过程中，顶板的压力完全由支架和煤壁承担，那么若支架的架设不合理，支架的阻力不能得到充分发挥，这时，煤壁所承受的压力就比在正常状态下承受的压力大。如果煤壁受到的压大采力超过煤体的强度极限，必然造成煤体发生塑性变形，发生煤壁片帮事故。发生液压支架工作阻力低于正常状态的原因主要有以下几个方面：

第一，泵站的压力偏低，或者液压管线存在漏夜现象；

第二，液压支架安全阀不合格，调设卸荷压力低于正常状态；

第三，液压支架立柱存在上、下腔窜液等现象。

2.5支架支设滞后，不能及时护帮由于采煤机运行速度较快，可达到10m/min，而移架速度较慢，跟不上采煤机的运行，造成移架滞后，不能及时打开护帮板，保护新暴露的煤壁，这就加剧了煤壁的片帮现象。通常，在采煤机通过后易发生片帮现象，也易发生架前冒顶事故。3预防煤壁片帮技术总结

3.1严格及时支护，并及时打开护帮板煤壁没有护帮板保护时，工作面煤壁处于单向压力状态，而打好护帮板后，护帮板就像增加了1个侧向压力，将煤壁的单向压力状态改变为三向压力状态，大大提高了煤壁的抗压强度，因此，护帮板的作用就是使煤壁的单向应力状态转变为三向应力状态，同时护帮板还能阻挡从煤壁上崩落的煤块，减小煤块对人、设备的伤害力。通过及时支护，可以减小端面距，缩短空顶时间，降低发生架前的冒顶危险。为了保证能够及时支护，作业时可以采取分段追机作业方式，也就是采取多人滚动、分段移架，并加快移架速度，及时保护新暴露出来的顶板，当支架移设到位后，及时打开护帮板，保护新暴露煤壁。当移架速度跟不上采煤机运行时，要降低割煤速度，或者停机移架，待暴露的顶板全部护住时，再开动采煤机进行割煤。

3.2加强液压系统检修，保证乳化液泵站压力液压系统可靠性直接关系到支架的支设质量，生产过程中要加大对液压系统的检修力度，保证乳化液泵站压力大于30MPa，同时要确保液压系统无跑、冒、漏、窜现象，及时更换不合格的安全阀等液压设备。

3.3保证支架初撑力，确保支架正常工作加强支架的支护质量，确保所有支架均达到初撑力（立柱底腔压力不得小于24MPa），尤其是来压前，要将工作面的支架调到最佳状态，使液压支架的定量和底座平行，并保证接顶质量，确保支架平、严、实，安全阀灵敏可靠。对液压支架的液压系统定期检修，不能有跑、冒、漏、滴现象，防止支架卸压自动降架。支架较高的初撑力和工作阻力能减小直接顶离层量，提高顶板的稳定性，有效降低局部应力集中和片帮发生的可能性。

3.4有必要对煤体实施超前加固对煤壁节理裂隙较发育、顶板压力大及地质构造破坏等易发生片帮冒顶的地段，采用聚氨酯配合木锚杆对煤体实施超前加固。采用该方法，可以有效提高煤体的整体性，提高破碎煤壁的稳定性，防止片帮及冒顶发生。对于连续出现的节理、裂隙发育地段，需要循环加固，也就是工作面每推进一定距离，对煤壁加固1次，并保证加固质量，确保煤壁稳定。

参考文献：[1]弓宏飞.大采高综采技术在四老沟矿的应用[M].煤炭开采，2004，9（3）：19-21.