采煤工作面煤壁片幫影響因素研究

齊文聚

（中國平煤神馬集團平煤股份八礦,河南 平頂山 467012）

尚未被開采的煤體，因其所處環境的應力較為平衡，故而會顯現出某種連續性。煤體一旦被開采，會打破煤壁旁煤體原有的應力平衡，大大降低了水平應力，另外，在開采所帶來的支承壓力的作用之下，垂直應力變得越來越大，以至于有裂隙以及節理出現于煤體之中，導致煤壁難以維持穩定狀態。裂隙和節理最多的那部分煤壁會首先遭到破壞，等到支承壓力增加到某個值之后，煤體受到的破壞更為嚴重，最終產生煤壁片幫。

1 對采煤工作面煤壁片幫相關計算模型進行建立

1.1 計算模型的尺寸和邊界標準

為了達到降低模型邊界效應的目的，將計算模型的長度和高度分別定為80m和50m,將模型的邊界設置于開采不能影響的區域，采煤工作面應該處于模型的中央位置，另外，還應該把計算模型的邊界盡可能的設置在支撐壓力不能影響到的位置，假設計算模型兩側單純只有垂直位移存在，而沒有水平位移，并且假設存于計算模型底邊的巖層既沒有水平位移也沒有垂直位移。依據采高高低對計算模型的高度進行調整，同時，需要保證煤層中頂、底板所具有的性質以及厚度均不發生變化。

1.2 計算模型所具有的力學參數

煤體所具有的性質、采高以及采深是進行模擬時重點考慮的幾個因素。將單因素分析方法作為實驗方法，煤層所具有的抗變形能力即為煤體硬度，可以利用煤層彈性模量來表示，在進行模擬的過程中，將煤層所具有的彈性模量依次設為0.4e9， 0.6e9，0.8e9，1 e9，1.2 e9，1.4 e9，1.6e9,1.8e9MPa；將采高依次設為2,3 ,4 ,5 m；將采深依次設置為200,300,400,500,600,700,800,900m.對不同因素所具有的默認值可作如下設置：煤體彈性模量的默認值是1e9，采高默認值是3m,采深默認值是500m。

2 采煤工作面煤壁片幫影響因素

2.1 采高

在進行實際的采煤工作過程中，如果工作面所具有的采高增加，那么工作面上的頂板壓力也會變大，同時存于煤壁前方的支承應力也會更為集中，從而使煤壁片幫現象更為嚴重[1]。實踐表明，煤體片幫所具有的深度與采高之間呈正比例關系，因為煤壁片幫問題在采煤工作面上非常嚴重，所以使用特定手段對煤壁進行加固顯得勢在必行，出于這個原因，采煤作業的工作量大大增加，增加了生產成本。

2.2 支架工作阻力

支架工作中的阻力也是影響煤壁片幫的一個因素，相關研究表明，煤壁片幫同支架工作阻力間存在的聯系可以用下面的公式表明：

其中，C表示煤壁片幫所具有的深度;Pm表示支架所具有的工作阻力的最大值。

研究表明，支架阻力越大，煤壁片幫所具有的深度就越小，因此，對支架阻力進行擴大，能夠使煤壁保持更好的狀態，在排除有其他條件干擾的前提下，支架所具有的工作阻力如果達到每架5.01MN，會有效改善煤壁片幫問題，使煤壁更加完整。

2.3 煤體的破裂角和節理面傾角

煤層頂板會對煤壁造成壓縮，由于頂板具有周期性垮落的特性，加之超前支承壓力的推動，位于采煤工作面前方的煤體會出現較多裂隙。在圍巖壓力保持不變的前提下，如果節理面傾角變大，那么煤體則會受到更大破壞。可是破裂面同節理面如果是平行的話，那么垂直應力將對破壞部分進行作用，以至于節理面閉合，另外有一定的摩擦力存于節理面間，使得煤體還能夠對部分荷載加以承受，此時通常不會有煤壁片幫出現[2]。相應的，破裂面同節理面并非平行關系而是存在夾角的話，那么它們二者就會出現相割狀況，這樣支承壓力高峰區所具有的煤體將有可能產生塊狀結構，加之于煤壁前方自由面的存在，受到水平拉應力作用，煤體會被塊狀煤體擠出，以至于出現煤壁片幫。

2.4 老頂回轉角因素

在對工作面進行推進時，周期性的運動會出現于老頂之上，那些已經破壞的巖塊會出現回轉失穩的問題，以至于采煤工作面所具有的頂板大幅度下沉，進而使頂出現變形甚至破斷問題。因為，老頂所具有的回轉角會有所差異，因此，出現于直接頂上面的拉斷區和壓縮塑性變形區會有很大不同[3]。把在轉角一樣時，出現于老頂之上的破壞區進行連接，從而得出老頂回轉作用于直接頂所出現的剪切破壞帶，剪切破壞帶所在位置同老頂出現斷裂的位置存在很大聯系，值得注意的一點是，煤壁能否有片冒下來，直接受破壞區中巖體所具有的塊度和排列狀態影響，而斷面位置上煤體所具有的塊度又受裂隙密度影響。

上述分析表明，受到支承壓力的作用，位于塑性破壞區之中的煤體，由于老頂回轉使得頂煤出現位移，與此同時，由于節理面同剪切破壞帶具有一致的方向，因此，采煤工作面前方位置上的煤體會表現出碎裂塊體的狀態，在這樣的情況下，煤體所具有的抗剪能力會大幅度減弱，此時，煤體節理面所具有的傾角一旦擴大，并且兩面間的摩擦力縮小的話，將很難實現對煤壁的控制。

2.5 停采時間

研究表明，頂板出現的下沉量同停采時間呈正比例關系，頂板出現的下沉量會隨著停采時間的增長而不斷變大[4]。與此同時，節理面是很難實現絕對平整的，如果兩個節理面具有的相對位移量比較小的話，由于凹凸不平處具有的相互咬合作用，存于兩面間的摩擦力會不斷增強，如果，兩個節理面間產生很大的位移量時，采煤工作面中就會有臺階下沉問題出現，煤壁片幫情況會非常嚴重，這表面，一旦停止對采煤工作面進行推進，則會有煤壁片幫出現。

3 結束語

綜上所述，煤壁片幫是存于采煤作業過程中的一個重要問題，很多因素都會導致這一問題的出現，本文對采高、支架工作阻力以及停采時間等對煤壁片幫的影響進行了分析說明，相關單位及個人在進行采煤工作過程中應該重點考慮上述問題并能夠采取相應的解決手段，促進采煤工作的順利實施。

[1]溫運峰，高永格，蔡振禹.厚煤層綜采面煤壁片幫冒頂嚴重的原因分析[J].河北建筑利技學院學報，2011(12):69-71.

[2]尹希文，門少宏，安宇.用“壓桿”理論分析大采高綜采面煤壁片幫特征[J].采礦與安全工程學報,2012(02):222-225.

[3]王家臣.極軟厚煤層煤壁片幫與防治機理[J].煤炭學報，2011,32(08):785-788.

[4]王金華.綜放開采是解決厚煤層開采難題的有效途徑[J].煤炭科學技術，2013(02):1-6.