防止采煤工作面三角煤柱片幫破碎的分析與研究

馬智會

（河南能源義煤公司生產技術處,河南 三門峽 472300）

0 引言

綜合機械化開采工作面，煤壁片幫的治理難度比較大，煤壁片幫還會導致架前空頂范圍變大，進而導致漏煤冒頂，從而影響工作面的推進速度和正常循環作業，無法實現正常開采。而煤墻兩端的三角煤柱區域，位于上、下巷道與切眼交叉處，應力集中，從而進一步加劇煤壁的片幫，成為管理煤壁最薄弱的地段。因此，對于綜采工作面三角煤柱片幫破碎的研究探討，就具有極其重要的意義。

1 片幫機理及防片幫技術

1.1 工作面煤壁片幫機理

煤壁在自重和頂板的壓力作用下，主要表現為拉裂片幫和剪切片幫，見圖2。

（1）拉裂破壞：主要原因是由于在頂板壓力作用下,煤壁內產生了橫向拉應力,而橫向拉應力不能通過煤體的變形釋放或者緩解,因此當其大于煤體的抗拉強度時,煤壁拉裂破壞，見圖1（a），圖1（b）。

（2）剪切破壞：在煤體自重及頂板壓力作用下,在煤壁內也會產生橫向的拉應力,但是軟煤層的橫向及蠕動變形會釋放或緩解由于壓縮而產生的橫向拉應力,最終由于煤壁內的剪應力大于抗剪強度而發生剪切滑動破壞，見圖1（c）。

圖1 煤壁片幫破壞形式

1.2 片幫防治技術

防治煤壁片幫技術主要從兩方面入手來防治煤壁片幫，一是改變煤體的物理特性，二是改變頂板對煤壁的受力狀況。

（1）使用放頂煤開采技術。因為放頂煤的開采時，存在一層厚、而強度低的頂煤，開采后，支承壓力向煤壁深處轉移，從而降低煤壁的受力，進一步緩解煤壁片幫，見圖2。

圖2 放頂煤開采與一次采全高時的超前支承壓力分布

（2）提高支架工作阻力。綜采工作面，合理的支架工作阻力，不僅可以有效地支護頂板，而且可以降低頂板對煤壁的作用力，從而緩解煤壁片幫。

（3）煤層注水改善煤體力學特性。煤層注水改善煤體的力學性質，主要就是提高煤壁煤體的粘聚力和抗剪切強度，降低煤體的抗壓強度，從而來緩解煤壁的片幫。

（4）工作面推進速度和合理的采高確定。工作面推進速度的加快，減少煤體的風化暴露時間，可以減緩煤壁的片幫；工作面采高越大，煤壁越容易片幫，因此合理的采高確定也利于防治煤壁片幫。

2 工程實例

2.1 工程概況

義煤集團耿村煤礦12220工作面，主采煤層為二3煤，煤層硬度系數1.6，平均煤厚10.6m。煤層傾角8—12°，采用放頂煤開采。

頂板情況：直接頂為泥巖，砂質泥巖互疊層。平均厚34.6m，硬度5—6。

底板情況：直接底為炭質泥巖、泥巖互層，厚0.6—1 m。老底上部為砂質泥巖、粉砂巖，厚10.2—16.6m。

2.2 工作面三角煤柱片幫破碎方案提出及選擇

耿村煤礦12220回采工作面三角煤柱處受頂板動壓及地質構造影響，極易出現片幫現象。為防止出現片幫冒頂現象，杜絕頂板事故，根據上述片幫機理和防治片幫的常見手段，提出如下方案，可在不同的情況下進行三角煤柱的管理。

（1）三角煤柱區域頂板封閉管理。當三角煤區域的頂板較完整時，控制三角煤區域頂板的方法就是采用全封閉的方法。采煤機割透機頭（尾）后，煤幫側及時打貼幫柱支設臨時支護，必要是挑板木梁，待拉過機頭（尾）后，及時移架、整體頂梁，伸出伸縮梁，這種方法能及時封閉三角煤區域頂板。

（2）增加端頭支架工作阻力降低煤墻受力。加強端頭支架的管理，及時觀察端頭支架的壓力情況，需要補液時，及時補液，確保端頭支架具備較高的工作阻力，從而降低頂板對煤壁的受力，緩解三角煤柱片幫破碎；另外在端頭支架推移中，保持擦頂移架，盡量減少移架過程中頂板對煤壁的壓力。

（3）打木錨桿防止煤壁片幫。當三角煤較軟容易隨采隨落時，在三角煤柱兩側（切眼煤壁、上巷下側、下巷上側）打木錨桿。煤壁側在工作面頂板上方沿推進方向打木錨桿，巷道內垂直上、下幫打設木錨桿。根據煤層情況打兩排或三排木錨桿，間排距0.7×0.7m，掛塑料網。外用木托盤固定，用錘將錨桿楔打緊。然后拉機頭（尾）、移架。

（4）注立固安固化三角煤。通過改變煤體力學性質來防治片幫，工作面煤壁注水，是為了增加煤體粘聚力和抗剪強度；注立固安是當三角煤柱及破碎時，把散體煤進行物理粘結并固化，從而保證三角煤柱的完整性。

當上述防治方式不能有效控制三角煤處頂板，局部出現冒頂、片幫等情況時，及時進行注漿（立固安）對頂板進行固化，實現提前加固，超前預控。

3 主要結論

本文通過分析綜采工作面煤壁片幫機理，闡述當前治理片幫的措施，以耿村煤礦12220綜放工作面為工程背景，提出了不同情況下防治三角煤柱片幫破碎的治理方法：（1）當三角煤柱不是很破碎時，通過打貼幫柱對三角煤柱進行封閉式管理；（2）增加端頭支架工作阻力來降低三角煤柱的受力，從而緩解片幫破碎；（3）在三角煤柱區域打木錨桿防治三角煤柱片幫破碎；（4）當三角煤柱過于破碎時，通過注立固安來改變煤體力學性質，防治三角煤柱片幫破碎。

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