大采高綜采工作面煤壁片幫分析及預(yù)防措施研究

馬昊

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司云岡礦，山西大同037010）

1 煤壁片幫機(jī)理

煤體未被開(kāi)采前受內(nèi)部原始應(yīng)力的影響，處于一種平穩(wěn)狀態(tài)，各部分煤體間的相對(duì)連續(xù)性較好，而在進(jìn)行煤體開(kāi)采作業(yè)后，會(huì)破壞煤體內(nèi)部的應(yīng)力平衡，通常煤體內(nèi)部水平應(yīng)力會(huì)大幅減小，而在開(kāi)采引發(fā)的支承壓力作用下，其內(nèi)部垂直應(yīng)力會(huì)迅速增大，這樣煤體內(nèi)部會(huì)形成新節(jié)理裂隙，也就是通常所說(shuō)的煤礦開(kāi)采次生裂隙，會(huì)使煤壁變得不穩(wěn)定。在老頂周期性斷裂來(lái)壓的影響下，通常節(jié)理裂隙最發(fā)育處的煤壁會(huì)最先發(fā)生破壞，當(dāng)支承壓力足夠大后，會(huì)使煤體破壞進(jìn)一步加劇，最終引發(fā)煤壁片幫現(xiàn)象[1]。

2 大采高綜采工作面煤壁片幫危害

1）易傷害工作面作業(yè)人員。在采煤機(jī)進(jìn)行割煤作業(yè)過(guò)程中，煤壁由于受到采煤機(jī)割煤作業(yè)震動(dòng)影響，其內(nèi)部原始應(yīng)力平衡態(tài)易遭到破壞，使得應(yīng)力重新分布，最容易引發(fā)煤壁片幫現(xiàn)象。一旦發(fā)生煤壁片幫，極易傷害到在采煤機(jī)四周工作的作業(yè)人員。

2）影響開(kāi)機(jī)率。當(dāng)采煤工作面發(fā)生片幫現(xiàn)象后，時(shí)常會(huì)產(chǎn)生很多大煤塊，而這些大煤塊一般很難從采煤機(jī)下方順利通過(guò)，易把采煤機(jī)入煤口堵塞，導(dǎo)致刮板輸送機(jī)中的煤炭由采煤機(jī)入口處溢出，以致對(duì)采煤機(jī)的連續(xù)正常運(yùn)行造成影響。當(dāng)遇到大煤塊堵塞采煤機(jī)入煤口時(shí)，這時(shí)只能停機(jī)，對(duì)大煤塊進(jìn)行人工破碎，這樣會(huì)降低采煤機(jī)實(shí)際開(kāi)機(jī)率。

3）易引發(fā)冒頂事故。采煤工作面發(fā)生片幫現(xiàn)象后，會(huì)使支架的端面距增大，若此時(shí)采煤工作面頂板又較破碎，在支架又無(wú)法及時(shí)支護(hù)的情況下，易引發(fā)工作面發(fā)生冒頂事故[2]。

3 綜采工作面煤壁片幫形成原因

3.1 煤層節(jié)理與裂縫發(fā)育影響煤層固有強(qiáng)度

地質(zhì)構(gòu)造的好壞是影響煤壁片幫的一項(xiàng)重要因素，對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域內(nèi)的煤層，通常其節(jié)理與裂隙發(fā)育較明顯，這樣會(huì)影響煤層固有強(qiáng)度，使煤體變得相對(duì)較松散，易引發(fā)工作面發(fā)生煤壁片幫現(xiàn)象。

3.2 工作面頂板活動(dòng)

當(dāng)工作面頂板較堅(jiān)硬時(shí)，在工作面頂板初次來(lái)壓與周期來(lái)壓過(guò)程中，頂板易出現(xiàn)較明顯的礦壓顯現(xiàn)，卸載支架后，會(huì)有部分頂板壓力自動(dòng)轉(zhuǎn)移至煤壁，以致引發(fā)較嚴(yán)重的煤壁片幫現(xiàn)象[3]。

3.3 支架支承力不足

采煤工作面頂板壓力通常由所用液壓支架與煤壁一起承擔(dān)，而當(dāng)所用液壓支架最大支承力不足無(wú)法滿足支護(hù)需求時(shí)，頂板壓力會(huì)有部分轉(zhuǎn)移至煤壁，當(dāng)煤壁所受壓力比煤壁強(qiáng)度極限大時(shí)，就會(huì)發(fā)生煤壁片幫現(xiàn)象。而引起液壓支架支承力不足通常主要由于乳化液泵實(shí)際壓力不足或液壓系統(tǒng)不嚴(yán)密有漏液缺陷。支架工在操作液壓支架時(shí)未按操作規(guī)范嚴(yán)格作業(yè)，升架時(shí)間短，造成支架支撐力無(wú)法滿足需求。支架立柱存在問(wèn)題，如內(nèi)部活塞損壞，致使發(fā)生上下腔串液等，影響支架應(yīng)有支承力。液壓支架具體支撐狀態(tài)不科學(xué)、不合理，而頂梁平行于頂板是液壓支架最佳支承狀態(tài)，但就支承現(xiàn)狀而言，液壓支架與頂板時(shí)常會(huì)發(fā)展成線接觸，甚至點(diǎn)接觸。液壓支架存在損壞部件或卸載壓力調(diào)定的不科學(xué)、不合理，過(guò)高或過(guò)低。

3.4 液壓支架對(duì)頂板及煤壁的支護(hù)不及時(shí)

在生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)遇到采煤機(jī)割煤速度快，前移速度快，而支架工移架速度不足，無(wú)法與機(jī)組移動(dòng)速度相匹配，以致無(wú)法及時(shí)支護(hù)新暴露頂板，造成頂板壓力大幅轉(zhuǎn)移向煤壁，引發(fā)煤壁出現(xiàn)片幫現(xiàn)象。

4 預(yù)防大采高綜采工作面煤壁片幫的措施

4.1 規(guī)范支架工操作

應(yīng)要求各支架工必須嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范來(lái)操作支架，以確保所用的各個(gè)支撐支架實(shí)際支撐阻力達(dá)標(biāo)，從而起到良好的支撐作用。升支架時(shí)，支架升起時(shí)間應(yīng)準(zhǔn)確、恰當(dāng)，支架升起后的初撐力必須達(dá)標(biāo)；支架的支護(hù)狀態(tài)應(yīng)科學(xué)、合理，布設(shè)好的支架應(yīng)能與工作面頂板實(shí)現(xiàn)平面接觸，支架與頂板嚴(yán)禁出現(xiàn)只是點(diǎn)接觸或線接觸[4-5]。

4.2 強(qiáng)化液壓系統(tǒng)管理

支架所用液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的穩(wěn)定與否，會(huì)對(duì)支架對(duì)頂板的支護(hù)作用產(chǎn)生直接影響。對(duì)此，在日常液壓支架生產(chǎn)管理作業(yè)中，應(yīng)強(qiáng)化液壓系統(tǒng)檢修工作，確保泵站壓力足夠大，同時(shí)應(yīng)謹(jǐn)防液壓系統(tǒng)發(fā)生滴漏跑冒現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)液壓元件存在故障，應(yīng)及時(shí)維修元件，必要時(shí)應(yīng)更換元件。

4.3 及時(shí)支護(hù)頂板

及時(shí)有效地支護(hù)新暴露的頂板可使煤壁所受壓力大幅降低，進(jìn)一步減少煤壁片幫現(xiàn)象。采煤工作面進(jìn)行移架操作后，借助護(hù)幫板對(duì)煤壁及時(shí)護(hù)住，這樣可給煤壁施加一側(cè)向力，使煤壁變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而提高煤壁抗壓性能。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)遇到移架速度無(wú)法跟上采煤機(jī)前進(jìn)速度時(shí)，應(yīng)停機(jī)等待。在全部支護(hù)好新暴露的頂板后，才能繼續(xù)開(kāi)機(jī)作業(yè)。

4.4 提前加固地質(zhì)構(gòu)造點(diǎn)處的煤壁

通常在煤層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)存在較嚴(yán)重的煤層節(jié)理與裂隙發(fā)育，這些地質(zhì)構(gòu)造區(qū)是工作面煤壁片幫的高發(fā)區(qū)。為使地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的煤壁更穩(wěn)定，可應(yīng)用液沖錨桿或采用合適的固化劑對(duì)煤壁進(jìn)行固化，這樣可使煤壁更穩(wěn)定。借助這兩種方法來(lái)提前加固地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域內(nèi)的煤壁，能起到良好的煤壁加固效果。

4.4.1 使用液沖錨桿

若待開(kāi)采煤層煤壁較松軟，且存在嚴(yán)重的節(jié)理發(fā)育現(xiàn)象時(shí)，可應(yīng)用液沖錨桿來(lái)對(duì)煤壁進(jìn)行加固控制。通常采用給采面打單排液沖錨桿的方式來(lái)加固煤壁，這時(shí)可把錨桿距頂板距離控制在500 mm左右，相鄰兩錨桿與錨桿間距控制在750 mm左右。若待開(kāi)采煤層煤壁特別松軟，且煤壁節(jié)理發(fā)育較明顯時(shí)，可給采面布設(shè)雙排液沖錨桿，讓首排錨桿距頂板500 mm左右，錨桿與錨桿間距離控制在500 mm左右，讓第二排錨桿距頂板500 mm左右，錨桿與錨桿間距控制在800 mm左右。施工時(shí)應(yīng)選用合適的鉆頭來(lái)打錨眼，眼深可控制在3 000 mm左右，在打好錨眼后，應(yīng)把液沖錨桿及時(shí)插入錨眼中，再給錨桿供高壓液，等錨桿徹底膨脹好后，才能停止供應(yīng)高壓液，以確保布設(shè)的錨桿有足夠的支承力。

4.4.2 使用固化劑

若待開(kāi)采煤層特別易發(fā)生煤壁片幫現(xiàn)象，僅用液沖錨桿便可能起到很好的固化作用，但可采用液沖錨桿與煤壁固化相結(jié)合的方式來(lái)充分加固煤壁。在進(jìn)行煤壁固化時(shí)，應(yīng)先按相關(guān)要求給煤壁打設(shè)鉆孔，布置好鉆孔后，可給鉆孔裝設(shè)注射器以及封孔器借助風(fēng)動(dòng)注漿泵給煤壁加注固化劑。完成施工后，過(guò)5～10 min左右，就可達(dá)到很好的煤壁固化效果[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

煤壁片幫現(xiàn)象是影響大采高綜采工作面正常安全高效生產(chǎn)的重要因素。要想更好地防治煤壁片幫現(xiàn)象，必須從本礦井實(shí)際地質(zhì)情況出發(fā)，充分分析煤壁片幫原因，并采取行之有效的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行防治。

[1]牛艷奇，陳樹(shù)義，劉俊峰.大采高綜采工作面片幫加劇機(jī)理分析及防治措施[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010（7）：100-102.

[2]楊建立.大采高綜放工作面煤巖穩(wěn)定性及其控制[J].中國(guó)煤炭，2010（10）：45-48.

[3]徐金海，張頂立.綜放工作面端面冒頂事故的防治[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2012（8）：89-92.

[4]宋朝陽(yáng).寺河礦大采高工作面煤壁片幫機(jī)理及防治措施[J].煤炭技術(shù)，2013（5）：66-69.

[5]劉洪偉，劉衛(wèi)方.采煤工作面煤壁片幫影響因素研究[J].煤炭技術(shù)，2013（4）：69-72.

[6]郝海金，張勇.大采高開(kāi)采工作面煤壁穩(wěn)定性隨機(jī)分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（10）：40-43.