大采高綜采工作面片幫機理及控制技術

牛海平+段軍

摘 要：本文以嘉樂泉煤礦8101大采高工作面為背景，通過理論分析、數值模擬的方法，對大采高煤壁邊幫機理進行了分析，并對采高、支護強度、推進速度對于大采高煤壁片幫的影響進行了數值模擬研究，并根據研究結果提出了相應的應對措施進一步增加煤壁穩定性。

關鍵詞：大采高；綜采工作面；煤壁片幫；支護強度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.078

隨著煤礦開采設備的不斷發展，礦井規模的不斷擴大，在各大礦區涌現處理一批大采高工作面，而且采高不斷增大，在神東礦區補連塔煤礦已經建立了8m大采高工作面[1-2]。然而在實際開采過程中，工作面片幫嚴重，嚴重威脅著礦井的安全生產。由于我國各大礦區煤層賦存條件存在著極大的差異，造成工作面片幫機理各不相同。本文以嘉樂泉煤礦8101淺埋深大采高工作面為背景，對工作面煤壁片幫機理及控制技術進行了研究。

1 工程概況

嘉樂泉煤礦隸屬于太原煤炭氣化（集團）有限責任公司，礦井主采礦井主采煤層為8號、9號煤層，其中8號煤層厚度3～4.5m，平均4.3m。8101工作面為8號煤層一盤區首采工作面，采高4.3m，傾角1-3°。工作面長度275m，推進長度為1865m，工作面選用ZY12000/35/55的液壓支架。煤層直接頂為泥巖，平均厚度為2.5m，基本頂為細砂巖，平均厚度為17.6m，直接底為泥巖，平均厚度5.2m。在實際回采過程中，煤壁嚴重片幫，由于煤壁片幫導致工作面梁端距增大，長期以往極易造成工作面冒頂事故。

2 數值模擬研究

2.1 數值模型建立

本文采用UDEC數值模擬軟件，建立平面應變模型，對大采高工作面片幫影響因素進行了研究。根據工作面頂板不同的性質劃分為不同的塊體，施加邊界條件，上部條件為自由邊界；兩側為位移和速度邊界條件，兩側水平位移、速度均為零；下部邊界條件為固支[3]。模擬不同支護強度、不同采高、不同推進速度對于工作面煤壁片幫的影響。

2.2 模擬結果分析

2.2.1 采高對于煤壁片幫的影響

圖1為不同采高情況下煤壁前方水平應力分布，由圖可以看出，隨著工作面的不斷回采，明顯看出工作面上覆基本頂發生了離層變形，導致在工作面煤壁前方形成了應力集中，集中應力影響范圍不斷向煤壁深處擴展，采高4m時，煤壁前方水平應力為10MPa，采高5m時煤壁前方水平應力為14.7MPa，采高6m時，煤壁前方水平應力達18.2MPa。隨采高的不斷增大，煤壁前方的水平應力逐漸增大，煤壁的穩定性勢必變差，導致嚴重片幫。

2.2.2 工作面推進速度對煤壁片幫的影響

模擬過程中用運算時步來模擬工作面推進速度，有圖可以看出，隨著工作面推進速度增加，工作面煤壁片幫深度及片幫面積都出現了不同程度的降低。且速度增加到一定程度時片幫變化不大。當工作面推進速度為6m/d時，片幫的最大深度為0.81m，最大片幫面積為1.12m，繼續增大推進速度，對于片幫影響不大。因此選擇合理的工作面推進速度對于控制煤壁片幫意義重大。

3 煤壁片幫控制技術

根據以上理論計算機數值模擬結果，結合嘉樂泉8101工作面實際情況，提出了以下具體控制措施：

（1）采高越大，工作面煤壁水平應力越大，有效的控制工作面采高，及時打出護幫板進行二次支護，可以有效防治煤壁片幫。

（2）工作面推進速度對于煤壁片幫存在一定的影響，8101工作面推進速度保持在6m/d時能有效的控制煤壁片幫，加快工作面推進速度，避免了煤層長時間處于靜止狀態，收到頂板變形的影響，導致煤壁內部集中應力增加從而加劇煤壁片幫。

4 結論

（1）通過數值模擬試驗，結合對于8101工作面實際情況，當工作面支護強度等于或大于2MPa，推進速度大于或等于6m/d，適當降低工作面采高時，可以有效的防止煤壁片幫。

（2）針對理論分析及數值模擬計算結果，提出了降低采高、增加推進速度、合理運用護幫板等措施來進一步增加煤壁穩定性。

參考文獻：

[1]王家臣.極軟厚煤層煤壁片幫與防治機理[J].煤炭學報，2007，32

（08）：785-788.

[2]尹希文，閏少宏，安宇.大采高綜采而煤壁片幫特征分析與應用[J].采礦與安全工程學報，2008，25（20）：222-225.

[3]閆少宏，尹希文.大采高綜放開采幾個理論問題的研究[J].煤炭學報，2008，33（5）：481-484.