防止采煤工作面三角煤柱片帮破碎的分析与研究

马智会

（河南能源义煤公司生产技术处,河南 三门峡 472300）

0 引言

综合机械化开采工作面，煤壁片帮的治理难度比较大，煤壁片帮还会导致架前空顶范围变大，进而导致漏煤冒顶，从而影响工作面的推进速度和正常循环作业，无法实现正常开采。而煤墙两端的三角煤柱区域，位于上、下巷道与切眼交叉处，应力集中，从而进一步加剧煤壁的片帮，成为管理煤壁最薄弱的地段。因此，对于综采工作面三角煤柱片帮破碎的研究探讨，就具有极其重要的意义。

1 片帮机理及防片帮技术

1.1 工作面煤壁片帮机理

煤壁在自重和顶板的压力作用下，主要表现为拉裂片帮和剪切片帮，见图2。

（1）拉裂破坏：主要原因是由于在顶板压力作用下,煤壁内产生了横向拉应力,而横向拉应力不能通过煤体的变形释放或者缓解,因此当其大于煤体的抗拉强度时,煤壁拉裂破坏，见图1（a），图1（b）。

（2）剪切破坏：在煤体自重及顶板压力作用下,在煤壁内也会产生横向的拉应力,但是软煤层的横向及蠕动变形会释放或缓解由于压缩而产生的横向拉应力,最终由于煤壁内的剪应力大于抗剪强度而发生剪切滑动破坏，见图1（c）。

图1 煤壁片帮破坏形式

1.2 片帮防治技术

防治煤壁片帮技术主要从两方面入手来防治煤壁片帮，一是改变煤体的物理特性，二是改变顶板对煤壁的受力状况。

（1）使用放顶煤开采技术。因为放顶煤的开采时，存在一层厚、而强度低的顶煤，开采后，支承压力向煤壁深处转移，从而降低煤壁的受力，进一步缓解煤壁片帮，见图2。

图2 放顶煤开采与一次采全高时的超前支承压力分布

（2）提高支架工作阻力。综采工作面，合理的支架工作阻力，不仅可以有效地支护顶板，而且可以降低顶板对煤壁的作用力，从而缓解煤壁片帮。

（3）煤层注水改善煤体力学特性。煤层注水改善煤体的力学性质，主要就是提高煤壁煤体的粘聚力和抗剪切强度，降低煤体的抗压强度，从而来缓解煤壁的片帮。

（4）工作面推进速度和合理的采高确定。工作面推进速度的加快，减少煤体的风化暴露时间，可以减缓煤壁的片帮；工作面采高越大，煤壁越容易片帮，因此合理的采高确定也利于防治煤壁片帮。

2 工程实例

2.1 工程概况

义煤集团耿村煤矿12220工作面，主采煤层为二3煤，煤层硬度系数1.6，平均煤厚10.6m。煤层倾角8—12°，采用放顶煤开采。

顶板情况：直接顶为泥岩，砂质泥岩互叠层。平均厚34.6m，硬度5—6。

底板情况：直接底为炭质泥岩、泥岩互层，厚0.6—1 m。老底上部为砂质泥岩、粉砂岩，厚10.2—16.6m。

2.2 工作面三角煤柱片帮破碎方案提出及选择

耿村煤矿12220回采工作面三角煤柱处受顶板动压及地质构造影响，极易出现片帮现象。为防止出现片帮冒顶现象，杜绝顶板事故，根据上述片帮机理和防治片帮的常见手段，提出如下方案，可在不同的情况下进行三角煤柱的管理。

（1）三角煤柱区域顶板封闭管理。当三角煤区域的顶板较完整时，控制三角煤区域顶板的方法就是采用全封闭的方法。采煤机割透机头（尾）后，煤帮侧及时打贴帮柱支设临时支护，必要是挑板木梁，待拉过机头（尾）后，及时移架、整体顶梁，伸出伸缩梁，这种方法能及时封闭三角煤区域顶板。

（2）增加端头支架工作阻力降低煤墙受力。加强端头支架的管理，及时观察端头支架的压力情况，需要补液时，及时补液，确保端头支架具备较高的工作阻力，从而降低顶板对煤壁的受力，缓解三角煤柱片帮破碎；另外在端头支架推移中，保持擦顶移架，尽量减少移架过程中顶板对煤壁的压力。

（3）打木锚杆防止煤壁片帮。当三角煤较软容易随采随落时，在三角煤柱两侧（切眼煤壁、上巷下侧、下巷上侧）打木锚杆。煤壁侧在工作面顶板上方沿推进方向打木锚杆，巷道内垂直上、下帮打设木锚杆。根据煤层情况打两排或三排木锚杆，间排距0.7×0.7m，挂塑料网。外用木托盘固定，用锤将锚杆楔打紧。然后拉机头（尾）、移架。

（4）注立固安固化三角煤。通过改变煤体力学性质来防治片帮，工作面煤壁注水，是为了增加煤体粘聚力和抗剪强度；注立固安是当三角煤柱及破碎时，把散体煤进行物理粘结并固化，从而保证三角煤柱的完整性。

当上述防治方式不能有效控制三角煤处顶板，局部出现冒顶、片帮等情况时，及时进行注浆（立固安）对顶板进行固化，实现提前加固，超前预控。

3 主要结论

本文通过分析综采工作面煤壁片帮机理，阐述当前治理片帮的措施，以耿村煤矿12220综放工作面为工程背景，提出了不同情况下防治三角煤柱片帮破碎的治理方法：（1）当三角煤柱不是很破碎时，通过打贴帮柱对三角煤柱进行封闭式管理；（2）增加端头支架工作阻力来降低三角煤柱的受力，从而缓解片帮破碎；（3）在三角煤柱区域打木锚杆防治三角煤柱片帮破碎；（4）当三角煤柱过于破碎时，通过注立固安来改变煤体力学性质，防治三角煤柱片帮破碎。

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