大采高综采工作面煤壁片帮分析及预防措施研究

马昊

（大同煤矿集团有限责任公司云冈矿，山西大同037010）

1 煤壁片帮机理

煤体未被开采前受内部原始应力的影响，处于一种平稳状态，各部分煤体间的相对连续性较好，而在进行煤体开采作业后，会破坏煤体内部的应力平衡，通常煤体内部水平应力会大幅减小，而在开采引发的支承压力作用下，其内部垂直应力会迅速增大，这样煤体内部会形成新节理裂隙，也就是通常所说的煤矿开采次生裂隙，会使煤壁变得不稳定。在老顶周期性断裂来压的影响下，通常节理裂隙最发育处的煤壁会最先发生破坏，当支承压力足够大后，会使煤体破坏进一步加剧，最终引发煤壁片帮现象[1]。

2 大采高综采工作面煤壁片帮危害

1）易伤害工作面作业人员。在采煤机进行割煤作业过程中，煤壁由于受到采煤机割煤作业震动影响，其内部原始应力平衡态易遭到破坏，使得应力重新分布，最容易引发煤壁片帮现象。一旦发生煤壁片帮，极易伤害到在采煤机四周工作的作业人员。

2）影响开机率。当采煤工作面发生片帮现象后，时常会产生很多大煤块，而这些大煤块一般很难从采煤机下方顺利通过，易把采煤机入煤口堵塞，导致刮板输送机中的煤炭由采煤机入口处溢出，以致对采煤机的连续正常运行造成影响。当遇到大煤块堵塞采煤机入煤口时，这时只能停机，对大煤块进行人工破碎，这样会降低采煤机实际开机率。

3）易引发冒顶事故。采煤工作面发生片帮现象后，会使支架的端面距增大，若此时采煤工作面顶板又较破碎，在支架又无法及时支护的情况下，易引发工作面发生冒顶事故[2]。

3 综采工作面煤壁片帮形成原因

3.1 煤层节理与裂缝发育影响煤层固有强度

地质构造的好坏是影响煤壁片帮的一项重要因素，对于地质构造区域内的煤层，通常其节理与裂隙发育较明显，这样会影响煤层固有强度，使煤体变得相对较松散，易引发工作面发生煤壁片帮现象。

3.2 工作面顶板活动

当工作面顶板较坚硬时，在工作面顶板初次来压与周期来压过程中，顶板易出现较明显的矿压显现，卸载支架后，会有部分顶板压力自动转移至煤壁，以致引发较严重的煤壁片帮现象[3]。

3.3 支架支承力不足

采煤工作面顶板压力通常由所用液压支架与煤壁一起承担，而当所用液压支架最大支承力不足无法满足支护需求时，顶板压力会有部分转移至煤壁，当煤壁所受压力比煤壁强度极限大时，就会发生煤壁片帮现象。而引起液压支架支承力不足通常主要由于乳化液泵实际压力不足或液压系统不严密有漏液缺陷。支架工在操作液压支架时未按操作规范严格作业，升架时间短，造成支架支撑力无法满足需求。支架立柱存在问题，如内部活塞损坏，致使发生上下腔串液等，影响支架应有支承力。液压支架具体支撑状态不科学、不合理，而顶梁平行于顶板是液压支架最佳支承状态，但就支承现状而言，液压支架与顶板时常会发展成线接触，甚至点接触。液压支架存在损坏部件或卸载压力调定的不科学、不合理，过高或过低。

3.4 液压支架对顶板及煤壁的支护不及时

在生产中，经常会遇到采煤机割煤速度快，前移速度快，而支架工移架速度不足，无法与机组移动速度相匹配，以致无法及时支护新暴露顶板，造成顶板压力大幅转移向煤壁，引发煤壁出现片帮现象。

4 预防大采高综采工作面煤壁片帮的措施

4.1 规范支架工操作

应要求各支架工必须严格按相关规范来操作支架，以确保所用的各个支撑支架实际支撑阻力达标，从而起到良好的支撑作用。升支架时，支架升起时间应准确、恰当，支架升起后的初撑力必须达标；支架的支护状态应科学、合理，布设好的支架应能与工作面顶板实现平面接触，支架与顶板严禁出现只是点接触或线接触[4-5]。

4.2 强化液压系统管理

支架所用液压系统工作状态的稳定与否，会对支架对顶板的支护作用产生直接影响。对此，在日常液压支架生产管理作业中，应强化液压系统检修工作，确保泵站压力足够大，同时应谨防液压系统发生滴漏跑冒现象，一旦发现液压元件存在故障，应及时维修元件，必要时应更换元件。

4.3 及时支护顶板

及时有效地支护新暴露的顶板可使煤壁所受压力大幅降低，进一步减少煤壁片帮现象。采煤工作面进行移架操作后，借助护帮板对煤壁及时护住，这样可给煤壁施加一侧向力，使煤壁变为三向应力状态，进而提高煤壁抗压性能。在实际生产中，当遇到移架速度无法跟上采煤机前进速度时，应停机等待。在全部支护好新暴露的顶板后，才能继续开机作业。

4.4 提前加固地质构造点处的煤壁

通常在煤层地质构造区存在较严重的煤层节理与裂隙发育，这些地质构造区是工作面煤壁片帮的高发区。为使地质构造区的煤壁更稳定，可应用液冲锚杆或采用合适的固化剂对煤壁进行固化，这样可使煤壁更稳定。借助这两种方法来提前加固地质构造区域内的煤壁，能起到良好的煤壁加固效果。

4.4.1 使用液冲锚杆

若待开采煤层煤壁较松软，且存在严重的节理发育现象时，可应用液冲锚杆来对煤壁进行加固控制。通常采用给采面打单排液冲锚杆的方式来加固煤壁，这时可把锚杆距顶板距离控制在500 mm左右，相邻两锚杆与锚杆间距控制在750 mm左右。若待开采煤层煤壁特别松软，且煤壁节理发育较明显时，可给采面布设双排液冲锚杆，让首排锚杆距顶板500 mm左右，锚杆与锚杆间距离控制在500 mm左右，让第二排锚杆距顶板500 mm左右，锚杆与锚杆间距控制在800 mm左右。施工时应选用合适的钻头来打锚眼，眼深可控制在3 000 mm左右，在打好锚眼后，应把液冲锚杆及时插入锚眼中，再给锚杆供高压液，等锚杆彻底膨胀好后，才能停止供应高压液，以确保布设的锚杆有足够的支承力。

4.4.2 使用固化剂

若待开采煤层特别易发生煤壁片帮现象，仅用液冲锚杆便可能起到很好的固化作用，但可采用液冲锚杆与煤壁固化相结合的方式来充分加固煤壁。在进行煤壁固化时，应先按相关要求给煤壁打设钻孔，布置好钻孔后，可给钻孔装设注射器以及封孔器借助风动注浆泵给煤壁加注固化剂。完成施工后，过5～10 min左右，就可达到很好的煤壁固化效果[6]。

5 结语

煤壁片帮现象是影响大采高综采工作面正常安全高效生产的重要因素。要想更好地防治煤壁片帮现象，必须从本矿井实际地质情况出发，充分分析煤壁片帮原因，并采取行之有效的应对措施进行防治。

[1]牛艳奇，陈树义，刘俊峰.大采高综采工作面片帮加剧机理分析及防治措施[J].煤炭科学技术，2010（7）：100-102.

[2]杨建立.大采高综放工作面煤岩稳定性及其控制[J].中国煤炭，2010（10）：45-48.

[3]徐金海，张顶立.综放工作面端面冒顶事故的防治[J].中国安全科学学报，2012（8）：89-92.

[4]宋朝阳.寺河矿大采高工作面煤壁片帮机理及防治措施[J].煤炭技术，2013（5）：66-69.

[5]刘洪伟，刘卫方.采煤工作面煤壁片帮影响因素研究[J].煤炭技术，2013（4）：69-72.

[6]郝海金，张勇.大采高开采工作面煤壁稳定性随机分析[J].辽宁工程技术大学学报，2015（10）：40-43.