馬昊

（大同煤礦集團有限責任公司云岡礦，山西大同037010）

1 煤壁片幫機理

煤體未被開采前受內(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連續(xù)性較好，而在進行煤體開采作業(yè)后，會破壞煤體內(nèi)部的應(yīng)力平衡，通常煤體內(nèi)部水平應(yīng)力會大幅減小，而在開采引發(fā)的支承壓力作用下，其內(nèi)部垂直應(yīng)力會迅速增大，這樣煤體內(nèi)部會形成新節(jié)理裂隙，也就是通常所說的煤礦開采次生裂隙，會使煤壁變得不穩(wěn)定。在老頂周期性斷裂來壓的影響下，通常節(jié)理裂隙最發(fā)育處的煤壁會最先發(fā)生破壞，當支承壓力足夠大后，會使煤體破壞進一步加劇，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。在采煤機進行割煤作業(yè)過程中，煤壁由于受到采煤機割煤作業(yè)震動影響，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四周工作的作業(yè)人員。

2）影響開機率。當采煤工作面發(fā)生片幫現(xiàn)象后，時常會產(chǎn)生很多大煤塊，而這些大煤塊一般很難從采煤機下方順利通過，易把采煤機入煤口堵塞，導(dǎo)致刮板輸送機中的煤炭由采煤機入口處溢出，以致對采煤機的連續(xù)正常運行造成影響。當遇到大煤塊堵塞采煤機入煤口時，這時只能停機，對大煤塊進行人工破碎，這樣會降低采煤機實際開機率。

3）易引發(fā)冒頂事故。采煤工作面發(fā)生片幫現(xiàn)象后，會使支架的端面距增大，若此時采煤工作面頂板又較破碎，在支架又無法及時支護的情況下，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)育影響煤層固有強度

地質(zhì)構(gòu)造的好壞是影響煤壁片幫的一項重要因素，對于地質(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，這樣會影響煤層固有強度，使煤體變得相對較松散，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

當工作面頂板較堅硬時，在工作面頂板初次來壓與周期來壓過程中，頂板易出現(xiàn)較明顯的礦壓顯現(xiàn)，卸載支架后，會有部分頂板壓力自動轉(zhuǎn)移至煤壁，以致引發(fā)較嚴重的煤壁片幫現(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，而當所用液壓支架最大支承力不足無法滿足支護需求時，頂板壓力會有部分轉(zhuǎn)移至煤壁，當煤壁所受壓力比煤壁強度極限大時，就會發(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際壓力不足或液壓系統(tǒng)不嚴密有漏液缺陷。支架工在操作液壓支架時未按操作規(guī)范嚴格作業(yè)，升架時間短，造成支架支撐力無法滿足需求。支架立柱存在問題，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，液壓支架與頂板時常會發(fā)展成線接觸，甚至點接觸。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，過高或過低。

3.4 液壓支架對頂板及煤壁的支護不及時

在生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到采煤機割煤速度快，前移速度快，而支架工移架速度不足，無法與機組移動速度相匹配，以致無法及時支護新暴露頂板，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格按相關(guān)規(guī)范來操作支架，以確保所用的各個支撐支架實際支撐阻力達標，從而起到良好的支撐作用。升支架時，支架升起時間應(yīng)準確、恰當，支架升起后的初撐力必須達標；支架的支護狀態(tài)應(yīng)科學(xué)、合理，布設(shè)好的支架應(yīng)能與工作面頂板實現(xiàn)平面接觸，支架與頂板嚴禁出現(xiàn)只是點接觸或線接觸[4-5]。

4.2 強化液壓系統(tǒng)管理

支架所用液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的穩(wěn)定與否，會對支架對頂板的支護作用產(chǎn)生直接影響。對此，在日常液壓支架生產(chǎn)管理作業(yè)中，應(yīng)強化液壓系統(tǒng)檢修工作，確保泵站壓力足夠大，同時應(yīng)謹防液壓系統(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)及時維修元件，必要時應(yīng)更換元件。

4.3 及時支護頂板

及時有效地支護新暴露的頂板可使煤壁所受壓力大幅降低，進一步減少煤壁片幫現(xiàn)象。采煤工作面進行移架操作后，借助護幫板對煤壁及時護住，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)，進而提高煤壁抗壓性能。在實際生產(chǎn)中，當遇到移架速度無法跟上采煤機前進速度時，應(yīng)停機等待。在全部支護好新暴露的頂板后，才能繼續(xù)開機作業(yè)。

4.4 提前加固地質(zhì)構(gòu)造點處的煤壁

通常在煤層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)存在較嚴重的煤層節(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煤壁進行固化，這樣可使煤壁更穩(wěn)定。借助這兩種方法來提前加固地質(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

若待開采煤層煤壁較松軟，且存在嚴重的節(jié)理發(fā)育現(xiàn)象時，可應(yīng)用液沖錨桿來對煤壁進行加固控制。通常采用給采面打單排液沖錨桿的方式來加固煤壁，這時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。若待開采煤層煤壁特別松軟，且煤壁節(jié)理發(fā)育較明顯時，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。施工時應(yīng)選用合適的鉆頭來打錨眼，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)合的方式來充分加固煤壁。在進行煤壁固化時，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動注漿泵給煤壁加注固化劑。完成施工后，過5～10 min左右，就可達到很好的煤壁固化效果[6]。

5 結(jié)語

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)對措施進行防治。

[1]牛艷奇，陳樹義，劉俊峰.大采高綜采工作面片幫加劇機理分析及防治措施[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].中國安全科學(xué)學(xué)報，2012（8）：89-92.

[4]宋朝陽.寺河礦大采高工作面煤壁片幫機理及防治措施[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.大采高開采工作面煤壁穩(wěn)定性隨機分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2015（10）：40-43.