梁鴻盛

（汾西礦業(yè)集團雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

綜放工作面，屬于我國特厚煤層大采高開采主要手段，利于確保礦井集約化生產(chǎn)、工作面高產(chǎn)高效的主要路徑。通過對某礦4#煤層綜放工作面采煤層分析發(fā)現(xiàn)，煤層比較厚、容易遭受地質(zhì)構造、煤巖特性，以及回采工藝等多方面因素影響，這時回采時片幫問題比較嚴重，對于工作面安全開采情況的影響非常大[1]。另外，為確保工作面回采工作的質(zhì)量、控制片幫所致停車時間，應該以4103 綜放工作面為主，加以對煤壁片幫機理方面的深入分析，然后采用相應的對策進行煤壁片幫控制工作。

1 工作面相關情況淺談

4103 工作面處于礦井四一采區(qū)，北部、南部分別為：4102 工作面采空區(qū)、4105 和4106 工作面，西部、東部為施家窯村保安煤柱、礦界保安煤柱，工作面采煤層4#煤層、厚度約為5.5 m、傾角為3°，煤層的硬度f=3，中部存在厚度約為0.3 m 夾矸，煤層背斜構造比較穩(wěn)定,為采厚煤層，4103 工作面設計走向的長度、傾斜長度、直接頂厚度分別為830 m、50 m～100 m、16 m。需要注意的是，基本頂?shù)钠骄穸葹?3 m 中粗粒砂巖，直接底的平均厚度為1.8 m泥巖，工作面實行放頂煤開采、回采高度和放煤的高度均在2.8 m 左右，采放比例按照1∶1.12 處理，使用的是ZF6400/18/28 支架，將額定工作阻力設置為6 200 kN、初撐力設置為5 230 kN。另外，該工作面兩巷掘進的過程揭露正斷層數(shù)量為12 條，落差＞1 m 占7 條、最大斷層的落差為20 m，這會對工作面回采構成嚴重威脅。

2 片幫形式、片幫機理相關情況研究

4103 工作面回采的過程煤壁片幫局部非常嚴重，特別為工作面來壓和過構造帶時煤壁片幫問題凸顯。通過現(xiàn)場觀測情況來看，工作面煤壁片幫存在不同的片幫類型[2]：

1）拉裂式片幫作為4103 工作面片幫的基本形式占據(jù)片幫≥50%，造成該種片幫問題的原因和頂板壓力下煤壁橫向拉應力的出現(xiàn)存在聯(lián)系，因4#煤層硬度f=3，因此煤體變形難度系數(shù)加大，這一應力不能經(jīng)煤體變形有效釋放，如果應力大于煤體抗拉極限煤壁，則會產(chǎn)生拉裂破裂的現(xiàn)象。

2）剪切式片幫多在構造帶四周煤體軟地帶出現(xiàn)，占據(jù)片幫總數(shù)約20%，發(fā)生這一類型片幫情況的原因為煤壁頂板條件下煤體橫向拉應力，煤體軟、煤體內(nèi)部出現(xiàn)橫向蠕變致使應力釋放，此時煤體內(nèi)部剪切力大于抗剪強度，引發(fā)剪切滑落破壞問題的概率加大。

3）重力影響式片幫，多在煤層裂隙發(fā)育地帶出現(xiàn)，部分煤體揭露煤體自重條件下煤壁順著列斜面下滑，故而產(chǎn)生煤壁片幫的現(xiàn)象。經(jīng)研究了解到4103工作面煤壁片幫的形式、機理，在不同煤壁片幫形式下，和煤體性質(zhì)、應力作用均存在緊密的關聯(lián)性，有助于加強煤體的強度，嚴格控制煤壁片幫的發(fā)生率不同片幫形式見圖1。

圖1 不同片幫形式

3 煤壁片幫的相關影響因素分析

3.1 超前支撐壓力影響因素

4103 工作面煤層厚度約為5.5 m，通過研究發(fā)現(xiàn)，煤層更厚、煤質(zhì)則會更軟，煤體超前支撐力的壓力則會更大，這時發(fā)生煤體片幫、頂板不穩(wěn)定的情況概率比較大。站在綜放工作面的角度來看，放頂煤后頂板支撐壓力過大，此時易導致煤體運移量、破碎程度更加嚴重，進而會出現(xiàn)支架端頭冒漏所致煤壁片幫的現(xiàn)象[3]。

3.2 煤層特性影響因素

4103 工作面4#煤層為中硬煤層，煤層塑形不會發(fā)生過大變化，然而局部易于遭受構造帶和礦壓的作用所影響，這時局部煤體呈裂隙發(fā)育、煤質(zhì)處于松軟的裝填，構造影響的范圍內(nèi)煤體呈粉末狀的概率加大。軟硬煤體在頂板應力條件下，產(chǎn)生拉裂破壞的可能性非常大，但裂隙發(fā)育軟煤強度不會很高、整體性欠佳，主要表現(xiàn)在外力作用或是應力作用下，順著裂隙面/構造面容易引發(fā)片幫破壞狀況方面。

3.3 割煤高度影響因素

通過理論、實踐了解到，工作面回采高度提升、煤壁片幫問題越來越嚴重，4101 工作面、4103 工作面實行采高試驗。將采高設置為2.2 m 時煤壁片幫率約為3%，采高設置為2.5 m 時煤壁片幫率約為4.5%，采高設置為2.8 m 時煤壁片幫率約為7%，采高設置為3 m 時煤壁片幫率約為10%，采高設置為3.2 m 時煤壁片幫率約為15%，采高設置為3.5 m 時煤壁片幫率約為20%，采高設置為3.8 m 時煤壁片幫率約為30%。由此可見，回采速度更小、煤體超前支撐作用及端頭空頂?shù)臅r間則會更長，而且工作面來壓時煤壁片幫問題比較嚴重，對采高加以嚴格控制利于使得工作面片幫率降低[4]。

3.4 支護狀態(tài)影響因素

支撐初撐力會在頂板支護下，致使頂板對于煤體壓力下降，對4103 工作面支架初撐力統(tǒng)計了解到，支架初撐力在2 160 kN 左右，占額定初撐力40%左右，容易發(fā)生支架不接頂?shù)膯栴}。如此一來，在頂板壓力下會直接作用于煤體，故此會發(fā)生煤體片幫問題。除此之外，采煤機的應用拉架不及時，出現(xiàn)端面空頂范圍加大、空頂時間延長的可能性較大，且易于引發(fā)端面頂煤、頂板冒漏及煤壁片幫等現(xiàn)象。在對冒頂、片幫處理時，會在一定程度上延長端頭無支護的時間，使得超前支撐壓力影響時間延長，此時煤壁、頂煤發(fā)生破碎情況，頂板、頂煤冒漏，以及片幫等問題反復出現(xiàn)，造成的影響不可估量。

4 特厚煤層大采高綜放工作面煤壁片幫控制對策探究

其一，確定拉架的方式，煤機后在第一時間拉架、伸開護幫板實行護幫護頂作業(yè)，如果遇到煤壁片幫和頂板冒漏的問題，馬上拉超前架并在拉架后調(diào)整升架的時間，從而使得支架初撐力滿足相關標準，及時實行頂板、支護作業(yè)，保證頂板、頂煤壓力下降[5]。

其二，過構造帶的時候煤體變軟、容易發(fā)生破碎，可于煤壁搭設木錨桿/實行化學注漿加固處理，這時4103 工作面過斷層可使用注漿加固方式，漿液建議采用馬麗散，究其原因與該種漿液進到煤體裂隙可促使破裂煤體、巖體黏合，因而利于促使煤巖體強度加大、避免發(fā)生片幫情況。

其三，采高增加煤壁片幫率、頂板冒漏率提升，所以需嚴格控制采高、禁止超高采煤作業(yè)，目的是為提升支架頂梁接頂整體效果。結合4#煤層煤巖的主要特性、使用支架型號來看，4103 工作面采高應控制在2.5 m 以下。

其四，4103 工作面頂煤、頂板冒漏、煤壁片幫等問題的發(fā)生，多會通過架設傾向棚子的形式護幫、護頂，架設傾向棚子過程中要求在頂板、煤壁完整位置支架前梁頭搭設傾向圓木/木板，在此之后實行頂板、頂煤冒漏，以及片幫位置支架遷移，支架頂梁于傾斜圓木和木板的下部作以升緊支架處理。煤壁片幫、冒漏小地帶，進行拉超前架護頂、護幫作業(yè)[6]。

其五，明確礦壓顯現(xiàn)的主要規(guī)律、特征，要求在實際來壓前進行煤壁維護作業(yè)，防止受到來壓因素所影響引發(fā)煤壁大范圍片幫、頂板、頂煤冒漏等現(xiàn)象。實行煤壁注水管理時，經(jīng)煤壁注水的形式加強煤體濕潤度、黏度，有助于提升煤體可塑性、降低煤塵。與此同時，4103 工作面使用的為淺孔注水，注水孔距、深度均設置為5.5 m，同時將注水的壓力保持在6 MPa 左右。注水停止時間以滲出煤壁為基礎，能夠合理調(diào)節(jié)回采的速度，并促使超前支撐壓力、來壓對煤體構成影響的時間加以控制，目的為切實降低片幫情況的發(fā)生。

其六，有效控制工作面推進的速度，通過數(shù)值模擬結果可以看出，工作面推進速度每日＜5m 煤壁片幫會發(fā)生較大的改變，煤壁片幫程度會隨著推進速度增加而減小。工作面推進速度＞每日5 m，煤壁片幫的深度、面積變化較小，這時繼續(xù)增加推進的速度，煤壁片幫改善效果并不理想。因而要求將工作面推進速度調(diào)整為每日5 m，以此降低煤壁片幫的發(fā)生率，并確保工作面推進的整體效率[7]。除此之外，煤壁片幫控制時應該進行工作面礦壓顯現(xiàn)主要特征方面的監(jiān)測，要求實行工作面來壓時間預測，工作面處于來壓情況下需確保支架支撐力、煤壁保護方面能力。工作面通過斷層和陷落柱期間，通過注漿方式實行煤壁巖體加固，注漿材料方面建議使用黏土水泥漿，從而保證煤壁的強度。

5 結語

為保證4#煤層綜放工作面開采效率，對煤壁片幫加以有效控制非常必要，這就需要全面了解片幫的形式、機理、造成片幫的基本原因，然后選取相應的對策預防片幫。4103 工作面經(jīng)對采高加以控制、加固煤體相關對策，以此使得煤壁片幫率得到控制，同時需做好超前預防工作，旨在避免發(fā)生安全事故問題。