浅析大采高综采煤壁片帮机理与防治

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1、浅析大采高综采煤壁片帮机理与防治【摘要】随着综采液压支架最大支撑高度与最大支撑力的不断增加，煤炭开采采高呈上涨趋势。而采高是影响煤壁片帮的主要因素，因矿压显现加剧容易导致大面积片帮，进而引起冒顶事故，对矿山机械稳定性和生产人员生命安全存在潜在威胁。本文旨在研究大采高综采煤壁片帮机理，在分析了大采高煤壁片帮的影响因素后，提出了增加防片帮板、加固煤壁、加快工作推进速度等片帮防治思想。【关键词】大采高；综采；煤壁片帮机理；片帮防治措施1引言大采高综采是对厚度大于3.5m的厚煤层一次采全高的开采方法。然而，随着大采高采采高的增加，相应的支

2、护高度和煤壁高度都要增加，这就导致矿山压力显现加剧容易发生较大范围和深度的片帮，片帮又极易导致冒顶事故。这些事故不仅影响大采高综采的正常生产，损坏工作面设备，而且还威胁人身安全。因此片帮问题也就成为制约大采高综采面安全高效开采的主要因素之一，只有有效地控制煤壁片帮，才能更好的发挥大采高综采的优越性，进而普遍推广。2煤壁片帮的机理6煤壁片帮是矿山压力显现的结果，煤体在未受开挖影响时处于原岩应力状态，此时处于三向应力状态的煤体稳定，当煤体受开采影响后其应力平衡遭到破坏，水平应力迅速减小，在煤壁附近的煤体处于二向应力状态甚至单向应力状态

3、。由于大采高综采工作面煤壁高，煤壁的支承压力作用迅速增大，使煤体产生新的节理，大多煤体已处于破碎状态，其承载能力已经很小甚至已经没有承载能力，随着老顶的周期来压，煤壁会在节理最发育的地方最先受到破坏，当支承压力达到一定值后，煤体加剧破坏，从而造成煤壁片帮。3影响大采高煤壁片帮的因素3.1采高采高是影响煤壁片帮的主要因素之一，根据现场经验，工作面顶板压力随采高增大而增大，从而工作面煤壁片帮的机率也相应增加。如片帮与采高关系图（图1）所示，片帮深度随着实际采高的增大而呈非线性的增加，当采高超过一定值后，煤壁片帮深度急剧增加。随着工作面

4、的推进，在煤壁前方产生了支承压力，在该压力作用下，煤壁一定深度内的煤体首先破坏，并且呈现格里菲斯强度破坏特征，出现裂隙，该破坏区的范围与煤体强度及应力状态有很大关系。3.2煤体破裂角及节理面倾角6大采高开采时，煤壁由于受到上覆岩层的挤压，煤体产生裂隙，即超前支承压力作用的结果。若增加节理面的倾角，剪应力相应增大，裂隙的发育程度则会愈加明显，进而形成破裂面。运用力学原理进行分析，当剪应力处于最大值时，煤体易沿着破裂面发生整体破坏。由以上所述，得之，煤壁处处于应力集中区，受支承压力和剪应力的影响，煤壁煤体容易沿破裂面和节理面分割成块状

5、结构，在自由面的水平拉应力作用下向外滑落，进而形成片帮。3.3基本顶回转角老顶会在工作面的推进过程中发生周期性运动，工作面顶板会因断裂岩块的失稳变形而急剧下沉，这将会直接导致直接顶的变形甚至破坏。直接顶形成的拉断区和压缩塑性变形区会因老顶回转角的不同而有所变化。老顶对直接顶的剪切破坏带的形成是将老顶相同转角所产生的破坏区相连组成的。煤体壁片冒的产生则是由破坏区内岩体的块度和排列状态所决定的，煤体的块度则由裂缝的密度而定。因此，可以通过上述分析得出：工作面前方煤体处于塑性破坏区进而在老顶回转作用，使顶煤发生位移以及节理面与老顶回转引

6、起的剪切破坏带方向相同，导致呈现碎裂状，如此状态的煤体抗剪切能力降低。煤体的节理面倾角发生变化特别是变大的情况下，两面间的摩擦力会降低，加大了煤壁的控制难度。因此煤体最难控制的时期就是老顶来压期间。3.4停采时间6由综采面矿压观测结果可知，顶板的下沉量随立脚点顶板的周期性垮落，停采时间成正比，停采时间越长，顶板的下沉量越大，对煤壁及端面区直接顶的压缩破坏越严重，同时，由于节理面不可能是绝对平整的，在两面相对位移量较小时，凹凸不平处的相互作用，使两节理面之间的磨擦力增大，当两面位移量较大时，这个作用就会失去，表现为沿节理面的大位移量

7、，使工作面出现台阶下沉，或严重片帮，所以工作面停止推进，也是导致煤壁片帮的一个主要原因。4防治煤壁片帮的措施4.1在顶端加防片帮板在机组割煤前，提前采煤机1～2架才将护帮板收起，使工作面煤壁始终在护帮板支撑下。研究表明，采用支架护帮板对于控制大采高综采煤壁片帮效果十分显著。据统计，没有在护帮板支护下的片帮概率约为没有支护板支护时的1/3。其原理是护帮板可以增加煤壁的侧向约束力，抑制煤壁在水平方向的位移，当塑性区的煤体产生水平位移时，会受到护帮板不同程度的抑制，从而减小片帮程度。4.2加固煤壁6化学加固法：对煤壁松软、节理裂隙发育、

8、顶板压力大及地质构造破坏严重等易发生片帮冒顶的地段，采用玛丽散对煤壁实施超前加固，以有效提高煤体的整体性，增大破碎煤壁的稳定性，防止片帮发生。首先按照施工要求在煤壁上布置钻孔，然后往钻孔上安装注射器和封孔器，使用风动注浆泵注射玛丽散固化剂。施工完毕