懸移支架機(jī)采放頂煤工作面防治片幫關(guān)鍵技術(shù)研究

王志浩　賀威威

【摘 要】42051機(jī)采工作面煤壁的片幫主要與煤體的頂板壓力、抗剪強(qiáng)度、煤體性質(zhì)有關(guān)，增大支架的工作阻力以減緩煤壁壓力或進(jìn)行煤壁注水以提高煤體抗剪強(qiáng)度是防止煤壁片幫主要途徑，使煤層片幫和頂煤脫落現(xiàn)象得到有效控制，保證了工作面的正常推進(jìn)，減少了因處理片幫和頂煤脫落而帶來的不安全隱患，收到了較好的效果。

【關(guān)鍵詞】“三軟”煤層；煤層片幫；防治片幫技術(shù)

鄭州礦區(qū)回采的煤層為“三軟”煤層，煤層松軟破碎、易片易掉，楊河煤業(yè)42051是采用整體頂梁懸移支架配合采煤機(jī)機(jī)采工藝，采煤機(jī)割煤后煤壁暴露面積較大，工作面切巷較長，回采進(jìn)度慢，同時(shí)受到老空老巷的影響，煤壁片幫問題是制約安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，因此，治理煤壁片幫問題成為該工作面急需解決的問題。

1 松軟煤層煤壁片幫類型及分析

煤壁片幫主要是由于各向受力不均引起的煤壁破壞現(xiàn)象。煤壁在自重和頂板壓力作用下，主要表現(xiàn)出拉裂破壞和剪切破壞兩種破壞形式。

1.1 煤壁拉裂破壞

煤壁拉裂破壞較多的發(fā)生在脆性硬煤中，該類煤層煤壁容許的形變量較小。該類煤壁片幫破壞的原因主要是由于在頂板壓力作用下，煤壁內(nèi)產(chǎn)生了橫向拉應(yīng)力，而橫向拉應(yīng)力不能通過煤體的變形釋放或者緩解，因此，當(dāng)其大于煤體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，煤壁就產(chǎn)生拉裂破壞，從而產(chǎn)生煤壁片幫。

1.2 煤壁剪切破壞

對于軟煤層而言，在煤體自重及頂板壓力作用下，在煤壁內(nèi)煤體也會產(chǎn)生橫向的拉應(yīng)力，但是軟煤層的橫向及蠕動(dòng)變形會釋放或緩解由于壓縮而產(chǎn)生的橫向拉應(yīng)力，最終由于煤壁內(nèi)的剪應(yīng)力大于抗剪強(qiáng)度而發(fā)生剪切滑動(dòng)破壞，實(shí)際的剪切滑動(dòng)面大部分為曲面，假如煤壁高度和片幫高度不大，將其簡化為平面（如圖1所示），按照莫爾強(qiáng)度理論及破壞準(zhǔn)則可表述為沿著剪切面的抗剪力D減去該面上的滑動(dòng)力S；

上述煤壁片幫機(jī)理分析表明，無論是煤壁的拉裂破壞還是剪切破壞，主要與煤體的頂板壓力、抗剪強(qiáng)度、煤體的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。因此，減小煤壁所受的頂板壓力、改變煤體的物理力學(xué)性質(zhì)和提高煤體的抗剪強(qiáng)度，將是解決煤壁片幫問題的主要技術(shù)途徑。

1.3 煤壁撓度的計(jì)算

為簡化分析，計(jì)算煤壁在頂板壓力作用下的撓度可作如下假設(shè)：（1）不考慮煤壁的剪切變形；（2）不考慮煤壁垂直方向上的壓縮變形；（3）不考慮煤壁的重力影響；（4）忽略水平作用下對煤壁片幫的影響。

上述煤壁片幫的力學(xué)分析表明，楊河煤業(yè)42051工作面煤壁主要發(fā)生的是剪切破壞，片幫主要部位是煤壁的中部。但無論是煤壁的拉裂破壞還是剪切破壞，煤壁最大撓度點(diǎn)在距底板0.65倍處。可以看出，煤壁的片幫主要與煤體的頂板壓力、抗剪強(qiáng)度、煤體性質(zhì)有關(guān)，增大支架的工作阻力（或放頂煤開采使得承壓遠(yuǎn)離煤壁）以減緩煤壁壓力或進(jìn)行煤壁注水以提高煤體抗剪強(qiáng)度是防止煤壁片幫主要途徑。

2 煤壁防治片幫技術(shù)

2.1 提高支架工作阻力

對于放頂煤開采，支架除了做到對頂煤的全封閉外，支架合理的工作阻力既要能夠支承頂板、抵抗頂板來壓，又要能夠緩解煤壁壓力，減緩甚至消除煤壁片幫和斷面漏冒。從支撐頂板的要求出發(fā)，所需要的支架工作阻力并不大，但是從緩解煤壁的片幫而言，高工作阻力可以減小煤壁處壓力，有利于緩解煤壁片幫。

2.2 煤壁淺孔注水技術(shù)

由于“三軟”煤層具有強(qiáng)度低，易破碎特點(diǎn)，因此選擇合適的注水壓力對煤壁的養(yǎng)護(hù)，透水半徑，注水效果影響較大，通過注水實(shí)驗(yàn)注水壓力超過5MPa，煤壁由于注水壓力過大易造成人為的片幫，低于3 MPa擴(kuò)散半徑太小，注水時(shí)間長，注水效果差，因此注水壓力控制在3～5MPa之間。

2.3 其他煤壁片幫防治技術(shù)

（1）加強(qiáng)支架的支護(hù)質(zhì)量，確保所有支架均達(dá)到初撐力，尤其是來壓前，要將支架調(diào)到最佳狀態(tài)，使懸液支架的頂梁平行，并保證接頂質(zhì)量，確保支架平、嚴(yán)、實(shí)、安全閥靈敏可靠。

（2）采取帶壓拉架方式進(jìn)行支架拉移，拉移時(shí)，要有專人觀察托梁、上擋矸板的情況，如有意外立即停止，待處理正常后再行操作；移架后支架的前柱應(yīng)與頂梁垂直，后柱前傾2～3°，保證支護(hù)有力。

（3）帶壓拉架技術(shù)。

（4）加快工作面推進(jìn)速度

2.4 取得的效果

（1）提高了開機(jī)率，改進(jìn)后大大減少停機(jī)支護(hù)時(shí)間，采煤機(jī)開機(jī)率由原來的19%，提高到30.5%，提高了經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)約了大量的支護(hù)材料，降低了噸煤成本。

（2）通過改進(jìn)采煤工藝、調(diào)整液壓支架的工作狀態(tài)，采用綜合防治煤壁片幫技術(shù)有效防治了煤壁片幫嚴(yán)重現(xiàn)象，使對煤層片幫的治理由被動(dòng)支護(hù)變?yōu)橹鲃?dòng)防護(hù)，使煤層片幫和頂煤脫落現(xiàn)象得到有效控制，保證了工作面的正常推進(jìn)，減少了因處理片幫和頂煤脫落而帶來的不安全隱患，收到了較好的效果。

[責(zé)任編輯：劉展]