大采高綜采面煤壁片幫控制技術(shù)分析

賈曉峰

(山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030012)

引 言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，針對煤炭能源的需求量也在不斷增加。在這種背景下，各大煤礦企業(yè)紛紛采用先進(jìn)采煤技術(shù)和相關(guān)設(shè)備，有效提高了采煤工作效率和質(zhì)量。其中大采高綜采就是應(yīng)用非常廣泛同時實(shí)用效果良好的一種方法。需要注意的是，在實(shí)施大采高綜采的過程中，很容易形成煤壁片幫，一般情況下煤壁片幫的發(fā)生率會隨著煤層開采高度的增加而變大；一旦出現(xiàn)煤壁片幫，就會嚴(yán)重影響到采煤工作的正常開展，給正常的生產(chǎn)運(yùn)輸造成極大障礙。因此，在進(jìn)行大采高綜采的過程中，要注意避免出現(xiàn)煤壁片幫。在進(jìn)行大采高綜采的過程中，隨著煤層開采高度的增加，發(fā)生煤壁片幫的機(jī)率也會相應(yīng)變大。由于煤壁片幫對于大采高工作會產(chǎn)生直接的影響，導(dǎo)致正常的生產(chǎn)、運(yùn)輸難以有效開展。另一方面，煤壁片幫的出現(xiàn)還會對采煤過程中的頂板產(chǎn)生不良作用，具體表現(xiàn)為促使工作面頂板裂隙的進(jìn)一步發(fā)育，這將導(dǎo)致支架出現(xiàn)受力不均；如果這種情況無法得到有效控制或者糾正，礦井內(nèi)支架就容易受到嚴(yán)重?fù)p壞，當(dāng)其達(dá)到某一程度，就會導(dǎo)致頂板發(fā)生崩塌，這無疑將直接威脅到工作人員的生命安全?；诖?，需要針對大采高條件下綜采工作面產(chǎn)生煤壁片幫的原因進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上得出預(yù)防或者控制煤壁片幫的對應(yīng)措施和方法，維護(hù)正常的生產(chǎn)秩序以及工作人員的生命安全。

1 影響大采高綜采工作面煤壁片幫出現(xiàn)的主要因素分析

1.1 采高的影響

大采高綜采作業(yè)過程中工作面的采高對于煤壁片幫的產(chǎn)生具有直接影響。根據(jù)相關(guān)資料以及大采高綜采的實(shí)踐經(jīng)驗，當(dāng)大采高綜采工作面開采高度增加，工作面頂板所承受的壓力出現(xiàn)增大，同時還會導(dǎo)致前方煤壁承受的壓力也會隨之增加。這種力度的變化導(dǎo)致工作面內(nèi)部壓力出現(xiàn)失衡，使得煤壁片幫的發(fā)生率出現(xiàn)大幅上升?；诿禾孔陨淼奶匦?，在一定范圍內(nèi)煤炭從總體上處于極限平衡狀態(tài)，但是在大采高綜采過程中，煤壁前方要承受強(qiáng)大的支撐壓力，這一變化導(dǎo)致煤層原有的力度平衡被打破，進(jìn)而引發(fā)煤壁片幫的發(fā)生[1]。

1.2 煤層節(jié)理發(fā)育的影響

在實(shí)施大采高綜采過程中，工作面前部的煤層具有一定特殊性。具體來講，工作面前部的煤體存在明顯的不連續(xù)性，同時也具有一定的轉(zhuǎn)化性。這種特點(diǎn)使得工作面前端的煤層如果其自身裂隙較少，就會具有明顯的各向的差異性。如果煤層存在較多裂隙，就會表現(xiàn)為相同的方向，這一特點(diǎn)使得煤層的強(qiáng)度明顯下降。因此，當(dāng)煤層受到破壞，其整體性也就很容易被破壞掉，繼而產(chǎn)生煤壁片幫。

1.3 工作面推移速度的影響

在實(shí)際采煤過程中，工作面推進(jìn)的速度也是影響煤壁片幫產(chǎn)生的原因之一。一般來說，工作面推移速度過快，產(chǎn)生煤壁片幫的機(jī)率就會下降；如果工作面推移速度較慢，出現(xiàn)煤壁片幫的可能性就會上升。之所以會出現(xiàn)這種情況，在于當(dāng)工作面推移速度加快，就會降低對支撐區(qū)域的力度影響，也可以避免對煤體產(chǎn)生長時間的壓力作用，這種變化將有助于避免煤壁片幫的發(fā)生。

1.4 停采時間的影響

根據(jù)已有的開采數(shù)據(jù)以及相關(guān)的研究成果，礦井內(nèi)部工作面頂板發(fā)生下沉的機(jī)率與工作面停止前進(jìn)的時間存在一定關(guān)系，具體來講，如果礦井內(nèi)部工作面停止推進(jìn)的時間越長，那么對應(yīng)頂部發(fā)生下沉的機(jī)率也會隨之上升。此外，煤層內(nèi)部一般不會呈現(xiàn)出絕對的平整，因此當(dāng)其受到外力作用，對應(yīng)部位就會發(fā)生凹凸之間的融合，這個過程將導(dǎo)致煤體之間的摩擦增加；如果出現(xiàn)足夠大的位移，對于相應(yīng)部位煤體的約束也會消失，進(jìn)而導(dǎo)致煤壁出現(xiàn)大幅下沉，部分情況下還會出現(xiàn)嚴(yán)重的煤壁片幫。

1.5 支架支撐力不足

在礦井內(nèi)部進(jìn)行大采高綜采的時候，工作面上部的壓力主要由前部的煤壁以及支架承擔(dān)，因此，當(dāng)支架的支撐力度達(dá)不到實(shí)際需要或者出現(xiàn)破損進(jìn)而出現(xiàn)支撐力不足，這種情況下頂部的壓力將由工作面前部的煤體承受，而煤體的強(qiáng)度和韌性都是比較有限的，因此，一旦工作面前部的煤體所受壓力大于其承受限度，就會出現(xiàn)大范圍的垮塌，也就是煤壁片幫。具體來講，礦井內(nèi)部的支架多為液壓支架，其支撐力多由液壓泵提供，因此液壓泵壓力不足，就會導(dǎo)致支架整體支撐力下降；此外，支架支撐不合理或者支架自身質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或者針對支架的維護(hù)不到位，都會影響到其支撐力情況，因此也是導(dǎo)致煤壁片幫發(fā)生的相關(guān)因素。

2 規(guī)避大采高綜采面煤壁片幫的應(yīng)對措施

2.1 在煤壁頂端增設(shè)防片幫板

在實(shí)際采煤過程中，為了有效避免煤壁片幫的發(fā)生，可以在針對對應(yīng)部位安裝防片幫板，一般講護(hù)幫板放在采煤機(jī)前一到二個架次，這有助于保護(hù)工作面強(qiáng)的煤壁，增加其支撐力和穩(wěn)定性，降低采煤工作對其的影響，降低煤壁片幫發(fā)生的可能性。研究結(jié)果顯示，安放護(hù)幫板對于避免煤壁片幫具有非常關(guān)鍵的作用，安裝有護(hù)幫板的地方比沒有安放的地方發(fā)生煤壁片幫的機(jī)率小于3倍。

2.2 對煤壁進(jìn)行加固

在開采過程中遇到特別松散的煤層，為了有效預(yù)防工作面推進(jìn)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重煤壁片幫，可以采取有效方法對煤壁進(jìn)行強(qiáng)化，增強(qiáng)其整體性強(qiáng)度和穩(wěn)定性，這有助于降低煤壁片幫發(fā)生的可能性。

2.2.1 化學(xué)加固

化學(xué)加固主要適用于煤壁節(jié)理發(fā)育比較完善的部位，此外如果工作面頂板需要承受較大壓力或者對應(yīng)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生嚴(yán)重破壞的地區(qū)一般也可以采用化學(xué)加固。在具體實(shí)踐過程中，要按照相關(guān)的施工規(guī)定和流程在對應(yīng)部位進(jìn)行鉆孔，這是為了后續(xù)注入漿液做準(zhǔn)備的。在此基礎(chǔ)上針對鉆孔安裝對應(yīng)的注射裝置和封孔措施，注入煤層內(nèi)部的液體能夠有效強(qiáng)化其整體穩(wěn)定性，避免在工作面推進(jìn)過程中產(chǎn)生煤壁片幫[2]。

2.2.2 錨桿加固

錨桿加固一般用于煤體自身穩(wěn)定性較好的區(qū)域。在具體操作環(huán)節(jié)，選用2 m長的錨桿配合相對應(yīng)的樹脂等針對煤層進(jìn)行加固。通過錨桿加固，有助于增強(qiáng)煤體整體性的穩(wěn)定性，同時還可以起到提高支撐力、降低摩擦帶來壓力的作用，繼而避免煤體出生下滑。

2.3 增快工作推移速率

由于工作面推進(jìn)速度過慢會增加煤壁片幫的發(fā)生率，因此，在具體的開采過程中，要結(jié)合礦井內(nèi)部的具體情況以及采煤機(jī)的具體工作情況，合理提高采煤工作面的推進(jìn)速度。這種情況下，煤壁所受壓力將得到有效降低，同時還可以減少工作面頂板的下沉，進(jìn)而有效降低對應(yīng)工作區(qū)域發(fā)生煤壁片幫的可能性。

2.4 及時進(jìn)行支護(hù)

在實(shí)際采煤過程中，要積極做好相應(yīng)的支護(hù)措施，這是確保工作面頂板穩(wěn)定性的主要措施，有助于降低頂板發(fā)生下沉以及相應(yīng)的煤壁片幫的可能性。在實(shí)施支護(hù)的過程中，要堅持對應(yīng)的工作原則，做好支架的移動，避免在支架移動過程中出現(xiàn)支撐力空缺?？茖W(xué)有效的支護(hù)能夠有效實(shí)現(xiàn)對工作面頂板壓力的支撐，這可以降低煤壁受壓力，進(jìn)而降低煤壁發(fā)生變形、損壞的可能性。

3 結(jié)語

工作面煤壁片幫作為開采中的多發(fā)事故，不僅會影響生產(chǎn)的正常開展，還會對工作面頂板造成影響，加劇頂板裂隙的發(fā)育并使得支架出現(xiàn)受力不均現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至?xí)率怪Ъ懿考軗p而導(dǎo)致頂板事故發(fā)生，對作業(yè)人員生命安全造成威脅。因此，一名合格的煤炭技術(shù)人員，必須充分聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)需求，以不斷進(jìn)取的精神投入到相關(guān)技術(shù)與措施的探究中，為煤炭行業(yè)的長久持續(xù)發(fā)展提供助力。