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大采高工作面煤壁片幫規(guī)律與預(yù)防措施

文檔作者：邊強(qiáng) 文檔來源：晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月28日
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2010年第4期 煤礦支護(hù) 17
大采高工作面煤壁片幫規(guī)律與預(yù)防措施
邊 強(qiáng)
[晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)公司，山西晉域048006]
摘要 圍繞晉煤集團(tuán)大采高工藝生產(chǎn)實踐及礦壓觀測數(shù)據(jù)，分析了大采高工藝煤
壁片幫的分布特點和煤壁片幫的影響因素，總結(jié)了大采高工藝的片幫規(guī)律，并提出
了預(yù)防大采高工作面煤壁片幫的技術(shù)措施，很好地解決大采高工作面的頂板管理難
題，減少頂板事故，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞 大采高工藝 片幫規(guī)律預(yù)防措施
刖 菁
大采高一次采全厚采煤法是一次開采煤
層全厚度達(dá)3．5～6．2m的長壁采煤法。它
用于傾角較小的煤層，大采高工藝的采煤系
統(tǒng)簡單，基本與單一長壁采煤法相同。大采
高一次采全厚與分層綜采、放頂煤綜采相
比，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性和發(fā)
展?jié)摿Γ瑸榻档途蜻M(jìn)率，緩和采掘關(guān)系、簡
化生產(chǎn)環(huán)節(jié)和保證安全 產(chǎn)提供了條件。據(jù)
統(tǒng)計，大采高綜采工作面的單產(chǎn)水平要比同
一煤層條件下的普通綜采工作面高1．18～
2．62倍，而回采工效則要高0．58～1．22
倍。雖然大采高綜采設(shè)備的投資和設(shè)備折舊
費比普通綜采高3．4倍。但由于其產(chǎn)量大、
效率高、減少回采巷道、不鋪設(shè)假頂和減少
工作面搬遷等因素，其綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯高
于普通綜采。
目前，大采高工藝在晉城無煙煤礦業(yè)集
團(tuán)公司得到了廣泛的推廣及應(yīng)用，在技術(shù)經(jīng)
濟(jì)方面取得了較大成功。特別是寺河煤礦，
僅用5年時間就達(dá)到了千萬噸別的礦井。實
踐證明，在一定開采條件下，‘加大開采強(qiáng)度
是提高規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益的主要途徑，而綜采設(shè)
備生產(chǎn)能力的提高，為擴(kuò)大礦井規(guī)模創(chuàng)造了
條件。因此，在合適的煤層地質(zhì)條件下大采
高綜采是一種有發(fā)展?jié)摿Φ牟擅汗に嚒?
大采高工作面開采后形成的自由空間較
大，上覆巖層活動的范圍和規(guī)模亦較大，工
作面礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，在回采過程中，當(dāng)工作
面煤質(zhì)松軟、頂板破碎、采高較大等條件
下，特別是煤壁弱面發(fā)育時，煤壁片幫時有
發(fā)生，這給工作面的頂板管理、人員及設(shè)備
的安全帶來了極大的隱患。為了有效地降低
大采高工作面煤壁片幫幾率，預(yù)防及避免頂
板事故，本文對大采高工作面的片幫規(guī)律及
影響因素進(jìn)行了分析。
1 大采高工作面煤壁片幫及分布
1．1 片幫的形式及分布
煤壁片幫形式因煤層節(jié)理裂隙、層理弱
面等分布及發(fā)育程度不同，具體的表現(xiàn)形式
也千差萬別。根據(jù)寺河礦3306工作面礦壓
觀測統(tǒng)計(表1)，煤壁片幫按片幫發(fā)生的
部位，可分為頂板片幫、腰部片幫、頂?shù)灼?
幫、底部片幫和斜切片幫5種形式，而以頂
板片幫、腰部片幫兩種形式最多(占
78 9，6)。頂板片幫對支架控制端面頂板最為
不利，護(hù)幫千斤頂幾乎對片幫失去控制，易
造成端面頂板冒落。底部片幫對頂板控制影
l8 煤礦支護(hù) 2010年第4期
響不大，護(hù)幫千斤頂還可以發(fā)揮正常作用。
雖然斜切片幫所占的比例不大，但是對頂板
的控制也是很不利的。
表1 3306工作面煤壁片幫的形式及分布
1．2 片幫深度及分布
3306工作面在回采期間，工作面片幫在
生產(chǎn)中比較常見，片幫深度小于900rnm占
92．8 ，大于900mm占7．2％0。工作面煤壁
片幫統(tǒng)計情況見表2。由于工作面液壓支架
采用了整體頂梁帶可伸縮梁及二級護(hù)幫板，
有效地減少了工作面片幫冒頂?shù)膭×页潭取?
表2 3306工作面煤壁片幫深度及頻度統(tǒng)計
片幫深度／mm ≥900 9OO～600 6OO～300 ≤300
頻率／ 7．2 32．8 22．9 37．1
1．3 片幫長度的統(tǒng)計
寺河礦3306工作面發(fā)生片幫的煤壁寬
度占工作面面長的比值超過48．2 ，平均
41．8 ，且片幫區(qū)域有明顯分段，多發(fā)生在
工作面35~90號支架段，即工作面中部。
2 影響片幫的因素
2．1 片幫與頂板冒落的關(guān)系
煤壁片幫在綜采工作面不是孤立存在
的，往往是與梁端頂板冒落一起發(fā)生。實踐
證明，片幫往往引起冒頂， 冒頂擴(kuò)大又會引
起片幫加深，兩者相互影響形成惡性循環(huán)，
嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。
趙莊煤業(yè)1304、3305及長平公司4303
工作面的礦壓觀測結(jié)果表明，在頂板破碎度
高的工作面，片幫、梁端空頂距與頂板冒落
頻率呈線性關(guān)系，片幫深度越大，梁端空頂
距越大，頂板冒落頻率越高。
2．2 老項來壓對片幫深度的影響
從3306工作面開始回采到直接頂來壓
之前，由于礦山壓力較小，采高較低(小于
6m)，工作面片幫現(xiàn)象較少；隨著工作面推
進(jìn)，采高逐漸增加(最大6．2m)，片幫嚴(yán)
重。初采期間，直接頂來壓對片幫影響較
小，片幫深度均一般小于0．6m，且位于液
壓支架二級護(hù)幫板以下，范圍限于1～3個
支架寬度；老頂初次來壓時煤壁有響聲，并
伴有掉渣現(xiàn)象，老頂來壓時工作面經(jīng)常因煤
壁片幫形成大塊煤影響正常割煤。68 架至
92 架普遍片幫，最大深度達(dá)1．2m，透過
支架間的縫隙，可以看到煤壁前方部分空頂
區(qū)已經(jīng)冒空，冒高達(dá)1in。
礦壓觀測結(jié)果可以看出，無論老頂初次
來壓、周期來壓，都會引起煤壁片幫加深，
老頂周期來壓時支架支護(hù)阻力最大，片幫深
度也最大。老頂周期來壓期間工作面煤壁片
幫長度比非老頂來壓時高2．7倍?？傊?，老
頂來壓對煤壁片幫的影響是明顯的。
2．3 煤壁片幫與采高的關(guān)系
通過對寺河礦3306工作面進(jìn)行礦壓觀
測發(fā)現(xiàn)，煤壁片幫深度與采高不呈線性關(guān)
系。
3306工作面的頂板情況：老頂為細(xì)粒
砂巖，灰色，漸變中粒，成份以石英、長石
為主，含黑色礦物， 有斜節(jié)理，層厚
3．71m；直接頂為砂質(zhì)泥巖，黑灰色，中層
厚度，含植物化石，有斜節(jié)理，致密，局部
破碎，層厚13．36m；偽頂為炭質(zhì)泥巖，灰
黑色，含植物化石，隨采掘脫落，層厚0～
0．2m 。
在以上頂板條件下，煤壁片幫深度隨采
高增大而加深。當(dāng)采高在4．5～6m時，片
幫深度增長速度較平緩； 當(dāng)采高超過6m
時，片幫深度增長速度急劇增大。隨著采高
增大，煤壁塑性區(qū)變寬，雖然煤壁產(chǎn)生塑性
變形不一定片幫，但是塑性區(qū)的增大使煤壁
發(fā)生片幫的機(jī)率大大增加，尤其是在受到采
煤機(jī)擾動的情況下。
2．4 煤質(zhì)硬度對片幫的影響
通過對晉煤集團(tuán)寺河礦(巖石堅固性系
數(shù)f值為2～3)、長平公司長平礦(巖石堅
固性系數(shù)f值為l～2)、趙莊礦(巖石堅固
性系數(shù)f值為0．8～1．2)三個不同煤質(zhì)硬度
的大采高工作面的片幫觀測可以得知，軟煤
片幫頻率及次數(shù)明顯高于硬煤。
2010年第4期 煤礦支護(hù) l9
2．5 工作面推進(jìn)方向?qū)ζ瑤偷挠绊?
在同一煤礦、同一煤層的兩個綜采工作
面，一個與水平面成30~40。的夾角俯斜開
采，另一個與水平成50~60。的夾角仰斜開
采，結(jié)果后者比前者片幫深度多一倍。如果
兩個工作面沿走向開采，其煤層構(gòu)造主節(jié)理
一個傾向采空區(qū)，一個傾向煤壁，則后者片
幫較小。
2．6 采煤機(jī)割煤對片幫的影響
采煤機(jī)割煤過程中工作面片幫比較普
遍。由于采煤機(jī)割煤的擾動，當(dāng)收起支架護(hù)
幫板時，采煤機(jī)前方煤壁即發(fā)生片幫，一般
范圍較小，限于護(hù)幫板以下的煤壁，偶爾也
會出現(xiàn)整個煤壁片幫。
2．7 煤壁暴露時間對片幫的影響
在寺河礦、趙莊礦工作面檢修停產(chǎn)6h
期間，對停機(jī)1h、6h時間后的煤壁進(jìn)行觀
測，觀測數(shù)據(jù)表明，煤壁片幫深度及頻度隨
著煤壁暴露時間延長而增大和增加，割煤后
6h比割煤后1～2h觀測到的片幫約深
160mm，片幫頻度增加了近60 以上。
3 預(yù)防片幫的措施及建議
通過以上對大采高工作面煤壁片幫因素
的分析，結(jié)合寺河礦3306、趙莊煤業(yè)1304、
3305和長平公司4303工作面的現(xiàn)場實測結(jié)
果可以得出，造成工作面煤壁片幫主要原因
是采高增大、液壓支架工作狀況不良、工作
面推進(jìn)速度較慢及煤層結(jié)構(gòu)的影響，其中煤
層結(jié)構(gòu)和采高是造成煤壁片幫的內(nèi)因，液壓
支架工作狀況和推進(jìn)速度是外因。這些影響
因素是可以通過科學(xué)合理的設(shè)計、現(xiàn)場管
理、礦壓觀測等方式得到有效控制。因此，
針對上述原因，可以采取以下措施減少片幫
發(fā)生的機(jī)率：
(1)提高支架初撐力
要掌握好割煤速度，保證支架工有足夠
的操作時間操作支架，延長升架時間，使支
架達(dá)到額定的初撐力。這樣就能有效地控制
頂板下沉，控制煤壁片幫。
(2)及時支護(hù)
滯后采煤機(jī)組l～2架，馬上移架支護(hù)
頂板，及時打出防片幫板，對防治片幫，可
以收到良好效果。
(3)加快推進(jìn)速度
要保證工作面正常的推進(jìn)速度，減少采
場壓力對支架和工作面煤壁的沖擊和破壞。
掌握好割煤速度，減少每一循環(huán)的頂板總下
沉量，控制煤壁片幫。工作面停產(chǎn)檢修時，
要盡量在煤層較薄，采高較低，頂板較好的
地段進(jìn)行，并用單體柱加強(qiáng)支護(hù)，以防片幫
擴(kuò)大，造成冒頂。
(4)盡可能采用俯斜回采
根據(jù)生產(chǎn)實踐，仰斜開采時，片幫的頻
次與嚴(yán)重性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水平或俯斜開采，每一
循環(huán)中，僅處理片幫落煤所用的時間就占整
個循環(huán)工作時間的一半，造成工作面推進(jìn)速
度緩慢，片幫加劇。因此，大采高工作面的
盤區(qū)設(shè)計時，應(yīng)避免仰斜開采，盡可能采用
俯斜回采。同時，還應(yīng)結(jié)合工作面煤體的裂
隙發(fā)育方向，調(diào)整工作面的回采方向。
(5)控制采高
當(dāng)工作面片幫現(xiàn)象嚴(yán)重時，可采取適當(dāng)
降低工作面采高，減少煤壁片幫的深度及寬
度，但應(yīng)采取留底煤，不宜留頂煤。原因是
老頂周期來壓強(qiáng)度大于煤層本身的抗壓強(qiáng)
度，所留頂煤只會被壓碎，擴(kuò)大冒頂范圍及
程度。
(6)支架設(shè)備
寺河礦3306大采高工作面的支架
(ZY9400／28／62)使用了整體頂梁帶伸縮梁
結(jié)構(gòu)，并且伸縮梁前端帶有兩級可折疊式護(hù)
幫板，伸縮梁和二級護(hù)幫板有效解決了
6．2m大采高工作面片幫和頂板維護(hù)難的問
題，對大采高工作面的頂板控制起到至關(guān)重
要的作用。因此，大采高工作面的液壓支架
采用伸縮梁和二級護(hù)幫板對減少大采高工作
面片幫發(fā)生的頻率是十分有效的。
(7)其它措施
除了上述措施可以防治或減少煤壁片幫
外，減少采煤機(jī)截深，提高其牽引速度，帶
20 煤礦支護(hù) 2010年第4期
壓拉架，使用化學(xué)材料加固煤壁等措施也可
控制工作面片幫和冒頂。
4 結(jié)束語
對開采過程的礦壓觀測數(shù)據(jù)分析，有助
于大采高一次采全厚工藝的煤壁片幫規(guī)律研
究。根據(jù)片幫規(guī)律，針對性地提出大采高工
作面片幫的預(yù)防及控制措施，進(jìn)而能夠進(jìn)一
步完善、改進(jìn)大采高工藝技術(shù)，為大采高工
藝開辟更為廣闊的發(fā)展前景。
作者簡介 邊 強(qiáng) 男，1975年出生，河
北省任丘人，研究生?，F(xiàn)在晉城無煙煤礦業(yè)
集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)處從事采掘技術(shù)研究
與管理工作，高級工程師，聯(lián)系電話：0356
— 3663891；手機(jī)：13934069341；電子信
箱：bianqiang1975@126．corn。
(收稿日期：2O1O—lO一13；責(zé)任編輯：黃 翔)
(上接第40頁)
每安裝5～10架空鋼管支架，集中灌注
混凝土一次。
首先連接好電纜、布置好水管，輸送泵
空載15~20min；然后，伴制混凝土，最好
使用攪拌設(shè)備，按照配料表配制混凝土，每
次攪拌混凝土lm ；混凝土攪拌均勻，防止
管路堵塞。緊接著．連接注漿管路，第一次
使用時輸送泵先泵送少許水泥砂漿潤滑管
路，然后正常泵送灌注混凝土。給支架注混
凝土過程中，特別留意混凝土注入速度，發(fā)
現(xiàn)料斗下料速度變慢及時反泵數(shù)下，防止堵
塞管路；當(dāng)頂部排氣孔流出約3鐵鍬混凝土
時可停止注混凝土。每架注完之前，連接好
下一架支架部分管路，以節(jié)約時間，防止攪
拌好的混凝土初凝。
注漿結(jié)束后，先停止泵送，然后拆卸管
路。封堵注漿孔、排漿孔。沖洗管路、輸送
泵管道，停止供水、最后斷電。空鋼管注混
凝土結(jié)束后，鋼管混凝土支架支護(hù)完畢。
鋼管混凝土支護(hù)如圖2所示。
3 效果分析
目前該區(qū)正在進(jìn)行綜合機(jī)械化放頂煤開
采，并且已經(jīng)采過鋼管混凝土段70m以上，
通過頂板離層指示儀監(jiān)測，支架最大形變量
只有3mm．如此微小的形變，完全不能影
響其使用。
圖2 鋼管混凝土支架支護(hù)斷面圖
使用鋼管混凝土支架每m支護(hù)費用總
額5768元，共使用了140架，總支護(hù)費用
額80．75萬元。費用不算很高，主要是解決
了其他支護(hù)形式無法解決的問題，有很大的
推廣價值。
參考文獻(xiàn)
E1] 蔡紹懷．鋼管混凝土的計算與應(yīng)用
EM]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，
1989．
[2] 臧德勝，李安琴．鋼管砼支架的工程
應(yīng)用研究EJ]．淮南：巖土工程學(xué)
報，2001，23(3)．
作者簡介 單忠祥 男，1964年出生，畢
業(yè)于鶴礦職工大學(xué)?，F(xiàn)任龍煤鶴崗分公司開
拓技術(shù)部副總工程師。
(收稿日期：2010—1O一05；責(zé)任編輯：黃翔)

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