长平煤矿大采高工作面煤壁片帮及原因分析

任大鹏

摘要：煤壁片帮一直制约着煤矿安全生产的重要因素之一，煤壁片帮的原因的探究是前提。本文以长平煤矿大采高工作面为研究背景，实测了煤壁片帮情况，并对煤壁片帮的原因进行了定性、定量分析，为制定煤壁片帮措施提供了良好的基础。

关键词：煤壁片帮；大采高；片帮原因

中图分类号：TD323 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2017）003-0-02

煤壁片帮属于典型的矿山压力现象之一，是严重制约煤矿安全生产重要影响因素之一[1-2]。煤壁片帮是工作面上发生一种动力现象，尤其是在厚煤层较硬煤层中，煤壁片帮发生时伴随较大的动力现象，使人或者设备发生不同程度的折损和伤害，而煤壁防治之前，需要清楚的了解煤壁片帮情况和煤壁片帮的原因则至关重要[3-4]。

一、工程概况

长平煤矿目前主采3#煤层，煤层厚度平均5.84m，采用综合机械化一次采全高采煤工艺，煤层老顶多为细粒砂岩，平均厚度11.2m，直接顶为砂质泥岩，平均厚度为2.94m，直接底为砂质泥岩，平均厚度为1.94m，老底为为粉砂岩，平均厚度为1.50m，由于煤层厚度比较大，工作面回采时经常发生煤壁片帮的情况，严重制约了矿井的安全高效生产。

二、长平煤矿煤壁片帮形式以及实测情况

1.煤壁片帮形式

长平煤矿煤壁片帮主要形式有重力滑落式片帮、压剪式片帮和横拱形片帮。重力滑落式片帮最为常见，片帮深度较小；压剪式片帮主要发生在顶板来压期间，片帮深度大；横拱形片帮在工作面内较少发生，多发生于巷道内。当工作面通过构造带时，工作面煤壁受力复杂，片帮严重，各种片帮形式均有出现。

2.工作面煤壁片帮实测

工作面片帮情况实测情况如下：初次来压期间煤壁片帮比较严重，最大片帮深度为1.8m，片帮位置在煤壁中间，煤壁片帮长度为工作面长度的62%；工作面周期来压期间，片帮深度最大1.5m，片帮累计长度约50%，片帮高度也主要煤壁中间；非来压期间，煤壁片帮最大深度1.0m，片帮率一般为30%。

三、长平煤矿煤壁片帮原因分析

1.采高对煤壁片帮的影响

工作面煤层被开采，围岩应力重新分布，应力发生转移，局部应力大，超出了煤壁抵抗强度，首先发生破坏。采高的大小，决定了冒落带的高度，采高越大，冒落带高度越大，悬臂梁理论认为，煤壁所承受的压力越大，煤壁越容易片帮。煤壁片帮深度与工作面实际采高的关系如图1所示。

2.护帮板水平推力对片帮和冒顶的影响

利用数值模拟软件，模拟支架护帮板水平推力分别为0kN、100kN、200kN、300kN、400kN、500kN这6种情况下，对煤壁片帮和冒顶的影响。

模拟结果表明，当护帮板水平推力F为0kN、l00kN、200kN时，空顶区附近的顶煤以剪切破坏为主，破坏区域随着水平推力增大有所减小，破坏深度均达3.0m，割煤高度范围内的煤体有明显向后鼓起，随着水平推力增大，后鼓起程度有所减小，剪切破坏范围延伸到煤壁前方5.0m左右，破坏发生严重区域在煤壁中间，均深1.5m。当护帮板水平推力F为300kN、400kN、500kN时，空顶区附近的顶煤破坏区域随着水平推力增大继续减小，破坏深度减少到2.0m，割煤高度范围内的煤体向后鼓起继续减少，减少至不明显，剪切破坏范围减少到4.0m左右，破坏发生严重区域也在煤壁中间，但深度已减少至1.0m。

从图2中可以看出，护帮水平力与顶板下沉量呈近似线性关系，呈递减趋势，也就是随着水平推力增大，下沉量呈近线性递减，300kN为转折点，达到300kN继续增大时，顶板下沉量减少缓慢。也就是说当护帮板的水平推力为300kN时，防治煤壁片帮的功能已达到极限，300kN为最佳护帮板的水平推力。

总而言之，护帮板水平推力也是影响煤壁片帮的因素之一，适当增加护帮板水平推力有助于防止煤壁片帮的发生，但水平推力增大到一定程度后，对煤壁片帮的影响不是很大了，结合长平煤矿实际情况，建议长平煤矿的工作面支架水平推力大小应在250～350kN之间。

3.支架初撑力对煤壁片帮深度的影响

利用数值模拟软件，模拟当支架初撑力为2000kN、4000kN、6800kN、8000kN四种状况下的煤壁破坏状况。

从模拟的位移图可以看出：不同的支架初撐力，煤壁破坏程度不同，当支架初撑力为2000kN、4000kN、6800kN、8000kN时，煤壁破坏的深度分别为3.5m、3m、2m、1.5m，可以看出随着支架初撑力增大，煤壁破坏深度越小，但减小程度不是随着初撑力增大呈线性减少，初撑力较小时对煤壁破移动破坏影响较大，随着初撑力增大，影响逐渐减小，当初撑力达到一定值时，对煤壁移动破坏影响几乎不影响。因此，如何使支架有合理的初撑力对煤壁片帮有一定的影响，结合本矿情况，初撑力应在6800 kN左右比较合理，对煤壁片帮防治有一定作用。

四、结语

本文针对长平煤矿煤壁片帮情况进行了现场观察实测，并对煤壁片帮进行了定性、定量分析，为煤壁片帮的防治提供理论基础，也为相似工作面的煤壁片帮情况提供借鉴经验，具有一定的意义。

参考文献：

[1]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]刘洪伟，刘卫方.采煤工作面煤壁片帮影响因素研究[J].煤炭技术，2006，25（10）：136-137.

[3]方新秋，何杰，李海潮.软煤综放面煤壁片帮机理及防治研究[J].中国矿业大学学报，2009，38（5）：640-644.

[4]杨培举，刘长友，吴锋锋.厚煤层大采高采场煤壁的破坏规律与失稳机理[J].中国矿业大学学报，2012，41（3）：371-377.