提升大采高工艺开采效率研究

闫耀中

（晋能控股煤业集团浙能麻家梁煤业公司，山西 朔州 036000）

1 工作面煤壁片帮观测及分析

对实际生产中工作面矿山压力现象规律和片帮现象的特征进行分析，为后续治理大采高工艺对应的煤壁片帮现象提供支撑。

1.1 工作面矿山压力显现规律分析

根据工作面的实际情况，重点对倾斜工作面液压支架的受力情况进行分析，并划分为上部观测区域、中部观测区域以及下部观测区域；其中，上部区域的重点观测对象为47#液压支架，中部区域为29#和33#液压支架；下部位9#和15#液压支架。在上述区域中安装KJ377 的矿山压力的动态监测设备，其主要是对所在区域液压支架前后的工作压力进行测定。

不同区域液压支架的工作阻力监测结果及其利用率核算，如表1 所示：

表1 液压支架工作阻力监测结果及其阻力利用率

总的来讲，大采高开采工艺下综采工作面液压支架的初次来压和周期来压相对明显；但是，初次、周期来压对应的强度和步距与工作面围岩的载荷、跨距以及力学性质相关[1]。具体总结如下：

1）经分析，工作面初次来压对应的步距为43 m，而周期来压的范围在13～18 m 之间；而且，初次和周期来压的持续时间平均为3 d。在初次和周期来压期间，所在区域液压支架在的工作阻力为6 500 kN 左右；大部分液压支架后柱的工作阻力均大于前柱。

2）工作面在非来压期间，即在正常推进时，液压支架的工作阻力的利用率最高达到73.13%，最低为57.15%；说明，工作面在正常推进的过程中，液压支架的工作阻力较高且阻力变化不稳定，导致上述现象的主要原因为液压支架多接触的顶板情况相对复杂，给予液压支架冲击性的来压。

1.2 工作面煤壁片帮特征分析

在实际生产中，对工作面发生煤壁片帮时对应的液压支架的工作阻力进行统计，得出在2020 年12 月到2021 年8 月期间内煤壁发生片帮时液压支架的工作阻力进行划分。对观测期间煤壁发生片帮的事故进行统计得出如下结论：

1）30#液压支架对应工作面煤壁的片帮事故最严重，其对应的冒顶深度为5～6 m；

2）在15#—20#和40#液压支架所在区域的工作面顶板出现了垮落现象；

3）工作面大部分液压支架所在区域的片帮深度为1.0～1.8 m 之间。

总的分析，工作面煤壁片帮事故具有频次高、范围大、分区域、蔓延性等特征[2]。其中，范围大主要表现在工作面的中部区域和上部区域，工作面下部区域不容易发生片帮现象。发生煤壁片帮事故的区域占据了工作面长度的1/3。

2 大采高工艺煤壁片帮控制的工程实践

可以说，煤壁片帮是影响大采高开采工艺发挥效率的关键问题；而且，当煤壁出现片帮的问题后还会进一步诱发顶板的漏冒，严重威胁着工作面的安全生产[3]。将根据某矿导致煤壁片帮的具体原则提出相应的控制煤壁片帮的措施，并对其控制效果进行验证。

2.1 煤壁片帮的控制措施

根据某矿煤壁片帮的特征和原因分析，提出相应的治理煤壁片帮的措施。

2.1.1 保证工作面顶板-煤壁-支架-底板系统的稳定性

为保证煤矿工作面顶板-煤壁-支架-底板所组成系统的稳定性，可采取如下措施：

1）保证液压支架工作阻力和各操作工序的合理性。

2）对现有液压支架进行改造，尤其是针对液压支架的护帮板和伸缩顶梁，改造后的液压支架可对煤帮进行支护。

3）根据工作面的实际情况，将切眼采用“楔形”的方式进行布置，如图1 所示。

图1 工作面开切眼的“楔形”布置方式

如图1 所示，为保证工作面顶板-煤壁-支架-底板所组成系统的稳定性，将1-10#液压支架采用降坡段的方式进行布置；将11#—60#液压支架采用“楔形”的方式进行布置。

2.1.2 对工作面煤壁进行超前加固

工作面煤壁强度较低是发生煤壁片帮的关键核心因素。因此，可对煤壁进行超前加固以缓解工作面煤壁片帮的现象[4]。具体措施为在在煤壁中充填特种材料，从而达到提高煤壁整体强度的目的。具体操作如下：在工作面煤壁上布置两排错位的注浆孔。为保证最终的超前加固效果，注浆孔的深度为9 m，注浆孔之间的间距确定为3.5 m，注浆孔的直径为42 mm，注浆压力为4.2 MPa。此外，随着工作面的不断推进，每推进6 m 均需对煤壁进行加固依次。煤壁逐渐孔的布置方式，如图2 所示。

图2 煤壁超前加固注浆孔布置示意图

2.2 煤壁片帮控制效果

将上述煤壁片帮控制措施在工作面按照标准规范实施后，通过对液压支架工作状态的监测反应煤壁片帮的控制效果。煤壁片帮控制措施应用后工作面液压支架平均工作阻力应用前对比情况，如表2 所示。

表2 煤壁片帮控制措施的应用效果对比

如表2 所示，煤壁片帮控制措施实时后，液压支架的平均工作阻力均减小，对应的液压支架利用率也明显降低，最大减幅为11.6%；可以说明，煤壁片帮控制措施应用后，工作面顶板对液压支架的冲击载荷减小，从而有效降低了工作面顶板对煤壁的覆岩载荷作用。

同时，在监测中发现：煤壁片帮控制措施应用后，工作面顶板初次垮落步距减少了17 m，周期来压步距减少了5 m，基本顶的初次来压步距减少了13 m；说明，液压支架所承受的工作面顶板的来压强度和载荷减小。

总的来讲，煤壁片帮的控制措施有效降低了工作面顶板对煤壁的压力作用；而且在工作面中上部区域发生片帮现象的范围和次数也明显降低。

3 结语

大采高工艺在综采工作面的应用极大的提升了工作面的开采效率和回采率。但是，大采高的技术特点导致工作面容易发生煤壁片帮的现象，从某种程度上制约了大采高工艺的应用效果。本文以某矿生产为实例，开展了关于大采高工艺对应煤壁片帮控制的研究，总结如下：

1）在来压生产期间作面顶板的次来压对应的步距为43 m，而周期来压的范围在13～18 m 之间，液压支架在的工作阻力为6 500 kN 左右；而且在非来压期间，液压支架的工作阻力的利用率最高达到73.13%，最低为57.15%；

2）工作面煤壁片帮事故具有频次高、范围大、分区域、蔓延性等特征，发生煤壁片帮事故的区域占据了整个工作面长度的1/3；

3）实践表明：煤壁片帮控制措施实施后，液压支架的平均工作阻力均减小，对应的液压支架利用率也明显降低，最大减幅为11.6%；工作面顶板初次垮落步距减少了17 m，周期来压步距减少了5 m，基本顶的初次来压步距减少了13 m；整体上效降低了工作面顶板对煤壁的压力作用，工作面中上部区域发生片帮现象的范围和次数也明显降低。