大采高综采工作面片帮防治技术

大采高综采工作面片帮防治技术大兴煤矿生产科郑杨摘要大采高综采工作面具有生产能力大，回采工效和煤炭资源采出率高等诸多优点。但是，在实际生产过程中，大采高综采工作面帮顶破碎，大面积片帮给原煤生产和安全管理造成了制约和挑战，本文通过分析片帮机理，提出了保证支护强度，加快推进度，保证采空区正常冒落等措施，应用实践证明效果显著。关键词大采高综采工作面片帮控制1概述N2901工作面东邻F4、F43两条采区边界断层；西邻N2902采空区和F15-1号断层；南为采区煤柱；北为F15号矿区边界断层与大隆井田相邻。工作面上邻7-2煤层，平均煤厚为6.32米，煤层间距一般为28.33m，已采动，有N2701采空区和N2700采空区；工作面下邻10-1煤层，平均煤厚0.36m，煤层间距一般为12.94m，不可采。N2901本工作面煤的工业牌号北部为长焰煤，南部有少量气煤。煤层厚度在1.20～4.27m之间，一般为3.61m。本工作面9煤层北部最厚为4.27m。南部9煤层分层，分为8、9两个煤层，9煤层变薄为1.20m。本工作面煤层呈黑色，玻璃光泽，质脆，条带结构节理发育。煤的自燃发火期为1～3个月，煤尘爆炸指数为33.81％。本工作面煤层结构复杂，含夹石0～7层，一般为3层，夹石岩性以泥岩、粉砂岩为主，厚度0～0.68m，一般为0.30m左右。大采高综采工作面是指使用综合机械化开采方式一次开采全厚3.5m以上的长壁采煤法。实践证明：与分层开采相比，大采高综采工作面具有生产能力大、单产高、巷道布置简单、工序简单、巷道掘进量和维护量小、回采工效和采出率高、吨煤成本低的优点；但由于大采高综采工作面采高大，上覆岩层破坏程度高，矿压显现剧烈，煤壁稳定性差、控制困难，已成为影响大采高综采技术推广的主要问题之一。2片帮机理分析机片帮危害2.1片帮机理分析煤壁片帮是煤体在矿山压力的作用下，煤体破碎后坍塌后下滑的一种矿压显现现象。煤体在尚未采动前，应力白痴相对平衡，当煤体开采后，煤体中的应力进行重新分布，在煤壁前就产生了超前支撑压力，此时煤体水平应力减小，而垂直方向的应力增加；由于煤体应力改变分布后，趋于受垂直应力作用，其抗压强度极度下降，就产生了煤体片帮现象。2.1.1煤层节理分布煤层节理裂隙、层理弱面发育程度决定了煤体的强度，是造成煤体片帮现象的内在地质原因，由于该处煤体脆性大，稳定性底，抗压能力差，工作面推进至该处时煤岩体遭受采动应力破坏，造成煤体应力平衡失调，产生煤壁片帮现象。2.1.2工作面支护形式在综采工作面回采过程中，一般采用液压支架对工作面顶板进行有效支护，矿山压力一般作用在支架顶梁和煤壁上。随着工作面的推进，工作面前方煤壁上回产生超前压力。当工作面支架初撑力不足，拉架滞后在支架与煤壁间空顶距超距时，会导致煤壁所受超前压大大增加，超越煤壁自身能承受的压力极限，导致煤壁自身的应力平衡被破坏，造成片帮现象。2.1.3工作面推进速度综采工作面推进速度缓慢，顶板下沉量将大大增加，对煤壁及工作面端面顶板的压力也将大大增加，煤壁也就比较容易被应力破坏，导致煤壁应力重新分布，重耳导致片帮现象。2.1.4采空区冒落情况在综采工作面快速推进的过程中，采空区顶板应力平衡被打破，需要重新进行应力分布，如果长时间推进后，采空区顶板不能及时充分冒落，应力将向工作面前方支架顶梁，煤壁进行分布，导致工作面应力集中；当煤壁受力到极限值后，将产生应力的重新分布，产生片帮现象。2.1.5工作面回采工艺工作面的生产质量也直接影响着工作面的应力分布；在实际生产过程中，运输机必须保持平直，如果运输机不直，回造成煤壁部分区域形成“孤岛”式的应力集中，导致煤壁受力严重导致片帮；采煤机割煤方式也影响着煤帮受力，尽量采用采煤机前滚筒割顶刀，后滚筒割底刀，不能一味追求割煤速度，而采用滚筒掏底刀，利用支架顶梁挤压顶板放煤的方式回采，导致煤壁片帮超宽，冒顶等现象。2.2综采工作面片帮的危害大采高综采工作面煤壁片帮后，端面距增大，非常不利于工作面的顶板管理，如果顶板管理不及时，会造成冒顶，导致支架不能接顶或接顶不实，使支架不能达到初撑力，造成歪架、倒架等现象，给工作面的生产管理和安全管理等带来困难，严重影响综采工作面的安全高效回采。加之长时间的片帮，机道内作业无法正常护帮，给机电检修造成困难和危险。生产过程中偏帮，煤矸进入电缆槽内，需停机人工清理，造成中断生产，影响回采速度。3大采高综采工作面的片帮控制技术3.1控制工作面采高为了最大限度的控制片帮现象的发生，工作面的采高应控制在合理的范围内，采高不宜盲目的加大，否则容易造成片帮。控制采高H的计算方法：H=h1-h2-a上式中，h1为液压支架设计最大支撑高度；h2为液压支架亮柱活柱预留量，一般取0.1m；a为采高富余量，一般取0.2m。N2901综采工作面使用的液压支架为ZY6400/23/47型，经过计算，工作面正常情况下采高应控制在4.4m一下。在工作面遇到特殊地质条件时，特别是断层时，应尽可能降低采高，并做到断层附近过渡圆滑，切不可以盲目挑顶，增加采高，本身断层处，煤体节理发育，自身稳定性低，增加采高回造成大面积的片帮，甚至冒顶事故。3.2加强工作面顶板支护在工作面回采过程中，支架对顶板的支护状态直接影响着工作面帮顶的稳定状态，首先，要做好跟机拉架，采煤机速度不宜过快，跟机拉架距离不宜超过5架，要及时拉架对顶板形成有效支护；边拉边调整支架状态，保证支架正直的支护状态，严禁跟机拉架只追求速度，不调整支架状态，然后单独安排支架工再次对支架进行调整，这样对顶板反复进行冲压，会造成顶板破碎，片帮。3.3合理控制综采工作面的推进度为了减小超前压对工作面煤壁的影响，避免周期来压时超前压对煤壁的作用力，提高工作面的推进度可以减小煤壁的片帮程度。通过提高工作面推进度，可以将工作面的顶板压力甩在支架尾梁位置，使支架顶梁及煤壁所受的超前压后移，从力学的角度控制工作面煤壁的片帮。3.4全力保证采空区的完全冒落工作面回采后形成采空区，采空区形成后，应力平衡遭到破坏，将要达到新的平衡，若采空区不能完全冒落，采空区应力将向支架顶梁和煤壁分布，造成煤壁受力增加，使煤壁脆性变形量增加，产生片帮现象，在初采前，要对切眼内的帮顶锚杆、锚索托盘及金属网进行回收，减小支护对帮顶的控制；并对架后顶板进行初采的爆破断顶施工，以保证采空区的正常冒落。4防片帮效果及意义N2901工作面通过采取以上措施，有效的控制了煤壁片帮现象，同时保证了生产过程中的帮顶安全，在原有的基础上大大减小了片帮煤体的体积和数量，一方面为维护顶板起到了决定性的作用，另一方面减少了人工清理架前货的工作量，提高了劳动工效。5结语N2901大采高综采工作面的顺利安全回采实践表明，从合理控制工作面采高，特别是过特殊地质构造时；加强工作面顶板支护强度；合理控制工作面推进度；保证采空区正常冒落等几个方面入手，可以控制片帮现象的发生，有效的保证了工作面的正常推进和安全生产，对大采高综采工作面回采过程中的防片帮工作具有重大推荐意义。参考文献：［1］丁航,高广来.大采高综采工作面片帮防治技术[J].内蒙古煤炭经济,2013(12):67-67.［2］蒋元男.长平矿大采高综采工作面片帮防治技术研究[D].辽宁工程技术大学,2012.［3］赵银虎.大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术研究[D].太原理工大学,2013.［4］董红军.大采高综采工作面煤壁片帮机理及防治技术研究[J].煤炭技术,2015,34(12).［5］阎辉.“三软”大采高综采工作面煤壁片帮和端面冒顶防治技术的研究与应用[J].中国科技博览,2013(30):624-624.作者简介：郑杨（1988-），工程师，2011年辽宁工程技术大学采矿工程专业毕业，现任铁法能源有限责任公司大兴煤矿生产科副科长。联系电话：[phone]