冀中能源峰峰集团邯郸宝峰矿业有限公司九龙矿 河北邯郸 056200
摘要：煤壁片帮是煤矿长壁采煤条件下最为常见的矿压显现现象之一，正常情况下对工作面回采影响不大，但是近年来随着大采高综采、综放工作面的逐渐推广，其采高增大等原因带来的煤壁片帮问题也出现了一些新问题，本文就煤矿采煤面壁片帮的主要影响因素进行了分析。
关键词：煤矿；采煤面；壁片帮；影响因素
1 煤矿采煤面壁片帮的主要影响因素
1.1 采煤面采高的影响
随工作面的推进，在煤壁前方产生了支承压力，在该压力作用下，煤壁一定深度内的煤体首先破坏，出现裂隙，该破坏区的范围与煤体强度及应力状态有很大关系。当采高增加后，由于采出的空间增大，需要冒落较多的顶板去充填采空区，因此，直接顶冒落厚度增加。由于岩梁跨度与厚度成正比，直接顶长度增加，采场的压力相应增大，顶板下沉量增大，这样煤支承压力区来自动增加长度去平衡因采高增大而增加的压力。同时，采场顶板压力也随之增大，使支柱下沉或插底、顶板产生破碎、支柱钻顶等使工作阻力相对有所减少。这样，增大采高后直接顶增加的压力不但都加在了“煤壁支座”上，而且因支柱下沉或插底、顶板破碎、支柱钻顶等原因而使支柱承载值减小，采场内顶板压力还要向煤壁前方转移。由于煤壁上压力增大，从而使煤体的裂隙更加发育。由于裂隙的发育，使煤体的强度降低，塑性区范围变大。在支承压力作用下，塑性区内的煤体产生向外的位移，位移量由里向外逐渐变大。在塑性区内，煤体处于极限平衡状态，支承压力的增加或煤体强度的降低均会导致该区煤壁外鼓量的增加，这是产生片帮的先兆。现场开采实践证明，当加大工作面的采高时，工作面顶板压力随之增大，煤壁前方支承应力集中程度也随之增大，从而加剧工作面煤壁片帮和冒顶1.2采煤面支架工作阻力的影响
1.2 支架工作中的阻力也是影响煤壁片帮的一个因素
相关研究表明，煤壁片帮同支架工作阻力间存在的联系可以用下面的公式表明：其中，C表示煤壁片帮所具有的深度；Pm表示支架所具有的工作阻力的最大值。研究表明，支架阻力越大，煤壁片帮所具有的深度就越小，因此，对支架阻力进行扩大，能够使煤壁保持更好的状态，在排除有其他条件干扰的前提下，支架所具有的工作阻力如果达到每架 5.01MN，会有效改善煤壁片帮问题，使煤壁更加完整。
1.3 煤体的破裂角和节理面倾角
煤层顶板会对煤壁造成压缩，由于顶板具有周期性垮落的特性，加之超前支承压力的推动，位于采煤工作面前方的煤体会出现较多裂隙。在围岩压力保持不变的前提下，如果节理面倾角变大，那么煤体则会受到更大破坏。可是破裂面同节理面如果是平行的话，那么垂直应力将对破坏部分进行作用，以至于节理面闭合，另外有一定的摩擦力存于节理面间，使得煤体还能够对部分荷载加以承受，此时通常不会有煤壁片帮出现[2]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆相应的，破裂面同节理面并非平行关系而是存在夹角的话，那么它们二者就会出现相割状况，这样支承压力高峰区所具有的煤体将有可能产生块状结构，加之于煤壁前方自由面的存在，受到水平拉应力作用，煤体会被块状煤体挤出，以至于出现煤壁片帮。
1.4 老顶回转角对煤壁片帮的影响
在工作面的推进过程中，老顶会发生周期性运动，已破断岩块要产生回转失稳（变形失稳）现象，从而导致工作面顶板的急剧下沉，这种运动将迫使直接顶发生变形及破断。由于老顶回转角的不同，在直接顶形成的拉断区（上部）及压缩塑性变形区（煤壁及端面处）的情况也不一样。将老顶相同转角下所产生的破坏区连起来，就形成了老顶回转对直接顶的剪切破坏带，该带的位置与老顶的断裂位置有关，在这里值得特别指出的是压缩破坏区内岩体的块度及排列状态，将决定煤壁是否能片冒下来，而裂隙的密度在很大程度上决定着端面处煤体的块度。
通过以上分析，在支承压力作用下已处于塑性破坏区内的煤体，在老顶回转作用下迫使顶煤产生位移，同时由于节理面与老顶回转引起的剪切破坏带方向一致，使工作面前方煤体呈碎裂块体状态，面—面接触整齐排列，这种状态下煤体的抗剪能力大大降低，如果煤体节理面倾角较大，两面之间的摩擦力变小，更使煤壁难以控制，因此老顶来压期间是煤壁及端面处于最难控制的时期。
1.5 停采时间对煤壁片帮的影响
由综采面矿压观测结果可知，顶板的下沉量随着顶板的周期性垮落，停采时间成正比，停采时间越长，顶板的下沉量越大，对煤壁及端面区直接顶的压缩破坏越严重；同时，由于节理面不可能是绝对平整的，在两面相对位移量较小时，凹凸不平处的相互咬合作用，使两节理面之间的摩擦力增大，当两面位移量较大时，这个作用就会失去，表现为沿节理面的大位移量，使工作面出现台阶下沉，或严重片帮，所以工作面停止推进，也是导致煤壁片帮的一个主要原因。
2 防治煤壁片帮的措施
煤壁片帮及由此引起的冒顶的治理，可以从改进设备机械装置及优化采矿技术两方面进行。
2.1 改进顶梁端部结构，加装防片帮板
据统计，大采高工作面煤壁片帮程度与是否采用支架护帮板有关。这是因为在支承压力的作用下，当塑性区内的煤体产生水平位移时，会受到护帮板不同程度的抑制作用。适当使用护帮板并靠近煤壁时煤壁片帮会减少；没有护帮板支护下的片帮几率约为有支护的 3 倍。因此要提高护帮板的使用率，在机组割煤移架后，立即打开护帮板护帮。在机组割煤前，提前于采煤机 1~2 架才将护帮板收起，使工作面煤壁始终在扩帮板支撑下。
2.2 提高支架的实际初撑力和工作阻力
尽可能提高泵站的供液压力或选择高压泵站 32~35MPa的供液系统，安设压力指示器，正确操作移架后升柱；采用初撑力保持阀提高实际初撑力。
2.3 改进回采工艺和操作技术
采用及时移架结构（先拉架后推输送机）的方法，使支架顶梁顶住煤壁，采煤机只采底刀，如留有粘顶煤，可利用支架顶梁铲落；工作面出现局部的片帮和大采高支架歪倒、陷底、挤架等现象，应及时调整。另外，在设计工作面时应避开上覆煤层遗留煤柱对工作面造成集中压力；工作面推进方向应保证煤层节理应倾向煤壁；工作面应处于俯斜开采，避免仰斜开采。
3 结语
综上所述，煤壁片帮是存于采煤作业过程中的一个重要问题，很多因素都会导致这一问题的出现，本文对采高、支架工作阻力以及停采时间等对煤壁片帮的影响进行了分析说明，相关单位及个人在进行采煤工作过程中应该重点考虑上述问题并能够采取相应的解决手段，促进采煤工作的顺利实施。
参考文献
[1]金志远，张益东，高林生，等.大采高工作面煤壁防片帮措施[J].煤矿安全，2013，44（4）：214-216.
论文作者:许峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/8
标签：工作面论文; 节理论文; 顶板论文; 压力论文; 支架论文; 阻力论文; 位移论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;