任大鵬

摘要：煤壁片幫一直制約著煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一，煤壁片幫的原因的探究是前提。本文以長(zhǎng)平煤礦大采高工作面為研究背景，實(shí)測(cè)了煤壁片幫情況，并對(duì)煤壁片幫的原因進(jìn)行了定性、定量分析，為制定煤壁片幫措施提供了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煤壁片幫；大采高；片幫原因

中圖分類(lèi)號(hào)：TD323 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2017）003-0-02

煤壁片幫屬于典型的礦山壓力現(xiàn)象之一，是嚴(yán)重制約煤礦安全生產(chǎn)重要影響因素之一[1-2]。煤壁片幫是工作面上發(fā)生一種動(dòng)力現(xiàn)象，尤其是在厚煤層較硬煤層中，煤壁片幫發(fā)生時(shí)伴隨較大的動(dòng)力現(xiàn)象，使人或者設(shè)備發(fā)生不同程度的折損和傷害，而煤壁防治之前，需要清楚的了解煤壁片幫情況和煤壁片幫的原因則至關(guān)重要[3-4]。

一、工程概況

長(zhǎng)平煤礦目前主采3#煤層，煤層厚度平均5.84m，采用綜合機(jī)械化一次采全高采煤工藝，煤層老頂多為細(xì)粒砂巖，平均厚度11.2m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為2.94m，直接底為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為1.94m，老底為為粉砂巖，平均厚度為1.50m，由于煤層厚度比較大，工作面回采時(shí)經(jīng)常發(fā)生煤壁片幫的情況，嚴(yán)重制約了礦井的安全高效生產(chǎn)。

二、長(zhǎng)平煤礦煤壁片幫形式以及實(shí)測(cè)情況

1.煤壁片幫形式

長(zhǎng)平煤礦煤壁片幫主要形式有重力滑落式片幫、壓剪式片幫和橫拱形片幫。重力滑落式片幫最為常見(jiàn)，片幫深度較??；壓剪式片幫主要發(fā)生在頂板來(lái)壓期間，片幫深度大；橫拱形片幫在工作面內(nèi)較少發(fā)生，多發(fā)生于巷道內(nèi)。當(dāng)工作面通過(guò)構(gòu)造帶時(shí)，工作面煤壁受力復(fù)雜，片幫嚴(yán)重，各種片幫形式均有出現(xiàn)。

2.工作面煤壁片幫實(shí)測(cè)

工作面片幫情況實(shí)測(cè)情況如下：初次來(lái)壓期間煤壁片幫比較嚴(yán)重，最大片幫深度為1.8m，片幫位置在煤壁中間，煤壁片幫長(zhǎng)度為工作面長(zhǎng)度的62%；工作面周期來(lái)壓期間，片幫深度最大1.5m，片幫累計(jì)長(zhǎng)度約50%，片幫高度也主要煤壁中間；非來(lái)壓期間，煤壁片幫最大深度1.0m，片幫率一般為30%。

三、長(zhǎng)平煤礦煤壁片幫原因分析

1.采高對(duì)煤壁片幫的影響

工作面煤層被開(kāi)采，圍巖應(yīng)力重新分布，應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)移，局部應(yīng)力大，超出了煤壁抵抗強(qiáng)度，首先發(fā)生破壞。采高的大小，決定了冒落帶的高度，采高越大，冒落帶高度越大，懸臂梁理論認(rèn)為，煤壁所承受的壓力越大，煤壁越容易片幫。煤壁片幫深度與工作面實(shí)際采高的關(guān)系如圖1所示。

2.護(hù)幫板水平推力對(duì)片幫和冒頂?shù)挠绊?/p>

利用數(shù)值模擬軟件，模擬支架護(hù)幫板水平推力分別為0kN、100kN、200kN、300kN、400kN、500kN這6種情況下，對(duì)煤壁片幫和冒頂?shù)挠绊憽?/p>

模擬結(jié)果表明，當(dāng)護(hù)幫板水平推力F為0kN、l00kN、200kN時(shí)，空頂區(qū)附近的頂煤以剪切破壞為主，破壞區(qū)域隨著水平推力增大有所減小，破壞深度均達(dá)3.0m，割煤高度范圍內(nèi)的煤體有明顯向后鼓起，隨著水平推力增大，后鼓起程度有所減小，剪切破壞范圍延伸到煤壁前方5.0m左右，破壞發(fā)生嚴(yán)重區(qū)域在煤壁中間，均深1.5m。當(dāng)護(hù)幫板水平推力F為300kN、400kN、500kN時(shí)，空頂區(qū)附近的頂煤破壞區(qū)域隨著水平推力增大繼續(xù)減小，破壞深度減少到2.0m，割煤高度范圍內(nèi)的煤體向后鼓起繼續(xù)減少，減少至不明顯，剪切破壞范圍減少到4.0m左右，破壞發(fā)生嚴(yán)重區(qū)域也在煤壁中間，但深度已減少至1.0m。

從圖2中可以看出，護(hù)幫水平力與頂板下沉量呈近似線性關(guān)系，呈遞減趨勢(shì)，也就是隨著水平推力增大，下沉量呈近線性遞減，300kN為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，達(dá)到300kN繼續(xù)增大時(shí)，頂板下沉量減少緩慢。也就是說(shuō)當(dāng)護(hù)幫板的水平推力為300kN時(shí)，防治煤壁片幫的功能已達(dá)到極限，300kN為最佳護(hù)幫板的水平推力。

總而言之，護(hù)幫板水平推力也是影響煤壁片幫的因素之一，適當(dāng)增加護(hù)幫板水平推力有助于防止煤壁片幫的發(fā)生，但水平推力增大到一定程度后，對(duì)煤壁片幫的影響不是很大了，結(jié)合長(zhǎng)平煤礦實(shí)際情況，建議長(zhǎng)平煤礦的工作面支架水平推力大小應(yīng)在250～350kN之間。

3.支架初撐力對(duì)煤壁片幫深度的影響

利用數(shù)值模擬軟件，模擬當(dāng)支架初撐力為2000kN、4000kN、6800kN、8000kN四種狀況下的煤壁破壞狀況。

從模擬的位移圖可以看出：不同的支架初撐力，煤壁破壞程度不同，當(dāng)支架初撐力為2000kN、4000kN、6800kN、8000kN時(shí)，煤壁破壞的深度分別為3.5m、3m、2m、1.5m，可以看出隨著支架初撐力增大，煤壁破壞深度越小，但減小程度不是隨著初撐力增大呈線性減少，初撐力較小時(shí)對(duì)煤壁破移動(dòng)破壞影響較大，隨著初撐力增大，影響逐漸減小，當(dāng)初撐力達(dá)到一定值時(shí)，對(duì)煤壁移動(dòng)破壞影響幾乎不影響。因此，如何使支架有合理的初撐力對(duì)煤壁片幫有一定的影響，結(jié)合本礦情況，初撐力應(yīng)在6800 kN左右比較合理，對(duì)煤壁片幫防治有一定作用。

四、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)長(zhǎng)平煤礦煤壁片幫情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀察實(shí)測(cè)，并對(duì)煤壁片幫進(jìn)行了定性、定量分析，為煤壁片幫的防治提供理論基礎(chǔ)，也為相似工作面的煤壁片幫情況提供借鑒經(jīng)驗(yàn)，具有一定的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢(qián)鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[2]劉洪偉，劉衛(wèi)方.采煤工作面煤壁片幫影響因素研究[J].煤炭技術(shù)，2006，25（10）：136-137.

[3]方新秋，何杰，李海潮.軟煤綜放面煤壁片幫機(jī)理及防治研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，38（5）：640-644.

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