防止采煤工作面三角煤柱片幫破碎的分析與研究

馬智會

（河南能源義煤公司生產(chǎn)技術(shù)處,河南 三門峽 472300）

0 引言

綜合機械化開采工作面，煤壁片幫的治理難度比較大，煤壁片幫還會導(dǎo)致架前空頂范圍變大，進而導(dǎo)致漏煤冒頂，從而影響工作面的推進速度和正常循環(huán)作業(yè)，無法實現(xiàn)正常開采。而煤墻兩端的三角煤柱區(qū)域，位于上、下巷道與切眼交叉處，應(yīng)力集中，從而進一步加劇煤壁的片幫，成為管理煤壁最薄弱的地段。因此，對于綜采工作面三角煤柱片幫破碎的研究探討，就具有極其重要的意義。

1 片幫機理及防片幫技術(shù)

1.1 工作面煤壁片幫機理

煤壁在自重和頂板的壓力作用下，主要表現(xiàn)為拉裂片幫和剪切片幫，見圖2。

（1）拉裂破壞：主要原因是由于在頂板壓力作用下,煤壁內(nèi)產(chǎn)生了橫向拉應(yīng)力,而橫向拉應(yīng)力不能通過煤體的變形釋放或者緩解,因此當(dāng)其大于煤體的抗拉強度時,煤壁拉裂破壞，見圖1（a），圖1（b）。

（2）剪切破壞：在煤體自重及頂板壓力作用下,在煤壁內(nèi)也會產(chǎn)生橫向的拉應(yīng)力,但是軟煤層的橫向及蠕動變形會釋放或緩解由于壓縮而產(chǎn)生的橫向拉應(yīng)力,最終由于煤壁內(nèi)的剪應(yīng)力大于抗剪強度而發(fā)生剪切滑動破壞，見圖1（c）。

圖1 煤壁片幫破壞形式

1.2 片幫防治技術(shù)

防治煤壁片幫技術(shù)主要從兩方面入手來防治煤壁片幫，一是改變煤體的物理特性，二是改變頂板對煤壁的受力狀況。

（1）使用放頂煤開采技術(shù)。因為放頂煤的開采時，存在一層厚、而強度低的頂煤，開采后，支承壓力向煤壁深處轉(zhuǎn)移，從而降低煤壁的受力，進一步緩解煤壁片幫，見圖2。

圖2 放頂煤開采與一次采全高時的超前支承壓力分布

（2）提高支架工作阻力。綜采工作面，合理的支架工作阻力，不僅可以有效地支護頂板，而且可以降低頂板對煤壁的作用力，從而緩解煤壁片幫。

（3）煤層注水改善煤體力學(xué)特性。煤層注水改善煤體的力學(xué)性質(zhì)，主要就是提高煤壁煤體的粘聚力和抗剪切強度，降低煤體的抗壓強度，從而來緩解煤壁的片幫。

（4）工作面推進速度和合理的采高確定。工作面推進速度的加快，減少煤體的風(fēng)化暴露時間，可以減緩煤壁的片幫；工作面采高越大，煤壁越容易片幫，因此合理的采高確定也利于防治煤壁片幫。

2 工程實例

2.1 工程概況

義煤集團耿村煤礦12220工作面，主采煤層為二3煤，煤層硬度系數(shù)1.6，平均煤厚10.6m。煤層傾角8—12°，采用放頂煤開采。

頂板情況：直接頂為泥巖，砂質(zhì)泥巖互疊層。平均厚34.6m，硬度5—6。

底板情況：直接底為炭質(zhì)泥巖、泥巖互層，厚0.6—1 m。老底上部為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，厚10.2—16.6m。

2.2 工作面三角煤柱片幫破碎方案提出及選擇

耿村煤礦12220回采工作面三角煤柱處受頂板動壓及地質(zhì)構(gòu)造影響，極易出現(xiàn)片幫現(xiàn)象。為防止出現(xiàn)片幫冒頂現(xiàn)象，杜絕頂板事故，根據(jù)上述片幫機理和防治片幫的常見手段，提出如下方案，可在不同的情況下進行三角煤柱的管理。

（1）三角煤柱區(qū)域頂板封閉管理。當(dāng)三角煤區(qū)域的頂板較完整時，控制三角煤區(qū)域頂板的方法就是采用全封閉的方法。采煤機割透機頭（尾）后，煤幫側(cè)及時打貼幫柱支設(shè)臨時支護，必要是挑板木梁，待拉過機頭（尾）后，及時移架、整體頂梁，伸出伸縮梁，這種方法能及時封閉三角煤區(qū)域頂板。

（2）增加端頭支架工作阻力降低煤墻受力。加強端頭支架的管理，及時觀察端頭支架的壓力情況，需要補液時，及時補液，確保端頭支架具備較高的工作阻力，從而降低頂板對煤壁的受力，緩解三角煤柱片幫破碎；另外在端頭支架推移中，保持擦頂移架，盡量減少移架過程中頂板對煤壁的壓力。

（3）打木錨桿防止煤壁片幫。當(dāng)三角煤較軟容易隨采隨落時，在三角煤柱兩側(cè)（切眼煤壁、上巷下側(cè)、下巷上側(cè)）打木錨桿。煤壁側(cè)在工作面頂板上方沿推進方向打木錨桿，巷道內(nèi)垂直上、下幫打設(shè)木錨桿。根據(jù)煤層情況打兩排或三排木錨桿，間排距0.7×0.7m，掛塑料網(wǎng)。外用木托盤固定，用錘將錨桿楔打緊。然后拉機頭（尾）、移架。

（4）注立固安固化三角煤。通過改變煤體力學(xué)性質(zhì)來防治片幫，工作面煤壁注水，是為了增加煤體粘聚力和抗剪強度；注立固安是當(dāng)三角煤柱及破碎時，把散體煤進行物理粘結(jié)并固化，從而保證三角煤柱的完整性。

當(dāng)上述防治方式不能有效控制三角煤處頂板，局部出現(xiàn)冒頂、片幫等情況時，及時進行注漿（立固安）對頂板進行固化，實現(xiàn)提前加固，超前預(yù)控。

3 主要結(jié)論

本文通過分析綜采工作面煤壁片幫機理，闡述當(dāng)前治理片幫的措施，以耿村煤礦12220綜放工作面為工程背景，提出了不同情況下防治三角煤柱片幫破碎的治理方法：（1）當(dāng)三角煤柱不是很破碎時，通過打貼幫柱對三角煤柱進行封閉式管理；（2）增加端頭支架工作阻力來降低三角煤柱的受力，從而緩解片幫破碎；（3）在三角煤柱區(qū)域打木錨桿防治三角煤柱片幫破碎；（4）當(dāng)三角煤柱過于破碎時，通過注立固安來改變煤體力學(xué)性質(zhì)，防治三角煤柱片幫破碎。

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