综采工作面煤壁片帮机理及控制措施.pdf

2020 年第 5 期2020 年 5 月 综采工作面在回采过程中受地质条件、采空区、 施工工艺、控制措施等影响，工作面煤壁经常出现片 帮现象。对于煤壁小面积片帮，可通过及时移架并采 用护帮板及时维护即可；但是对于大面积、大深度片 帮，传统支架控制无法满足片帮维护需求，导致煤壁 片帮后工作面端面距加大，端面顶板破碎严重，煤壁 支撑强度降低，超前集中应力破坏严重等[1]，不仅造成 工作面煤矸堆积，煤矸运输难度大，运输效率低，降 低工作面回采效率，而且大面积煤壁片帮会造成工作 面顶板失稳现象，顶板控制难度大，很容易发生顶板 垮落事故，威胁工作面施工安全。本文以 8102 综采工 作面为例，对工作面回采期间煤壁片帮机理进行了合 理分析，并提出了合理有效的对策措施。 1工作面简介 北辛窑煤矿 8102 综采工作面位于井田 11 采区东 翼，工作面北部为 8103 工作面，东部为实煤区，南部 为 8101 工作面采空区，西部为 11 采区大巷。8102 综 采工作面设计长度为 854 m，倾向长度为 161 m，工 作面回采 2煤层，平均厚度为 5.92 m，工作面采用低 位放顶煤回采工艺，回采高度为 3.3 m，放煤高度 为 2.62 m。 回采期间，8102 综采工作面内采用ZFQ13000/25/38 型低位放顶煤液压支架进行顶板支护，支架支撑高度为 2.5耀3.8 m；采用 SL500AC 型采煤机割煤，单刀割煤深 度为 0.8 m；采用 SGZ1000/2100 型前部刮板运输机和 SGZ1250/2100 型后部刮板运输机运煤。 当工作面回采至 240 m 处时，回风顺槽侧煤壁出 现片帮现象，随着工作面的不断推进，煤壁片帮现象加 剧；当工作面回采至 270 m 处时，煤壁最大片帮深度 达 2.4 m，片帮后端面距加大，端面破碎现象严重，影 响工作面安全高效回采。 28102 综采工作面煤壁片帮机理 a 煤体松软。8102 综采工作面回采煤层为石炭系 煤层，与侏罗纪煤层相比，该煤层沉积稳定期晚，煤体 内部呈散状结构，内部结构不稳定，工作面回采后煤壁 在自身重力作用下出现重力剪切破坏[2]，导致煤壁片帮 现象出现。b 集中应力影响。8102 综采工作面南部为 8101 工作面采空区，同时工作面回采至 280 m 处揭露 一条正断层 F1，断层落差为 1.2 m，倾角为 45毅；在采 空区残余应力、构造应力、集中超前应力作用下，工作 面煤柱破坏严重，煤柱支撑作用力小，无法削弱顶板集 中应力的破坏作用。c 支架剪切破坏作用。工作面移 架后，对支架升架进行顶板支护时，由于顶板煤体稳定 性差，在高强度支架顶梁支撑下，支架顶梁与顶板产生 剪切破坏，导致支架与煤壁破碎严重，在破碎区形成超 前应力卸压区，且范围不断扩大，引发顶板垮落、煤壁 片帮现象[3]。d 回采工艺影响。8102 综采工作面采用低 收稿日期2020-03-09 作者简介曹彦江，1990年生，男，山西临汾人，2015年毕业于山 西大同大学测绘工程专业，助理工程师。 综采工作面煤壁片帮机理及控制措施 曹彦江 （ 大同煤矿集团北辛窑煤业有限公司，山西 宁武 036702 ） 摘要 8102 综采工作面回采期间出现严重的煤壁片帮现象，最大片帮深度达 2.4 m，导致工作面端面距加大，端面处 顶板出现破碎、冒落现象，控制难度大，而且大面积片帮严重损坏了工作面机械设备，制约了工作面的安全快速回采。 基于此，北辛窑煤矿综采队合理分析了综采工作面煤壁片帮机理，提出了“注浆超前支护”联合控制措施。通过实际 应用，该措施有效控制了煤壁片帮现象，取得了显著的应用成效。 关键词 综采工作面；煤壁片帮；注浆；超前支护 中图分类号 TD323； TD823文献标识码 A文章编号 2095-0802-202005-0010-02 Mechanism and Control Measures of Coal Wall Spalling in Fully Mechanized Mining Face CAO Yanjiang Beixinyao Coal Industry Co., Ltd., Datong Coal Mine Group, Ningwu 036702, Shanxi, China Abstract During the mining period of 8102 fully mechanized mining face, serious coal wall spalling occurred, with the maximum spalling depth of 2.4 m, which resulted in the increase of the working face end distance, the roof at the end face was broken and caving, which was difficult to control, and a large area of spalling seriously damaged the mechanical equipment of the working face and restricted the safe and rapid mining of the working face. Based on this, the fully mechanized mining team of Beixinyao Coal Mine reasonably analyzed the mechanism of coal wall spalling in the fully mechanized mining face, and put forward the joint control measures of “grouting advance support“. Through practical application, the phenomenon of coal wall spalling has been effectively controlled and remarkable application results have been achieved. Key words fully mechanized coal mining face; coal wall spalling; grouting; advance support （总第 176 期） 能源研究 10 2020 年 5 月2020 年第 5 期 图 18102 综采工作面煤壁片帮联合支护平面示意图 位放顶煤回采工艺，放煤高度为 2.62 m，在放煤过程 中会导致顶煤处产生应力前移现象，进而导致支架顶 梁与煤壁之间顶煤出现离层、下沉现象，当工作面松 架时顶煤垮落，从而使顶煤对煤壁产生剪切破坏作用[4]， 煤壁出现片帮现象。 3煤壁片帮联合控制措施 通过对 8102 综采工作面片帮机理进行分析研究可 得，提高煤壁稳定性、防止端面破碎以及减弱集中应 力对煤壁的破坏作用是控制煤壁片帮现象的主要技术 手段。鉴于此，决定对 8102 综采工作面采取“注浆 超前支护”联合控制措施。 3.1注浆加固措施 a 通过观察现场煤壁片帮情况发现，煤壁片帮位 置主要在顶板往下 1.2 m 范围内，煤壁片帮后与顶板之 间形成 60毅耀75毅夹角，因此决定对工作面顶板往下 1.2 m 范围内易片帮煤壁采用注浆加固措施。b 在煤壁上距 顶板1.2 m 处施工注浆钻孔。为了与煤壁片帮角度吻 合，钻孔仰角为 60毅，钻孔直径为 45 mm；为了实现煤 壁与顶煤的同时加固，注浆钻孔深度设计为 5.0 m，钻 孔间距为 3.0 m。c 为了缩短注浆黏固时间，提升破碎 煤体黏接效果，决定向钻孔注入聚氨酯化学注浆材料。 根据8102 综采工作面煤体研究情况，工作面煤体孔隙 率大，煤体裂隙长度达 2.0 m，因此单孔注浆量不得低 于 50 kg，注浆时间不少于 20 min，注浆压力控制在 1.2 MPa 以下[5]。 3.2超前支护措施 为了消除端面顶板破碎现象，避免移架时工作面 顶煤出现垮落现象，决定对工作面端面处采用超前支 护措施进行支护。 a 8102 综采工作面超前支护体主要由若干根方钢 及固定夹板组成，方钢长度为 1.5 m，宽度为 0.2 m， 厚度为 0.05 m，方钢一端为凹槽结构，另一端为插销 结构；夹板长度为 2.4 m。b 在支架前探梁前方煤壁上 进行掏槽孔施工，每架支架前方施工两个掏槽孔，掏槽 孔间距为 1.2 m，深度为 2.4 m，宽度为 0.3 m，槽孔与 煤壁垂直。c 掏槽孔施工完成后，依次在钻孔内安装方 钢，方钢插销端往外且将第一组方钢外露长度控制在 0.3 m 以内；安装方钢后依次对方钢外露端安装夹板， 将其与顶板固定，每两根方钢使用一根夹板固定，如图 1 所示。d 安装方钢后，工作面回采时使支架顶梁紧贴 方钢平面进行带压擦顶移架，当工作面割煤 3 刀后 （ 2.4 m ） ，对工作面煤壁施工第二排掏槽孔且安装方钢， 第二排方钢插销端与第一排方钢凹槽端对插连接；工 作面放煤时依次对方钢进行回收。 单位mm 3.3实际应用效果 当 8102 综采工作面回采至 270 m 处时，针对工作 面煤壁片帮现象采取了联合控制措施。截至 2018 年 8 月 22 日，工作面已回采至 720 m。通过现场观察发现， 工作面煤壁采取联合控制措施后，在后期回采过程中， 煤壁片帮深度及片帮范围得到有效控制，在揭露 F1断 层后，片帮现象相对严重，最大片帮距为 0.5 m，最大 片帮长度为 6 m；工作面端面距控制在 0.4 m 以下，端 面未出现破碎、冒落现象。 4结语 针对 8102 综采工作面回采过程中出现的煤壁片帮 现象，北辛窑煤矿综采队分析了煤壁片帮的主要机理， 并提出了“注浆超前支护”联合控制措施。通过实际 应用，采取联合控制措施后，有效减少了工作面煤壁片 帮现象，保证了工作面回采安全，防止了工作面回采事 故的发生，取得了显著的应用成效。 参考文献 ［1］ 赵太国.大采高工作面煤壁片帮控制技术研究 ［J］ .当代化工 研究， 201912 44-45. ［2］ 武利.厚煤层综放工作面煤壁片帮机理及防片帮技术研究与 应用 ［J］ .煤矿现代化， 20196 55-57. ［3］ 宋沛鑫.浅埋大采高综采工作面煤壁片帮控制研究 ［J］ .山西 能源学院学报， 20194 32-34. ［4］ 邹青林.综采工作面过断层破碎带加固技术 ［J］ .山东煤炭科 技， 20197 75-76. ［5］ 崔素宾.综放工作面煤壁片帮冒顶机理与控制 ［J］ .煤， 20197 35-37. （ 责任编辑刘晓芳 ） 1 200 掏槽孔 凹槽端 注浆钻孔 方钢 插销端 夹板 2煤层5 000 端面破碎区域 支架支架支架支架支架支架 采 空 区 曹彦江 综采工作面煤壁片帮机理及控制措施 11