大采高作业面煤壁片帮分析.pdf

2020 年第 7 期2020 年 7 月 近些年矿井生产机械化水平不断提升，大采高综 采技术对井下煤层厚度的适应性进一步提升，适用范围 不断扩大。但随着回采高度的增加，作业时不可避免地 会发生冒顶、片帮、压架等事故，对生产安全造成一定 威胁。有鉴于此，针对这些问题开展探索研究，总结相 应的防治措施对于提升矿井作业安全意义重大。 1工程概述 A 矿井下 1201 作业面位于首采区内，作业面周边 无采空区，主采 2煤层，埋深在 350 m 左右，煤层厚 度均值为 4.6 m，采用长壁式大采高回采工艺进行开 采。整个作业面回采作业受其地质构造影响，划分为 两部分进行作业，一部分倾向长度 200 m，走向长度 1 200 m；另一部分倾向长度 100 m，走向长度 140 m， 整个作业面呈刀把式布置。在前期作业面巷道施工期 间，在进风巷道和回风巷道分别揭露断层 4 条和 2 条， 均为正断层，其中，进风巷 D705 断层和 D706 断层对 回采影响较大。图 1 为断层与作业面位置关系示意图。 D705 断层倾角 45毅，落差 3.7 m；D706 断层倾 60毅，落 差 4.5 m 且该断层在作业面走向影响范围达 20 m 以上。 现阶段，作业面回采已通过 D705 断层，正在接近 D706 断层。在作业面通过 D705 断层期间，出现了上 下盘错位滑移引起的煤壁片帮现象，不仅威胁了作业 安全，更影响了回采效率。因此，对其原因展开分析， 并制订针对性措施，避免工作面通过 D706 断层时再次发 生片帮事故。 H.断层落差。 图 1断层与作业面位置关系示意图 2断层导致煤层片帮机理分析 2.1煤壁裸露时间较长 1201 作业面为典型的大采高作业面，回采作业期 间作业面煤壁裸露面积较大，在采动影响下本就容易 发生煤壁片帮等事故。遭遇断层时，由于放缓了回采作 业推进速度，使得煤壁裸露时间变得更长，在长时间得 不到支护的情况下，煤壁片帮的概率大幅提升[1]。 2.2煤体自身物理性能降低 回采区域中断层的存在破坏了煤体完整性，回采时 上部基本顶在还未达到破断极限的情况下便会出现破 断垮落，从而进一步激化顶板破碎。此外，断层周边煤 体内聚力和内摩擦角均一定程度缩减，使得煤壁极限承 载能力降低，从而导致片帮发生的概率增加。 2.3顶板载荷增加 在回采作业面通过 D705 断层影响区域时，作业人 收稿日期2020-05-26 作者简介郝海红，1974年生，男，山西左权人，2014年毕业于太 原理工大学采矿工程专业，工程师。 大采高作业面煤壁片帮分析 郝海红 （ 山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司，山西 昔阳 045300 ） 摘要 以大采高作业面煤壁片帮为对象开展探究，结合具体工程实际，在分析煤壁片帮机理的基础上，对围岩控制 方案做出分析，并对其实际应用效果做出检验。结果表明，所设计的方案实现了对矿井回采时围岩的有效控制，规避了 片帮问题的发生，提升了作业安全性和有效性。 关键词 矿井；大采高作业面；煤壁片帮；片帮机理；围岩控制 中图分类号 TD823文献标识码 A文章编号 2095-0802-202007-0032-02 Analysis of Coal Wall Spalling in the Working Face with Large Mining Heigh HAO Haihong Sijiazhuang Coal Industry Co., Ltd., Yangquan Coal Industry Group of Shanxi, Xiyang 045300, Shanxi, China Abstract Taking the coal wall spalling in the working face with large mining heigh as the object, this paper carried out the re- search. Combined with the actual engineering, based on the analysis of the mechanism of the coal wall spalling, it analyzed the surrounding rock control scheme and tested its practical application effect. The results show that the designed scheme can effec- tively control the surrounding rock during mining, avoid the occurrence of spalling problem, and improve the safety and effective- ness of operation. Key words mine; the working face with large mining heigh; coal wall spalling; spalling mechanism; surrounding rock control （总第 178 期） 能源研究 32 2020 年 7 月2020 年第 7 期 员对支架工况进行了压力监测，相关结果如图 2 所示。 图中 L 数值为负时，表示作业面处于断层上帮时与断层 的距离；L 数值为正时，表示作业面处于下盘时与断层 的距离。由图 2 中数据可知，作业面正常回采推进期间， 支架工作阻力维持在 10 000 kN 左右；当回采面逐渐接 近断层面时，支架工作阻力会呈线性增加趋势，最大可 达 13 500 kN，通过断层面后支架阻力又会降低，但数 值仍高于接触前。这表明，断层的存在会导致作业面顶 板载荷急速增大，使煤壁承载力下降，诱发片帮事故[2-3]。 图 2支架阻力与作业面同断层相对位置示意图 2.4断层导水软化围岩 通过对 A 矿井下 1201 作业面的前期地质勘探可 知，其顶板老顶砂岩层中含水较为丰富。在回采作业 通过断层构造时，断层带可能沟通上部含水层，产生 导水，从而使得作业面围岩岩体孔隙变大，并出现程 度不一的压裂软化，使得岩体的黏聚性降低，发生煤 壁片帮的可能性增大。 3围岩控制方案分析 A 矿井下 1201 作业面在回采通过 D705 断层时， 因原有围岩防护方案控制不力，多次出现煤壁片帮现 象，威胁了生产安全，使得回采作业一度陷入停滞。 针对这一问题，基于上述理论分析，对作业面过 D706 断层期间的围岩控制提出了针对性方案。 3.1增大液压支架初撑力 由于断层构造会导致采场顶板载荷增大，必须通 过增大支架初撑力的方式限制顶板下沉量。在正常回 采作业期间，支架工作阻力维持在 10 000 kN 左右， 作业面所用支架型号为 ZY14000/26/25，其工作阻力最 大值仍有一定富裕。因此，在过断层时，应当提前加 大支架初撑力，以更好地支护顶板，同时，在断层两 侧堆砌木垛分担顶板载荷。 3.2提高护帮高度 大采高作业面通过断层时要尽可能延伸支架前端的 护帮板，以提高护帮高度，进而对断层所造成的煤体破 碎问题进行有效限制，防止煤壁出现大范围片帮问题。 3.3降低回采高度 在回采通过断层期间，适度降低回采高度，缩减 至 3 500 mm，以缩减割岩量并保留一定的底煤，从而 减小维持煤壁稳定性所需的水平支护力。 3.4及时跟进支护 在回采过断层时，要确保最多滞后采煤机滚筒 2耀 3 个支架进行跟机移动，并在滚筒割煤后及时开启护帮 板对煤壁进行支护，规避煤壁破碎。同时，为了提升 过断层作业速度，应当超前滚筒 3耀4 个支架进行护帮 板回收，防止阻碍滚筒的高速前进[4]。 4实际应用效果分析 采用上述方案进行 1201 作业面过 D706 断层作业， 并对通过 D706 断层时的作业面矿压和围岩变形进行监 测，将所得数据与过 D705 断层有关数据进行比对分 析。图 3 即为煤壁片帮与作业面位置关系示意图，图 4 为支架阻力与作业面位置关系示意图。 a 片帮深度 b 片帮高度 图 3煤壁片帮与作业面位置关系示意图 图 4支架阻力与作业面位置关系示意图 经过分析可知，通过 D706 断层期间作业面煤壁片 帮深度和高度最大值分别为 230 mm 和 410 mm，相较 于过 D705 断层期间分别出现 72和 67的降幅。同 时，过 D706 断层期间，作业面支架阻力大幅减小，接 近常规作业时的阻力值。这表明，所设计综合方案实 现了对过断层期间的围岩控制，规避了煤壁片帮问题 的发生。 14.0 13.5 13.0 12.5 12.0 11.5 11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 -30-20-100102030 距断层相对位置L/m 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 D705 D706 -10-505101520 工作面距断层相对位置/m 1.5 1.0 0.5 0 D706 D705 -10-505101520 工作面距断层相对位置/m 14.0 13.5 13.0 12.5 12.0 11.5 11.0 10.5 10.0 -10-505101520 工作面距断层相对位置/m D706 D705 （下转 143 页） 郝海红 大采高作业面煤壁片帮分析 33 2020 年 7 月2020 年第 7 期 （上接 33 页） 5结语 矿井管理者应当重视矿井生产中的问题，立足实 际，组织人手开展针对性探究，总结具有良好适用性 的煤壁片帮控制工艺，实现对煤壁片帮问题的有效防治。 参考文献 ［1］ 王海洋.大采高工作面煤壁片帮机理与控制措施 ［J］ .陕西煤 炭， 2020， 392 30-33. ［2］ 贾晓峰.大采高综采面煤壁片帮控制技术分析 ［J］ .山西化工， 2020， 401 115-116. ［3］ 殷瑞斌， 康天合， 李超， 等.大采高综采工作面煤壁破坏影响因 素数值模拟分析 ［J］ .煤矿安全， 2020， 514 218-222. ［4］ 李晨熙.大采高回采工作面煤壁片帮防治技术应用 ［J］ .西部 探矿工程， 2020， 321 138-139. （ 责任编辑白洁 ） 设备的力学、化学及电学信号。状态识别是故障诊断 技术的关键，它主要是根据采集到的设备状态信号异 常情况与建立的参考图谱进行比对，从而识别机电设 备发生故障的原因以及类型。根据故障诊断的结果， 可以给出具体的故障维修方案，极大地提高了机电设 备故障诊断的速度。 与传统的现场诊断方法相比，故障诊断技术具有 以下 2 个优点[5]a 诊断更加灵敏。传统的故障诊断多 是现场查看机电设备的完整性，检查机电设备是否存 在零部件损坏的情况，以此来判断故障的原因，诊断 的过程极为烦琐，而且对经验有着较高的要求；而故 障诊断技术可以根据监测所得一些状态量的变化判断 故障。b 发现故障更早。传统的故障诊断方法只有在 故障发生并且造成明显的异常后才能进行诊断，而故 障诊断技术可以在刚发生故障时进行监测，有效地减 少设备故障造成的损失。 3煤矿机电设备的维修措施 3.1定期维护机电设备 在机电设备发生故障后进行维修，这种方式维修成 本低、效率高。但这种维修方式会导致机电设备损坏严 重，有时会造成重大的人员伤亡，而且只能根据现场机 电设备的故障特征来查找故障的原因，然后再制订合理 的维修方案。为此，煤矿企业可以提前对机电设备进行 维修，以减少故障的发生，这种方式称为“维护” 。在 维护过程中，可以发现机电设备运行中存在的潜在故障 隐患，对这些隐患进行处理，就可以有效地控制机电设 备故障的发生。这种方式不仅能提高设备的性能，延长 设备的寿命，还能有效地保证设备运行的安全性。 3.2定期更换机电设备的零部件 大量统计发现，机电设备发生故障多是由于一些 零部件损坏引起的。对于煤矿的液压设备，要定期检 查液压系统的密封性，更换液压系统的液压油。这是 由于在长期的使用过程中，密封圈会老化，液压油中 存在一些金属屑。当液压油中的金属碎屑超标时，很 容易导致液压管道被堵塞，这对设备的正常使用是十 分不利的。此外，当液压油的黏度不足时，会导致液 压系统的动力不足，这对于高负荷的机械设备来说是 非常危险的。对于煤矿的电机设备，要检查电机风扇 的运行状态是否良好，若发现风扇运行时出现转速过 慢的情况，应该及时更换。 3.3改良机电设备 由于很多机电设备是一些通用设备，在一些地质 条件下可能适用性较差，容易发生一些故障。这些故 障多为小故障，直接更换设备花费成本过高。此时， 不能依靠简单的维修来解决设备故障问题，应该对设 备进行改良。在改良时需要明确设备的故障原因，确 定改进的方式和需要的部件。这需要经验丰富的机电 维修工来操作，以免损坏机电设备。改良的原则是在 原有机电设备的基础上，增加或去掉一些零件，使设 备适应地质条件或实际生产情况。 4结语 由于煤矿恶劣的生产环境，机电设备在运行过程 中很容易出现故障，严重影响到煤矿的安全生产和效 率。机电设备在使用时可以分为磨合期、稳定期和报废 期 3 个阶段，每个阶段设备的故障都有着不同的特征。 为了提高煤矿机电设备的故障诊断效率，需要引入先进 的煤矿机电设备故障诊断技术。与传统的现场诊断方法 相比，故障诊断技术诊断更加灵敏、发现故障更早，有 效地降低了设备故障造成的损失。在进行设备维修时， 应该从定期维护机电设备、定期更换机电设备的零部 件和改良机电设备三方面出发。详细地分析了煤矿机 电设备的常见故障、诊断技术和维修措施，可以为煤 矿机电设备的运行维护以及维修提供一定的参考。 参考文献 ［1］ 张苏华.煤矿机电设备维修中故障检测诊断技术 ［J］ .西部探 矿工程， 2019， 3110 115-116. ［2］ 周军邮.浅谈煤矿机电设备常见故障及其维修措施 ［J］ .中国 石油和化工标准与质量， 2019， 3919 44-45. ［3］ 王鑫.煤矿机电设备故障诊断及维修技术探析 ［J］ .化工管理， 201925 171-172. ［4］ 郭富伟.煤矿机电设备维修中故障检测诊断技术的应用探究 ［J］ . 科学技术创新， 201924 165-166. ［5］ 周晓光.浅谈煤矿机电设备常见故障及其维修措施 ［J］ .当代 化工研究， 20198 10-11. （ 责任编辑刘晓芳 ） 停机检修 重点监测 巡回检测 治理预防分析诊断状态监测 设 备 传 感 器 信号 处理 系统 状态 识别 诊 断 决 策 治 理 预 防 参 考 图 谱 图 1故障诊断技术原理图 霍耀荣 煤矿机电设备常见故障及维修措施 143