1、大采高工作面采高合理性研究及煤壁片帮防治摘 要为了确定阳煤一矿 S8310大采高综采工作面的采高，对该工作面 15#号煤进行采高设计，通过数值模拟分析得出，随着割煤高度的增大，煤壁最大水平位移逐渐增大。因此，考虑到该矿井的具体条件，确定其工作面开采高度为 6.5m，实践效果良好。采煤工作面的高度不断增加，伴随而生的大采高工作面煤壁片帮问题越来越严重。煤壁片帮不但影响煤矿的正常生产，而且给矿井带来了很大的安全隐患。因此，研究大采高综采工作面的片帮防治技术具有很重要的意义。 关键词大采高综采面 采高合理性 煤壁片帮 中图分类号：P618.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015
2、）03-0004-01 1 概况 阳煤一矿丈八三采区 S8310工作面为 15#号煤首个大采高自动化综采工作面，该工作面井下位于南条带三采区东部，东部为南条带二采区，南部为二采区 S8211工作面（未掘） ，西部为 S8309工作面（未掘） ，北部为 S8308工作面（未掘） 。S8310 工作面走向长 1084m，工作面倾斜长度为 220m。工作面地质储量 210万 t，可采储量 182万 t。该工作面内15号煤层总厚度最大 6.90m，最小 6.35m，平均厚度 6.51m，煤层倾角312，平均 6，煤层赋存稳定，构造相对简单。煤层结构复杂，赋存 3层不稳定夹石，其中上夹石厚度 0.14m
3、左右，中部夹石 0.12m左右，下部夹石 0.14m左右。直接顶平均抗压强度 55MPa，老顶 105MPa，直接底 65MPa。在巷道掘进过程中，揭露了 5条与工作面走向斜交或正交的断裂构造。 2 大采高综采可行性分析 2.1 地质条件分析 阳煤一矿井田内 15#煤层为全井田稳定煤层，地质条件较简单。S8310工作面煤层厚度 6.356.90m，平均 6.51m，煤层倾角 312，平均 6，为近水平煤层，从全矿井 15#煤层等厚线图中可以看出煤层厚度绝大部分在 6.5m之上，适合布置大采高综采工作面。 2.2 开采技术分析 大采高成功的关键在于煤帮控制和支护系统的稳定性。解决该问题的途径在于
4、通过对煤层结构的分析，研究控制煤帮和保证支架稳定性的合理支架结构，尤其要加强护帮板的作用，增加护帮高度。从煤层赋存条件和煤层结构分析，本工作面 15#煤层厚度 6.356.90m，平均为6.51m，煤层倾角一般在 10以下，煤厚倾角变化小，煤质中硬，普氏系数 f为 2.1，裂隙比较发育，埋深在 560m左右，大采高条件下煤壁稳定性较差，局部地段有夹矸时有利于煤壁的稳定性。从厚煤层大采高综采的实践来看，工作面煤壁不可避免的存在片帮现象，但通过采取一定措施，完全能够实现大采高综采。综上，通过对大采高综采现状的调研和工程类比分析，认为该煤矿 15#煤层与 S8310工作面采用大采高综采是可行的，与综
5、放开采相比将产生更大的经济效益。 2.3 采高合理性确定 在大采高条件下，采高对煤壁稳定性的影响十分显著，为进一步分析 15#煤层采用大采高综采的可行性，在相关分析的基础上，对 15#煤层不同采高情况下的煤壁稳定性采用 FLAC3D数值模拟软件进行拟研究。根据该矿井提供的地层综合柱状图建立模型。煤岩层物理力学参数按实验室测定数据给定，没有试验数据的岩层属性按岩性的平均取值给定。针对 15#煤层的地质条件，假定液压支架支护强度为 1.2MPa，割煤高度分别为 4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0m，根据数值模拟所得的不同割煤高度下煤壁的水平位移，做出割煤高度与煤壁片帮深度关系图
6、，如图 1。 煤壁片帮深度随采高的变化由图 1可见，随着割煤高度的增大，煤壁最大水平位移逐渐增大。当割煤高度在 5.5m以下时，煤壁片帮深度随采高呈线性递增，增速很快，当采高超过 5.5m后片帮增速下降。总体来说，采高越大，工作面煤壁片帮越严重。而大采高综采工作面煤壁片帮是不可避免的，煤壁片帮显现程度受采高、面长、煤壁前方支承压力分布、支架护帮装置、初撑力和工作阻力、基本顶来压强度、工作面推进方向、支架顶梁接顶程度、梁端距大小、煤层硬度和煤壁暴露时间长短等因素影响。S8310 工作面首次采用大采高综采，片帮控制难度大，工作面采高设计为 6.5m，通过设计合理的支架和回采工艺，可有效控制煤壁片帮
7、深度，以保证正常生产，正常情况下，割煤高度 6.5m。当遇到构造和煤质松软地段，可适当降低采高，以减少片帮深度。当遇到煤层厚度超过 6.5m地段，可留底沿顶回采。 3 煤壁片帮机理及防治技术 3.1 煤壁片帮机理 从理论的角度来分析煤壁出现片帮的原因，主要有如下几点：开采高度、支撑压力和基本顶回转、支架工作阻力、裂隙变化规律及煤壁力学特征等。在实际的煤矿开采过程中，采高增加，将会增大采动裂隙发育程度和塑形区变形范围，使煤体强度明显降低，进而增大了片帮出现的概率。理论上片帮程度与支架工作阻力之间的变化趋势是相反的，也就是说适当加大工作阻力是有益的。工作面前方的煤体是一种在力学上具有的不连续性和有
8、条件的转化性的具有独特结构的结构体，可以看出，除与节理本身的力学性质有关外，还与节理与主平面的交角有关。随着变化情况的不同，煤体的强度也有所不同。煤壁片帮破坏形式主要有：剪切滑移和张性断裂。结合本矿煤层结构，煤层较松软，推测煤壁片帮主要形式为剪切滑移。 3.2 工作面片帮防治技术 （1）提高支架初撑力和支护阻力。对于大采高开采来说，支架合理支护阻力既要能够支撑顶板、抵抗住顶板来压，又要能够缓解煤壁压力，减缓甚至抵消煤壁片帮，高阻力可以减小煤壁处压力，保证工作面前方煤壁塑性区控制在较小的范围内，有利于缓解煤壁片帮。 （2）安装支架护板，处于大采高工作面的煤体的塑性工作区内，在支承压力的作用下会发
9、生一定的水平位移，因此会受到护帮板的抑制作用，使煤壁片帮出现的概率大大减小。 （3）加快工作面推进速度。加快工作面推进速度，可以减少超前支承压力的影响范围、减少支承压力对煤体的作用时间及降低煤壁损伤程度，从而可以减小煤壁片帮程度。 （4）改变煤体性质来防治煤壁片帮。提高煤壁的黏聚力和抗剪强度。有关研究表明，注水可使工作面前方大幅度卸压、塑性区宽度增大，煤体被压缩、弹性能得到了释放。随着注水压力、注水范围的增加，工作面前方煤体集中应力向深部转移，卸压带加长、卸压带内应力值降低幅度增大、工作面前方煤层压缩率增大，塑性区加宽。 4 结论 （1）通过对大采高综采现状的调研和分析，认为阳煤一矿矿井 15
10、#煤层及 S8310工作面采用大采高综采是可行的，有助于实现矿井的高产高效，具有明显的济效益。 （2）运用 FLAC3D数值模拟软件对 7种采高方案模拟分析，结果表明，不同采煤高度下煤壁片帮深度不同，随着割煤高度的增大，煤壁最大水平位移逐渐增大。考虑到该矿井的具体条件，6.5m 的采高对该矿井进行大采高综采是合理可行的。 （3）介绍了大采高工作面煤壁片帮的机理及表现形式，提出了防治煤壁片帮的几种技术及建议，为提高该矿井大采高工作面煤壁的稳定性奠定理论基础。 参考文献 1 侯代亮.大采高综采面煤壁片帮分析与控制J.陕西煤炭，2011（3）：64-66. 2 高志杰.采煤工作面煤壁片帮机理及防治技术J.山西煤炭管理干部学院学报，2012，11. 3 李建国，田取珍，杨双锁.河滩沟煤矿综放面煤壁片帮机理及控制途径J.煤炭科学技术，2003，31（12）：73-75.
