3-700工作面煤壁片帮影响因素分析.doc

3-700工作面煤壁片帮影响因素分析及防治方法探讨随着工作面的推进，煤壁在支承压力作用下处于不稳定状态。由于垂直应力急剧增大，煤体内原有的节理裂隙增大并产生新的裂隙。伴随着基本顶的周期性断裂，当支承压力达到某一值时，节理裂隙较大的煤壁加剧破坏，形成煤壁片帮。随着煤壁片帮的增大，空顶距的也逐渐增大，从而容易引起顶板的冒落。严重影响工人的人身安全与生产的正常进行。因此，煤壁片帮的防治是工作面安全生产的保证。就3-700工作面而言，煤壁片帮影响因素比较多。3-700工作面属于软煤层工作面，受地质构造的影响工作面煤体承载能力降低，煤壁片帮比较严重。主要表现为煤体受剪切破坏而形成的较大面积的片帮，煤壁片帮类型属于滑移片帮。（一）3-700综放工作面煤壁片帮的影响因素分析煤壁片帮主要有两种表现形式，拉裂破坏和剪切破坏。在垂直应力作用下煤壁变形或失稳产生了水平应力，当水平应力超过煤体的抗拉强度或抗剪强度时，煤壁被破坏。对于硬煤层来说，由于其抗拉强度较低煤壁被拉裂破坏；对于软煤层而言，由于其抗剪强度较低而被剪切破坏。（1）3-700工作面开采高度对煤体片帮的影响随回采工作的进行，工作面前方煤壁内出现了支承压力。在该支承压力作用下，一定深度的煤体出现裂隙增大和各裂隙相互贯通的现象。由于一次采全厚的采高比较大，造成上覆岩层位移范围增大。工作面顶板压力也随之增大。煤体内应力的增大使煤体的裂隙更加发育、强度降低、塑性区范围增大。塑性区范围内的煤体会产生由里向外的位移，当位移量达到某一值时形成煤壁片帮。（2）煤体强度及煤质对煤壁片帮的影响根据对3-700工作面煤层及煤样的观察，3-700工作面煤的物理性质均为黑色、灰黑色，金刚光泽、似金属光泽；阶梯状、贝壳状断口；中宽条带结构，层状构造。煤岩类型为半亮型煤，成份以亮煤为主，部分暗煤，夹镜煤条带。呈不规则条带状、粒状，由亮煤、镜煤、暗煤等的薄层或透镜体交互而成，具不平坦状或棱角状断口，疏松易碎，层状或块状构造，内生裂隙发育。镜煤为强玻璃-金属光泽，结构均一，极脆易碎，多呈小碎块状。亮煤为玻璃光泽；主要呈不规则的条带状分布。暗煤光泽较暗淡，硬度大，呈不规则厚度不等条带分布。当前3-700工作面受背斜褶皱构造的影响，工作面煤体承载能力有较大程度的降低，煤体的强度较低是煤壁片帮的直接影响因素。（3）煤体节理裂隙发育情况对煤壁片帮的影响随着顶板的周期性垮落，煤壁前方的煤体受支承压力的影响裂隙逐渐增大。当破裂面的倾角达到45时剪应力达到最大值，该破裂面也最容易被破坏。当破裂面与节理面平行，在垂直应力的作用下，破裂面与节理面闭合形成节理贯穿，不会形成片帮；当破裂面与节理面不平行时，破裂面与节理面形成夹角，节理面外部煤体产生水平方向的位移，形成煤壁片帮。当前3-700工作面受背斜褶皱构造的影响，工作面煤体节理裂隙比较发育，加之工作面压力较大，增加了煤体的次生裂隙发育，（根据对3-700工作面注浆量的观察，工作面煤体孔隙较大、裂隙较发育；根据工作面回采时出现的较大面积的化学浆垂直和斜交片层可知煤体节理面以垂直和斜交节理为主，片帮较难防治）。可见，煤体节理裂隙发育程度是3-700工作面煤壁片帮的主要影响因素之一。（4）支架的工作阻力及其他因素对煤壁片帮的影响支架的工作阻力对煤壁片帮有明显的影响。根据以往关于支架工作阻力对煤壁片帮影响的研究和现场经验，赵宏珠等人研究并且总结出了煤壁片帮深度与支架工作阻力成线性关系：加大支架工作阻力可使减少煤壁片帮的深度，工作阻力达某一值时片帮现象消失。根据“砌体梁”理论，工作面推过后，直接顶岩层与基本顶岩层发生离层开始不规则垮落。在考虑超前断裂的情况下，直接顶垮落后基本顶岩梁在支承压力和自重的作用下，在煤体内断裂，并发生回转或下沉。对于软煤层而言，由于煤壁的支撑能力相对较弱，工作面液压支架对关键岩块的回转影响较明显。最终回转变形角主要决定于下述关系式： 式中，M为采高；h为直接顶厚度；k0为直接顶垮落后未经压实的碎胀系数；l为关键岩块的长度。结合我对3-700工作面支架工作阻力半月时间的抽样观察，3-700工作面液压支架工作阻力平均为额定工作阻力的40%左右；局部区域工作面支架出现迎山角度偏低（低头）的现象。观察结果显示支架在过构造带和仰斜开采期间，工作阻力平均值偏低，导致了关键岩块的回转明显，造成了工作面顶板压力增大，是工作面煤壁片帮的主要影响因素之一。（5）工作面推进速度和回采工艺对煤壁片帮的影响3-700工作面受地质条件和放顶煤回采工艺的影响，工作面推进较慢、基本顶关键岩块回转较大造成工作面压力增大；另外，结合队长及有经验老工人关于工作面液压支架的结构及受力情况分析，工作面液压支架的在上坡阶段及过断层期间存在一定的结构合理性缺陷，造成液压支架出现低头现象，严重影响了工作面的推进速度，是煤壁片帮的主要影响因素之一。(二) 3-700工作面煤壁片帮防治方法探讨影响煤壁片帮的因素较多，地质条件、节理裂隙、顶板垮落特征等很难加以控制。而煤体的强度、支架工作阻力、回采工艺等则是可以有效地加以控制。从而减少、控制片帮的不利影响因素，减少片帮保证安全生产顺利进行。（1）通过注浆增强煤体强度在基本顶来压前，利用马力散、固安特、瑞米二号等化学材料对工作面煤体进行加固，提高煤壁的整体强度，减少煤壁片帮。根据我对工作面煤体裂隙和注浆情况的观察和估算，工作面煤体孔隙率在1.2左右，且煤体裂隙主要由垂直裂隙、斜交裂隙、次生裂隙组成，其中大部分为斜交裂隙与工作面夹角在30-40之间。通过对过构造带期间注浆效果的观察，我认为在治理垂直裂隙和斜交裂隙引起的片帮时，注浆所形成的片层状化学材料不能形成有效的承载体。根据3-700工作面注浆安全技术措施，结合注浆时的风压（5 MPa左右）、化学材料的膨胀倍数1-2、粘结强度5 MPa、抗压强度40 MPa、反应时间2 min及反应产生的热量，考虑到注浆对煤体次生裂隙的增大和工作面上部滑移片帮加大对工作面维护造成的安全隐患。我认为利用化学材料对3-700工作面煤体进行加固时，每个钻孔注浆量在0.4-0.6m左右，通过加固材料充填裂隙利用材料抗压强度和粘结强度来提高煤体强度。因此，注浆时要控制注浆量和注浆的速度。此外，根据煤体裂隙发育和煤体的受力情况分析，从理论角度分析可利用玻璃丝锚杆或木锚杆对裂隙较发育带煤壁进行锚固。通过锚杆的锚固作用增强煤体强度对滑移片帮起到防治效果，但由于其工艺比较耗时造成工作面推进速度慢，基本顶关键岩块回转较大，对工作面煤壁片帮和顶板管理有一定的影响。（2）通过提高支架的初撑力支架初撑力偏低是煤壁片帮的重要影响因素，主要是由于支架结构、操作时间、操作工序、所造成的。因此，要优化操作工序，及时带压擦顶移架，通过辅助手段保证液压支架迎山有力；移架时要注意立柱压力表读数，保证液压泵站的供液能力，达到额定初撑力，可有效地控制顶板下沉，从而控制煤壁片帮。由于工作面片帮深度较大（目测平均片帮深度在1.2m-1.7m，局部严重区域在2.5m左右），液压支架前伸梁端头与切顶线不能及时切齐，液压支架护帮板起不到护帮作用，导致煤壁的滑移片帮加重。（3）通过加快推进速度提高工作面推进速度，优化采煤工艺缩短每一循环的时间，减少顶板下沉量。根据与几个队长和有经验老工人的交流，地质构造带岩石为碳质泥岩，其强度较低、层理发育，我认为在岩石强度较低时可以通过放震动炮利用采煤机卧底。根据以前小煤矿放震动炮经验，炮眼钻孔深度2m、每立方米岩石消耗药量0.4-0.6左右、每立方米岩石消耗雷管约1.2枚。通过放炮破坏岩体的整体性，大幅度降低岩体的强度和块度，利用采煤机卧底过松软碳质泥岩断层，从而加快工作面推进速度，为工作面顶板管理和片帮防治提供有利保证。但此方法过断层技术尚不成熟，存在诸多的安全隐患，需要结合丰富的炮采经验，并组织有丰富炮采、放炮经验的老工人和专家进行调研。（4）加强技术管理工作面过煤岩破碎带和地质构造带时，在基本顶来压之前加