长壁大采高加长工艺中存在的问题浅谈

摘要

长壁大采高加长工艺已成为晋城煤业集团高产高效集中生产的主要技术方向之一，不仅能提高工作面单产、方便巷道布置、简化生产系统有利于矿井高度集中生产，而且能够提高矿井资源的采出率。随着我国煤炭机械的发展，适合长壁大采高加长工作面使用的各种采煤机、液压支架等综采设备的生产能力的提高，机械制约已不是制约的长壁大采高加长工艺应用的主要矛盾。但随着采高的加大和工作面长度的增加，必然会造成采面工作面强烈的采场矿山压力显现，出现严重的片帮和顶板事故。大采高加长工艺要想发展必须解决这些问题。

引沿

煤炭在我国一次性能源消费结构中占有65%以上，在国民经济中具有不可替代的作用。尤其在十八大以后，煤炭工业正在向着高碳产业低碳经济、绿色开采、洁净开采、精细化开采和可持续开采的方向发展，矿井资源回收率低、资源浪费严重的粗放式的开采方式逐步被淘汰。为此改进采煤方法，研究其矿山压力显现的规律尤为重要。

1. 长壁大采高加长工作面在寺河矿的开采现状

长壁大采高加长工作面已成为寺河矿目前唯一使用的采煤方法，长壁大采高加长工作面不仅能提高工作面单产、方便巷道布置、简化生产系统有利于矿井高度集中生产，而且能够提高矿井资源的采出率。随着我国煤炭机械的发展，适合大采高的各种采煤机、液压支架等综采设备的生产能力的提高，机械制约已不是制约的长壁大采高加长工艺应用的主要矛盾。山西各大矿务局都有自己的大采高加长工作面的使用，且使用时间都在5年以上。但随着采高的加大和工作面长度的增加，必然会造成采面工作面强烈的采场矿山压力显现，出现严重的片帮和顶板事故，安全隐患较多，严重威胁的职工的生命安全。

2.大采高加长工作面的存在的主要问题

晋城煤业集团寺河矿从引进的5.5m大采高采煤工艺及设备的成功应用，到国产5.5m大采高采煤设备试验，最后到国产6.2m大采高综采装备成功研制与应用，在短短的几年内，不仅实现了采煤设备的国产化，并且实现了真正意义上的一次采全厚采煤法。然而在寺河矿采用大采高一次采全厚的采煤工艺的这10年中，也发现了它的一些不足和问题。

采高的加大和工作面的加长，造成工作面片帮大、开机率底；煤柱留设大造成资源的浪费等问题较多。相对于正常综采,长壁大采高加长工作面在工作面倾向方向呈现分段性来压，明显表现出不同步性和复杂性；工作面来压步距减少，动载荷系数较大；当工作面老顶初次来压和周期来压时液压支架活柱下缩量大，顶板台阶下沉，安全阀开启频繁，支柱损坏等频繁发生。其造成的直接表现是工作面出现不同程度的冒顶和片帮对工人和机械设备都有很大的影响。

3.煤壁片帮机理研究

   在大采高加长工艺在开采过程中，因为采空区跨落矸石压实量的增加，不断使断裂带的高度增加，作用在煤壁和支架上得支撑力增大，并使断裂带岩石的回转角增大，从而使其作用在煤壁上指向采空区的水平作用力增大，使接近煤壁处的煤体处于剪切力的作用下发生破坏。煤体的抗剪切强度很小，且煤壁是煤体的唯一的弱面，极易片帮，并且采高越大，片帮越严重，严重的片帮会造成顶板冒落，直接的影响工人的生命安全。

采用FLAC3D岩土分析软件进行数值计算，以γh为常量，根据不同的采高（M=4.4m，4.8m，5.1m，5.4m，5.8m，6.2m），对以下内容进行数值模拟：

（1）不同采高条件与煤壁最大位移量的关系（图一）；

（2）特定采高条件下，煤壁上各点的位移分布(图二)。

从数值模拟结论可得，采高与煤壁的最大位移量呈线性关系，采高越大，煤壁的最大位移量越大，相对的片帮也就越严重。在一定的采高条件下，如采高6.2m时，煤壁的最大变形量发生在距地板4.5m-5.0m之间。

图一：

图二：

4.对片帮机理和实际情况的分析

对于以上的片帮机理分析中得长壁大采高加长工作面采煤工艺中问题的重点是杜绝冒顶、减少片帮，主要是控制采高和支架的初撑力。大采高是势在必行，所以提高初撑力是关键。提高初撑力可以有效减小初始下沉量，可使初撑力的大小至少应能平衡直接顶岩体重量，提高工作阻力，减小端面处的应力集中程度，从而来减少工作面煤壁片帮、冒顶。

支架初撑力是工作面支架的一个重要性能参数，据统计，在所有的回采工作面顶板事故中，80%以上是由于支架初撑力不足引起的。初撑力不足常导致综采工作面压垮型、漏冒型和推垮型（片帮）顶板事故的发生。提高支架的初撑力，可以预防直接顶和老顶的离层、端面冒顶、复合顶板下位软岩层推倒支架、增加支架在工作循环内的平均支撑阻力、减少端面顶板的破碎度、压缩浮煤浮矸、提高煤矸支撑系统的整体刚度、改善直接顶岩层内的应力分布状态及稳定性，实现支架对顶板的主动支撑。支架的初撑力在一定程度上决定着支架工作阻力的运行状况，满足设计要求的初撑力，可供支架较快的达到额定工作阻力，改善支架——围岩关系。所以支架初撑力大小对工作面顶板的管理十分重要，也是预防工作面片帮和冒顶的最有效措施。

5.提高工作面初撑力来预防煤壁片帮的措施

提高工作面初撑力的方法有:

（1）提高泵站工作压力

现在寺河矿使用的乳化液泵站得额定压力为32MPa，增加压力不会有什么问题，但是在高压和高流量的情况下，需要加强对泵站管理人员的安全维护意识。

（2）减小管路系统的压力损失

主要有减小管路的沿程阻力损失和局部压力损失两部分，减小管路的沿程阻力损失主要是缩短管长。局部压力损失主要是尽量使管路平直，减少弯曲避免接头截面突然变化。

(3)保证供液时间和严格规范工人操作规程。

这个是工人操作变化性很大并且很难定量控制和制定规范措施。所以应对支架工进行严格的教育、培训，制定定量的标准化操作规程，以减少人为因素的影响。

6.煤壁片帮的预防措施

（1）加固煤壁

采用玻璃钢锚杆进行加固以改善煤体强度，减少片帮程度。

（2）减少煤壁暴露时间

尽量减少煤壁暴露时间，减少每一循环的顶板总下沉量，控制煤壁片帮，工作面停产大修时，要尽量在每层较薄、采高较低、地板较好的地段进行，并加强支护防止片帮和顶板事故。

（3）控制采高

当采面发生冒顶时，可采取降低采高的方法处理冒顶，减少片帮，但宜丢底煤不宜丢顶煤，原因是老顶的周期来压强度大于每层本身的抗压强度，所以丢顶煤只会被压碎，扩大冒顶程度。

（4）提前注浆

在工作面没有回采前，利用给煤层注水的注水孔或瓦斯抽放孔对工作面煤体进行提前注浆，增加煤体的硬度和抗剪切能力，减少煤体的片帮。

参考文献：

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【3】钱鸣高.矿山压力与岩层控制【M】.徐州：中国矿业大学出版社，2004.

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