1、24122 大倾角综采工作面压力过大原因分析 张 朋 (新疆焦煤集团 1890 煤矿，新疆 乌鲁木齐 830025 ) 摘要： 从常理看，大倾角工作面随着倾角增大，顶板压力就会逐渐变小，但特殊情况下，大倾角工作面压力会增大， 而顶板压力过大会引起煤壁片帮，煤壁片帮是形成“飞矸“的主要因素， “飞矸”的危害性是众所周知的事 。对特殊情况下大倾角工作面压力过大原因的分析，可根据原因采取相应的措施，从而避免或减少“飞矸“，最终可增加工作面的安全性。 关键词： 大倾角； 综采工作面；“飞矸“；压力； 中图分类号： C35 文献标识码： A 0 前言 24122 综采工作面从生产以来，工作面压力一直较大
2、，造成工作面煤壁片帮严重，导致“飞矸”增多，并且由于煤壁片帮块度大，还需将煤块砸碎，从而影响生产。就此发生的原因，现做具体分析。 1 工作面概述 24122 工作面位于一采区 4#煤层西翼，其上部部分为 14221 工作面采空区（ 2004 年已开采完毕）。工作面开切眼位于 15#沟西帮，两顺槽均位于艾维尔沟河以南，并在河床保护煤柱以外。矿区地表为荒山，艾维尔沟河在地面沿工作面北部流过，回采对地表设施无影响。工作面采用全部垮落法管理顶 板。工作面走向长 960m，倾斜长度 98m，倾角 38 41 度（平均 39 度）。煤层赋存稳定，厚度在 2.19 3.13m 之间，夹矸 1 2 层，夹矸厚
3、度 0.05 0.5米之间，平均厚度 0.3 米，伪顶厚度 0.4 0.6 米。煤岩特征表如下： 时代 分组 主状图 厚度（ m） 名称 岩性描述 侏 罗 纪 八 道 湾 组 8.5 老顶 中砂岩、灰白色，以石英为主，层理不明现。 8.4 老顶 粗砂岩、灰白色，以石英为主，坚硬，裂隙发育。 0.28 直接顶 砂砾岩硅质胶结，坚硬块状流圆好，分 选性差。 2 煤 含 1 2 层夹矸 0.35 直接底 灰质泥薄层状。 2.11 老底 粉砂岩、致密块状、下部粗砂岩层理清晰。 2 煤壁片帮原因分析 造成此种现象的原因有多种原因，而造成此现象的直接原因是因 为顶板压力大，主要原因是由于支架支承能力不足（
4、既顶板压力大于支架最大工作阻力）。 众所周知采场支架的受力，是上覆岩层运动的结果，支架受力大 小始终是与其所支撑的岩层范围的重量有关，如超过承载能力后，支架将通过自身的沉缩摆脱其影响，将超出的部分岩重转移到煤壁和采空区垮落的石块上，因 而造成煤壁深处压力值增大的现象，应力主要集中在煤壁，煤壁被压疏卸压，自然就易片帮，大块煤增加，由于工作面倾角大，大块煤从工作面上部滚落造成所谓的“飞矸”，其危害性是不言而喻；如果溜子正常运行，工作面“飞矸”并不严重，煤块基本顺着溜子到下顺槽的转载机被运走，但由于有时煤块太大，必须将其砸碎才能运走（由于巷道狭小，没安装破碎机），因此只好停机处理，这时工作面溜子上的
5、片帮煤由于惯性就会继续向下滚落，形成“飞矸”，进而直接影响安全生产。从工作面近期测得的数据可知：工作面来压时的压力为 1295KN/根，大于支架最大工 作阻力 1100KN/根，大于的部分顶板压力自然作用在煤壁上，加上工作面夜班不生产，顶板下沉量必然增大，压力就自然居高不下，在如此高的支承压力长时间的作用下，煤壁自然片帮严重。 工作面压力大是目前造成工作面片帮的主要原因。而工作面压力大有众多原因，下面就此进行分析。 3 压力大的原因分析 众所周知，采掘工作面自开工之日起，工作面就存在支承压力，正是由于它的存在导致采煤工作面及掘进工作面的压力显现。而支承压力的大小及分布与顶板悬露的面积和时间，开
6、采深度、采空区填充程度、顶底板岩性、煤质软硬 、采高、地质条件等有关。 3.1 顶板悬露的面积的影响 顶板悬露面积越大，时间越长，顶板压力就越大，而支承压力的 分布范围集中程度也就越大。 24122 综采工作面由于有深孔超前预爆破处理悬顶，故采空区悬顶面积得以控制，近期看，采空区的悬顶虽然每天都会垮落，但垮落的效果不好，未将采空区填充满，上覆岩层依然存在压力拱和砌体梁结构，加上夜班未生产，上覆顶板得以进一步下沉，这也造成工作面在悬顶垮落的情况下，压力依然居高不下的原因。工作面上方由于有压力拱的存在，拱的两端由煤壁和采空区垮落的矸石支承，而工作面形成的支承 压力主要集中在前拱脚，并且采空区离层悬
7、露的岩块的重量几乎全由前支承点承担（前支承压力主要集中在煤壁中）。在顶板悬露面积较大的条件下（主要是指采空区未垮落的上覆岩层）煤壁片帮自然就会增多。 3.2 顶板悬露的时间的影响 工作面推进速度快就意味着采煤工作面停滞时间短，顶板下沉量相对就会小，一般说，顶板压力也较小，但由于 24122 综采工作面改为 2 班生产，推进速度慢，这就必然导致采空区悬顶悬露的时间增长，支承压力增大（尤其是悬顶面积快到垮落步距时）。由于支承压力的作用，可导致顶板预先下沉，煤壁破碎片帮，在支承压力 的作用下，工作面前方尚未悬露的顶板已经开始下沉。由公式 SL= mL( =0.025 0.05 为下沉系数， m=2.
8、4m 为采高， L=5m为控顶距 )，可知 1422 综采工作面顶板下沉量为 300mm 到 600mm，如果在顶板破碎、支架初撑力过小、顶板淋水增多的情况下，顶板下沉量将会进一步增大，并且顶板比较坚硬、煤层较厚或较软时，都有可能导致顶板下沉量增大。由于顶板预先下沉可能产生裂隙，因而增加了工作面和工作面前方区段平巷的压力，在支承压力的作用下，工作面的煤壁产生变形破坏，导致煤壁破碎片帮成斜面。（平时观测，综采工作面 煤壁片帮较为严重，采煤机割煤时产生的片帮大块煤较多，在支承压力的作用下煤壁变松软，虽然有利于采煤机割煤，但大块增多经常导致停机处理大块煤，这对机器寿命有所影响，并也影响正常生产时间，
9、割煤时应放慢割煤速度），从理论上讲，加快工作面推进速度的结果肯定能减少顶板下沉量，但同时必然使顶板下沉速度加剧，只有在原先工作面推进速度比较慢的条件下，加快工作面的推进速度才会对工作面顶板状态有所改善，因此对于工作面现状可适当的加快推进速度。从现场测得的数据看，正常生产时，工作面压力并不大，即使此时来压，其作用时间也较短，压力主 要是在夜班上升的，并且作用时间也较长，这样必然导致前支承压力增大，导致煤壁片帮严重。 3.3 开采深度的影响 开采深度越大，悬露顶板的重量越大，支承压力也越大。并可能造成冲击地压，目前看综采开采深度对工作面支承压力的影响不算太大。 3.4 采空区填充程度的影响 一般情
10、况下，采空区填充程度越密实，煤壁内支承压力越小，顶 板岩层越坚硬，顶板压力越均匀，支承压力的集中程度就较小，若顶板的裂隙发育，则支承压力比较集中，影响范围也比较小，底板岩层坚硬，支承压力影响范围大，但集中程度小，煤质坚硬，支承压力比较集 中，影响范围较小，反之，煤质松软，变形和破坏程度越大，则支承压力分布范围越大，其集中程度越低。 24122 综采工作面处理采空区采用的是垮落法，使用这种方法时，在采空区悬顶时，工作面前方支承压力较高，而采空区则较低，当顶板切落时，则前方支承压力有所降低，而采空区有所增大，但从现场看，悬板垮落时往往不能将采空区全部填充实，这样工作面在推进，悬顶面积进一步增大，如
11、这时工作面推进速度变慢就会给顶板进一步下沉的时间，工作面压力自然会一直跟着工作面走，这就是为什么悬顶垮落后，工作面压力很快又会上升的原因。加上工作面顶板较 为坚硬，悬顶不易垮落，工作面倾角较大，顶板重力有一下滑分力，悬顶就更不易垮落，自然悬顶面积就大了（主要是上端头），如果此时推进速度变慢，顶板就会有下沉的时间，工作面压力自然会增大。由于倾角的存在，工作面采空区垮落的顶板自然会下窜，这样工作面下端采空区就会被填充满，众所周知在所有的处理采空区的方法中，填充法是矿山压力显现最不明显的方法，而中上部冒落的矸石滚落的下端就会导致采空区重新悬顶造成来压，这也就是为什么综采工作面压力主要集中在中上部的原
12、因了；目前从打深孔的钻孔看，顶板裂隙较发育，而且采空区垮落的块度较大 。裂隙的存在，必然导致残余应力的存在，工作面的支承压力自然比较集中，加上煤质坚硬，煤壁片帮就必然有所增多。因此有必要修改深孔参数，使悬顶垮落时能填充实采空区，减小煤壁处的前支承压力，从而控制煤壁片帮程度。 3.5 采高的影响 工作面采高越大，采出的空间越大，必然导致采煤工作面上覆 岩层破坏也越严重，采高越高，在同样位置的老顶可能取得平衡的几率越小；而且在支承压力的作用下，工作面煤壁也越不稳定，易于片帮，因此，采高越高的工作面矿压显现也越严重。而 24122 综采工作面采高局部地段控制不好，导致此地段片帮增多 ，加上支架由采高
13、较高无法接顶或接顶效果不佳，使得上覆顶板离层，老顶有了足够的下沉空间和时间，故导致工作面局部地段压力显现，因此要控制好工作面的采高，这样可以缓解局部地段工作面压力增大的现象。 为了保证回采工作面空间的安全，对工作面显现的矿压必须有效地控制，而工作面支架就是控制矿压的一种结构物。而支架的初撑力显得尤为重要（初撑力是指升架结束的瞬间，支柱架靠泵压对顶板产生的主动力）。众所周知支柱、支架的工作阻力越接近最大工作阻力，支柱、支架的效能发挥的就越好。而对于顶板坚硬、来压强烈的顶板，初撑力应较 大，以有效控制好顶板下沉量，一般初撑力要达到工作面阻力的 75%左右（综采工作面支架工作阻力为 4400KN）。
14、从近期压力数据看，在正常生产时支架初撑力基本都达到要求，但在中班结束生产调整支架后，支架的初撑力较小未达到要求。而此时工作面夜班不生产，此时顶板就有了下沉的时间和空间。压力自然有所上升。从压力数据看，压力基本上是从夜班开始上升。第二天看，工作面压力自然就大，或在受到采动影响下，未下沉的顶板也有所下沉（支架接顶效果不佳，使顶板有下沉空间）使工作面压力有所上升，工作面片帮增加。 4 其它因素的影响 工作面倾角大约在 380以上，由于存在下滑分力，煤壁在下滑分 力的作用下，煤壁易片帮。如果伪斜太大，也会造成煤壁片帮增多，目前看，工作面伪斜有些偏大（下顺槽超前 20m 左右）。支架无法推到位，使前探梁
15、无法对煤壁形成顶力缓解煤壁片帮的程度。 5 结论 造成片帮的直接原因是因为顶板压力大，主要原因是由于支 架支承能力不足（既顶板压力大于支架最大工作阻力）。 工作面压力大的主要原因是，顶板内部裂隙发育，存在残余 应力，加上采空区垮落不彻底导致上覆岩层悬露面积增大，在工作面推进速度较慢的情况下，上覆岩层得以有时间下沉 ，其岩石重量全部集中在上覆岩层存在的压力拱的前部，既压力集中在煤壁中，在前支承压力和残余应力的共同作用下，导致工作面的压力一直较大，煤壁片帮严重。 作者简介：张朋（ 1984.11 ），男，河南沈丘人， 2008 年 7 月毕业于新疆工业高等专科学校，现任 1890 煤矿生产技术室技术员，主要从事机电设备管理工作及采掘管理。 Tel： 13999245165。
