采煤工作面煤壁片帮影响因素研究

齐文聚

（中国平煤神马集团平煤股份八矿,河南 平顶山 467012）

尚未被开采的煤体，因其所处环境的应力较为平衡，故而会显现出某种连续性。煤体一旦被开采，会打破煤壁旁煤体原有的应力平衡，大大降低了水平应力，另外，在开采所带来的支承压力的作用之下，垂直应力变得越来越大，以至于有裂隙以及节理出现于煤体之中，导致煤壁难以维持稳定状态。裂隙和节理最多的那部分煤壁会首先遭到破坏，等到支承压力增加到某个值之后，煤体受到的破坏更为严重，最终产生煤壁片帮。

1 对采煤工作面煤壁片帮相关计算模型进行建立

1.1 计算模型的尺寸和边界标准

为了达到降低模型边界效应的目的，将计算模型的长度和高度分别定为80m和50m,将模型的边界设置于开采不能影响的区域，采煤工作面应该处于模型的中央位置，另外，还应该把计算模型的边界尽可能的设置在支撑压力不能影响到的位置，假设计算模型两侧单纯只有垂直位移存在，而没有水平位移，并且假设存于计算模型底边的岩层既没有水平位移也没有垂直位移。依据采高高低对计算模型的高度进行调整，同时，需要保证煤层中顶、底板所具有的性质以及厚度均不发生变化。

1.2 计算模型所具有的力学参数

煤体所具有的性质、采高以及采深是进行模拟时重点考虑的几个因素。将单因素分析方法作为实验方法，煤层所具有的抗变形能力即为煤体硬度，可以利用煤层弹性模量来表示，在进行模拟的过程中，将煤层所具有的弹性模量依次设为0.4e9， 0.6e9，0.8e9，1 e9，1.2 e9，1.4 e9，1.6e9,1.8e9MPa；将采高依次设为2,3 ,4 ,5 m；将采深依次设置为200,300,400,500,600,700,800,900m.对不同因素所具有的默认值可作如下设置：煤体弹性模量的默认值是1e9，采高默认值是3m,采深默认值是500m。

2 采煤工作面煤壁片帮影响因素

2.1 采高

在进行实际的采煤工作过程中，如果工作面所具有的采高增加，那么工作面上的顶板压力也会变大，同时存于煤壁前方的支承应力也会更为集中，从而使煤壁片帮现象更为严重[1]。实践表明，煤体片帮所具有的深度与采高之间呈正比例关系，因为煤壁片帮问题在采煤工作面上非常严重，所以使用特定手段对煤壁进行加固显得势在必行，出于这个原因，采煤作业的工作量大大增加，增加了生产成本。

2.2 支架工作阻力

支架工作中的阻力也是影响煤壁片帮的一个因素，相关研究表明，煤壁片帮同支架工作阻力间存在的联系可以用下面的公式表明：

其中，C表示煤壁片帮所具有的深度;Pm表示支架所具有的工作阻力的最大值。

研究表明，支架阻力越大，煤壁片帮所具有的深度就越小，因此，对支架阻力进行扩大，能够使煤壁保持更好的状态，在排除有其他条件干扰的前提下，支架所具有的工作阻力如果达到每架5.01MN，会有效改善煤壁片帮问题，使煤壁更加完整。

2.3 煤体的破裂角和节理面倾角

煤层顶板会对煤壁造成压缩，由于顶板具有周期性垮落的特性，加之超前支承压力的推动，位于采煤工作面前方的煤体会出现较多裂隙。在围岩压力保持不变的前提下，如果节理面倾角变大，那么煤体则会受到更大破坏。可是破裂面同节理面如果是平行的话，那么垂直应力将对破坏部分进行作用，以至于节理面闭合，另外有一定的摩擦力存于节理面间，使得煤体还能够对部分荷载加以承受，此时通常不会有煤壁片帮出现[2]。相应的，破裂面同节理面并非平行关系而是存在夹角的话，那么它们二者就会出现相割状况，这样支承压力高峰区所具有的煤体将有可能产生块状结构，加之于煤壁前方自由面的存在，受到水平拉应力作用，煤体会被块状煤体挤出，以至于出现煤壁片帮。

2.4 老顶回转角因素

在对工作面进行推进时，周期性的运动会出现于老顶之上，那些已经破坏的岩块会出现回转失稳的问题，以至于采煤工作面所具有的顶板大幅度下沉，进而使顶出现变形甚至破断问题。因为，老顶所具有的回转角会有所差异，因此，出现于直接顶上面的拉断区和压缩塑性变形区会有很大不同[3]。把在转角一样时，出现于老顶之上的破坏区进行连接，从而得出老顶回转作用于直接顶所出现的剪切破坏带，剪切破坏带所在位置同老顶出现断裂的位置存在很大联系，值得注意的一点是，煤壁能否有片冒下来，直接受破坏区中岩体所具有的块度和排列状态影响，而断面位置上煤体所具有的块度又受裂隙密度影响。

上述分析表明，受到支承压力的作用，位于塑性破坏区之中的煤体，由于老顶回转使得顶煤出现位移，与此同时，由于节理面同剪切破坏带具有一致的方向，因此，采煤工作面前方位置上的煤体会表现出碎裂块体的状态，在这样的情况下，煤体所具有的抗剪能力会大幅度减弱，此时，煤体节理面所具有的倾角一旦扩大，并且两面间的摩擦力缩小的话，将很难实现对煤壁的控制。

2.5 停采时间

研究表明，顶板出现的下沉量同停采时间呈正比例关系，顶板出现的下沉量会随着停采时间的增长而不断变大[4]。与此同时，节理面是很难实现绝对平整的，如果两个节理面具有的相对位移量比较小的话，由于凹凸不平处具有的相互咬合作用，存于两面间的摩擦力会不断增强，如果，两个节理面间产生很大的位移量时，采煤工作面中就会有台阶下沉问题出现，煤壁片帮情况会非常严重，这表面，一旦停止对采煤工作面进行推进，则会有煤壁片帮出现。

3 结束语

综上所述，煤壁片帮是存于采煤作业过程中的一个重要问题，很多因素都会导致这一问题的出现，本文对采高、支架工作阻力以及停采时间等对煤壁片帮的影响进行了分析说明，相关单位及个人在进行采煤工作过程中应该重点考虑上述问题并能够采取相应的解决手段，促进采煤工作的顺利实施。

[1]温运峰，高永格，蔡振禹.厚煤层综采面煤壁片帮冒顶严重的原因分析[J].河北建筑利技学院学报，2011(12):69-71.

[2]尹希文，门少宏，安宇.用“压杆”理论分析大采高综采面煤壁片帮特征[J].采矿与安全工程学报,2012(02):222-225.

[3]王家臣.极软厚煤层煤壁片帮与防治机理[J].煤炭学报，2011,32(08):785-788.

[4]王金华.综放开采是解决厚煤层开采难题的有效途径[J].煤炭科学技术，2013(02):1-6.