大倾角煤层长壁大采高综采工作面煤壁稳定性分析

裴亮

摘 要：当前，在煤矿开采过程中，大采高采是非常常见的采煤形式，其工作面煤壁的稳定性控制比较复杂，做好该项工作，能够提高煤矿开采效果。基于此，文章主要以大倾角煤层长壁大采高综采工作面为例，对其煤壁的稳定性进行了分析，以期能够为煤矿开采奠定基础。

关键词：大倾角煤层；大采高采工作面；煤壁；稳定性

在煤矿开采过程中，大倾角大采高采条件比较复杂，安全开采难度也比较大，若煤壁失稳则会降低大倾角大采高采的生产效率，诱发顶板失稳形成冒顶，降低支架的机械效率，冒落的矸石块在外部条件的影响下极易形成飞矸，影响煤矿开采的安全。因此，对大倾角煤层长壁大采高综采工作面煤壁稳定性进行分析，对提高顶板稳定性，保证采煤的安全，提升采煤效率有着重要意义。

一、大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁稳定性影响因素

（一）采高对煤壁稳定性的影响

在特定地质条件下，采高会直接影响覆岩破坏状况。根据粗略估算，经化简可得如下顶板下沉量公式：

其中， 为顶板下沉量（m）； 为顶板下沉系数，特定的地质条件下，其为常数；m为工作面采高；L为控顶距，m。通过顶板下沉量公式可知，地质条件一定的情况下顶板下沉量与采高成正比关系，即采高越大，顶板下沉量越大，顶板的下沉可为高位岩层的运移提供空间，此亦表明随采高增大，同位置处顶板受影响层位升高。

（二）工作面伪斜角对煤壁稳定性的影响。大倾角煤层角度大，设备等稳定性降低，为减小倾角对于机械设备稳定性的影响，通常将工作面伪斜布置，由于伪斜角的作用工作面会形成伪倾角，伪倾角与煤层倾角、伪斜角满足以下关系：。伪斜角的大小将直接决定工作面倾角（伪倾角） 的大小，而伪倾角将替代煤层倾角直接影响工作面生产。

（三）支架支护阻力对煤壁稳定性的影响。在大倾角工作面开采过程中，支架阻力与矿压的平衡关系对于工作面围岩稳定性控制极为重要。但是，由于大倾角大采高采的倾角比较大，矸石易向下滑移，容易形成上部悬空，中部填满，下部填实的垮落形态，而下部采空区充填程度高能对很好的反作用顶板而易形成“支架—煤壁—矸石”支撑结构，顶板承受的压力即为支架、煤壁、矸石压力之和，且支架支护阻力对煤壁的稳定性影响较大。

（四）推进速度对煤壁稳定性的影响。推采过程中，顶板由于采空区提供了运移空间会下沉，且此过程中时间会对顶板下沉量产生影响，实测中常常反应出顶板下沉量是时间的函数。顶板下沉量越大，煤壁处应力集中程度越高，高强度压力的作用易影响煤壁稳定性而发生破断、片（滑）等破坏。

（五）煤体力学特性对煤壁稳定性的影响。大倾角大采高开采后，会形成支架——煤壁支承体系，顶压经硬顶传递形成支承压力超前煤壁一段距离形成集中作用区，煤体在其作用下则会发生变形、运移等破坏，若工作面属于软煤，则其承载能力弱，受高强度作用力时极易失稳，且大采高采提供的变形空间大，更加剧了煤壁失稳。

二、大倾角煤层长壁大采高采工作面煤壁失稳控制措施

（一）支架稳定性的控制。在大倾角工作面开采过程中，为了保证支架的受力，需要及时更换支架损坏的零部件，为支架的稳定性状态奠定基础；工作面开采后，技术人员应及时移架，缩短空顶时间，并在较短时间内将支架升到位，达到控制顶板所需阻力（初撑力），初撑力升至支架工作阻力的80%，调整好防倒、防滑装置；开采过程中，还需要及时打开护帮板，提高其利用率，并在采煤、清浮煤时超前采煤机2-3架收回护板帮，采煤机过后立即打开，降低煤壁采空区方向无约束状态时间；加强工作面支架管理监督制度，及时发现卸压支架，并对此类问题及时处理，防止支架在煤体开采后出现支架阻力下降，而导致煤壁承受较高的压应力；加强员工培训，使其具备操控支架的基本技能。

（二）调整伪斜角。当前，在大采高综采工作中，其采高大都在3.5m左右，这样能够降低片帮冒顶的几率。因此，在控制煤壁稳定性时，开采人员应严格控制生产期间的采高，并对生产班中的采高进行实时监测，及时与相关人员沟通，避免生产班中各区域不同采高的情况。此外，伪倾斜角在煤壁稳定性控制过程中的作用也比较大，开采人员需要依据工作面情况选择合适的伪斜角，一般伪斜角度应小于3°，并对其进行实时监测，确保工作面伪斜角处于合理的变化区间内，避免伪斜角过大或者过小而造成煤壁加、卸载应力变化状态。

（三）调整推采速度，优化顶板预爆破。在大倾角大采高综采工作中，推采速度直接影响着推采时间，进而影响着煤壁受力时间。因此，要控制煤壁的稳定性，就需要在工作面安全生产的前提下，适当提高工作面推进速度（大于3m/d），降低短期矿压显现程度，从而缩短同位置处煤壁受力时间。此外，在原有超前工作面上方深孔预爆破弱化顶板方案的基础上，通过增添两巷与工作面斜向切顶方式，能够进一步弱化硬顶，防止顶板悬露过长、悬顶范围过大，避免煤壁不稳现象的发生。

三、结语

综上所述，在大倾角大采高综采过程中，其煤壁的稳定性容易受到各种因素的影响，使得煤矿开采效率及安全受到干扰。对此，煤矿企业在大采高综采中，应加大对煤壁稳定性的控制力度，合理控制各工艺参数，提高煤壁的稳定性。

参考文献：

[1]孟超.大倾角大采高工作面煤壁失稳机理及控制[D].中国矿业大学，2013.

[2]沈汉星.大采高煤层注水對煤壁稳定性影响研究[D].西安科技大学，2015.endprint