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摘要：本文浅析朔里矿业N534综采工作面地质概况、片帮和冒顶程度的分析判别、“三软”煤层采煤工作面煤壁片帮机理，以及工作面推进速度、液压支架工作阻力及矿山压力观测对煤壁片帮和冒顶的影响。
关键词：“三软”煤层；大采高；片帮；漏冒顶
中图分类号：TU478
1 概述
淮北矿业集团公司朔里矿业N534综采工作面，其地质条件为：煤层厚度2.0～5.6m，平均3.5m，煤层倾角16°～29°，平均23°。煤层的层、节理较发育，煤质较软，煤壁极易片帮。但他们采用了ZY6800/19/40型液压支架，配套SGZ800/800刮板输送机，MG400/920-WD采煤机，在长150m工作面克服了“三软”煤层（f=1.0～2.0）困难，经过2个月，便使综采工作面走入正规循环，实现了日产3500t的水平。在工作面推进过程中，防治煤壁片帮与端面顶板漏冒是“三软”煤层大采高一次采全高开采工艺的关键技术问题。
2 片帮和冒顶程度的分析判别
对于采煤工作面来说，煤体发生破坏并不一定会导致片帮和冒顶的发生。但片帮和冒顶必定发生在破坏煤体之内，且破坏区域特别是拉伸破坏区域越大，发生片帮和冒顶的可能性和严重程度也将会越大。另外，从煤体变形角度来看，煤体在采动影响下位移总量越大，其变形量也越大，发生片帮和冒顶的几率和严重程度也将越大。由于冒顶主要发生在无支护的空顶范围内，所以根据端面直接顶的破坏情况和端面顶板下沉量（空顶区内顶板的下沉量）来分析发生冒顶的几率和严重程度。因此判别端面冒顶几率大小和严重程度的依据有两个：端面顶板破坏情况和端面顶板下沉量。判别煤壁片帮几率大小和严重程度的依据也有二个：煤壁前方煤体破坏范围和煤壁最大水平位移量。
3 “三软”煤层采煤工作面煤壁片帮的机理
“三软”煤层的基本特点，给综采工作面煤壁管理带来极大的困难。煤壁在自重和顶板压力作用下，主要表现出两种破坏形式：一种是拉裂破坏，另一种是剪切破坏。其主要根源是煤体承受的垂直方向的压力大小有关。
1）煤壁拉裂破坏。对于脆性硬煤而言，煤壁的容许变形量小，片帮破坏主要原因是由于在顶板压力作用下，煤壁内产生了横向拉应力，而横向拉应力不能通过煤体的变形释放掉或者缓解，因此当其大于煤体的抗拉强度时，煤壁拉裂破坏，并常伴有破裂声响。
2）剪切破坏。对于“三软”煤层而言，在煤体自重及顶板压力作用下，在煤壁内也会产生横向的拉应力，但煤层的横向及蠕动变形会释放掉由于压缩而产生的横向拉应力，最终由于煤壁内的剪应力大于抗剪强度而发生剪切滑动破坏。
根据分析，工作面前方煤体随着采高的增加，破坏程度更深，工作面煤壁顶底角的破坏区域随着采高的增加而逐渐增加。在回采时，随着工作面煤壁的暴露面积逐渐增大，这导致了工作面煤壁水平约束阻力的逐渐降低，煤体的残余强度逐渐降低，进而导致了工作面煤壁的破坏更为严重，严重影响工作面煤壁的稳定。因此，提高煤体的抗剪强度、减小煤壁压力是防止软煤层煤壁片帮的主要科学途径。
4工作面推进速度、液压支架工作阻力及矿山压力观测对煤壁片帮和冒顶的影响分析
1）工作面推进速度对煤壁片帮和端面冒顶的影响分析与预防措施。推进速度越快，发生煤壁片帮和端面冒顶的几率越小。因为推进速度越快煤壁最大水平位移和端面顶板的下沉量越小，有利于煤壁和端面顶板稳定性维护。在回采过程中，根据“三软”煤层回采的特点，保证快速推进，缓解矿山压力作用时间，减少对煤壁片帮和端面漏冒的影响，确保每天推进度不少于3m，月产达10万t以上。为此，改变开采工艺方式（即改变工序），将原来的“割煤→移架→抵车”改为“割煤→移架→抵车”或“移架→割煤→抵车”，使采煤机与放顶煤液压支架的配套关系成为为超前支护，将防止煤壁片帮改为合理利用煤壁片帮，让采煤机滚筒在支架顶梁下截割装煤，形成无梁端距“抱采”工艺特征。在煤壁片帮达到一个动态平衡，在顶梁下割装煤，工作面不会片帮冒顶，采煤效率高。随着割装煤的进行，煤壁进一步片帮，伸出伸缩梁，伸缩梁上带有铲煤板，如果顶煤片帮不平整，在伸出伸缩梁的同时将顶煤铲平。随着割装煤的进行，持续带压超前移架。待煤机过后，及时伸出防片帮，逐步操作推移机构将输送机推向煤壁，形成一个工作循环。
2）液压支架工作阻力对煤壁片帮和端面漏顶的影响分析与预防措施。综采工作面的顶板控制主要是受工作面液压支架选型和支护强度、工作阻力等支护技术参数的影响。而液压支架初撑力、工作阻力不仅能够反映支架的工作特性和工作状态，而且能够在一定程度上反映工作面周边的岩层结构、应力分布，因此了解并掌握工作面液压支架工作阻力的分布规律，不仅有助于确定合理的支架结构类型和合理的工作阻力、初撑力等支护参数，而且有助于了解上位岩层的运移特征、所形成结构的特点。
支架工作阻力对煤壁片帮与端面漏冒的数值模拟计算表明：较大的工作阻力有利于防止煤壁片帮，小的工作阻力会导致煤壁片帮面积和深度迅速增大，当支架工作阻力达到6000KN以上时，对煤壁片帮的面积和深度改善最好。因此，顶板在采空区断裂和顶板在煤壁处断裂，煤壁处的压力随着支架工作阻力P增大而减小。从支撑顶板的要求出发，煤层松软、顶板和底板软的中厚煤层所需要的工作阻力并不大，但从缓解煤壁片帮而言，较高的工作阻力可以减少煤壁的压力，有利于缓解煤壁的片帮。
在“三软”大采高大倾角的工作面回采中，为防止煤壁片帮和冒顶的发生，实际工作中应采取以下几个方面的预防措施：①保证工作面割平。②保证煤壁采直，并防止输送机下滑。③严格控制采高， 确保支架工作阻力，防止因采高超高造成支架不能接顶或接顶不严。④当工作面遇到断层、无炭柱等地质构造顶板岩性发生变化时，要根据工作面的实际情况，采取特殊的技术措施，常用的措施有： a.在地质构造段内，适当降低采高，以增加支架的稳定性。b.采用小步距、多循环的方法推进，以减小顶板暴露面积。c.通过“超前移架”或“带压擦顶移架”及时支护来保持支架上方直接顶的完整，靠支架足够的初撑力和工作阻力来主动承担矿山压力，尽量減轻煤壁承受矿压，保持煤体稳定。d.注浆加固（注马丽散材料加固煤壁控帮控顶）。
5 结束语
结合N534综采工作面地质条件，根据以上技术分析的应用，工作面未出现严重的煤壁片帮和漏冒顶现象，顶板控制效果显著，工作面月推进高达110m，月产量最高达10万t以上，并取得了良好的经济效益。实践表明，N534综采工作面设备选型及采煤工艺组织合理，为类似条件下支架选型和工作面顶板管理等提供了可靠科学依据。目前，淮北矿区部分生产矿井已经大量采用大采高综采进行厚煤层的开采，随着相关理论的逐步完善和技术的日趋成熟，大采高一次采全高方法将为更多煤炭企业所利用，为煤炭事业的发展做出它应有的贡献。
参考文献
[1]张先尘，钱鸣高等.中国采煤学[M].北京：煤炭工业出版社，2003.5.
关键词：“三软”煤层；大采高；片帮；漏冒顶
中图分类号：TU478
1 概述
淮北矿业集团公司朔里矿业N534综采工作面，其地质条件为：煤层厚度2.0～5.6m，平均3.5m，煤层倾角16°～29°，平均23°。煤层的层、节理较发育，煤质较软，煤壁极易片帮。但他们采用了ZY6800/19/40型液压支架，配套SGZ800/800刮板输送机，MG400/920-WD采煤机，在长150m工作面克服了“三软”煤层（f=1.0～2.0）困难，经过2个月，便使综采工作面走入正规循环，实现了日产3500t的水平。在工作面推进过程中，防治煤壁片帮与端面顶板漏冒是“三软”煤层大采高一次采全高开采工艺的关键技术问题。
2 片帮和冒顶程度的分析判别
对于采煤工作面来说，煤体发生破坏并不一定会导致片帮和冒顶的发生。但片帮和冒顶必定发生在破坏煤体之内，且破坏区域特别是拉伸破坏区域越大，发生片帮和冒顶的可能性和严重程度也将会越大。另外，从煤体变形角度来看，煤体在采动影响下位移总量越大，其变形量也越大，发生片帮和冒顶的几率和严重程度也将越大。由于冒顶主要发生在无支护的空顶范围内，所以根据端面直接顶的破坏情况和端面顶板下沉量（空顶区内顶板的下沉量）来分析发生冒顶的几率和严重程度。因此判别端面冒顶几率大小和严重程度的依据有两个：端面顶板破坏情况和端面顶板下沉量。判别煤壁片帮几率大小和严重程度的依据也有二个：煤壁前方煤体破坏范围和煤壁最大水平位移量。
3 “三软”煤层采煤工作面煤壁片帮的机理
“三软”煤层的基本特点，给综采工作面煤壁管理带来极大的困难。煤壁在自重和顶板压力作用下，主要表现出两种破坏形式：一种是拉裂破坏，另一种是剪切破坏。其主要根源是煤体承受的垂直方向的压力大小有关。
1）煤壁拉裂破坏。对于脆性硬煤而言，煤壁的容许变形量小，片帮破坏主要原因是由于在顶板压力作用下，煤壁内产生了横向拉应力，而横向拉应力不能通过煤体的变形释放掉或者缓解，因此当其大于煤体的抗拉强度时，煤壁拉裂破坏，并常伴有破裂声响。
2）剪切破坏。对于“三软”煤层而言，在煤体自重及顶板压力作用下，在煤壁内也会产生横向的拉应力，但煤层的横向及蠕动变形会释放掉由于压缩而产生的横向拉应力，最终由于煤壁内的剪应力大于抗剪强度而发生剪切滑动破坏。
根据分析，工作面前方煤体随着采高的增加，破坏程度更深，工作面煤壁顶底角的破坏区域随着采高的增加而逐渐增加。在回采时，随着工作面煤壁的暴露面积逐渐增大，这导致了工作面煤壁水平约束阻力的逐渐降低，煤体的残余强度逐渐降低，进而导致了工作面煤壁的破坏更为严重，严重影响工作面煤壁的稳定。因此，提高煤体的抗剪强度、减小煤壁压力是防止软煤层煤壁片帮的主要科学途径。
4工作面推进速度、液压支架工作阻力及矿山压力观测对煤壁片帮和冒顶的影响分析
1）工作面推进速度对煤壁片帮和端面冒顶的影响分析与预防措施。推进速度越快，发生煤壁片帮和端面冒顶的几率越小。因为推进速度越快煤壁最大水平位移和端面顶板的下沉量越小，有利于煤壁和端面顶板稳定性维护。在回采过程中，根据“三软”煤层回采的特点，保证快速推进，缓解矿山压力作用时间，减少对煤壁片帮和端面漏冒的影响，确保每天推进度不少于3m，月产达10万t以上。为此，改变开采工艺方式（即改变工序），将原来的“割煤→移架→抵车”改为“割煤→移架→抵车”或“移架→割煤→抵车”，使采煤机与放顶煤液压支架的配套关系成为为超前支护，将防止煤壁片帮改为合理利用煤壁片帮，让采煤机滚筒在支架顶梁下截割装煤，形成无梁端距“抱采”工艺特征。在煤壁片帮达到一个动态平衡，在顶梁下割装煤，工作面不会片帮冒顶，采煤效率高。随着割装煤的进行，煤壁进一步片帮，伸出伸缩梁，伸缩梁上带有铲煤板，如果顶煤片帮不平整，在伸出伸缩梁的同时将顶煤铲平。随着割装煤的进行，持续带压超前移架。待煤机过后，及时伸出防片帮，逐步操作推移机构将输送机推向煤壁，形成一个工作循环。
2）液压支架工作阻力对煤壁片帮和端面漏顶的影响分析与预防措施。综采工作面的顶板控制主要是受工作面液压支架选型和支护强度、工作阻力等支护技术参数的影响。而液压支架初撑力、工作阻力不仅能够反映支架的工作特性和工作状态，而且能够在一定程度上反映工作面周边的岩层结构、应力分布，因此了解并掌握工作面液压支架工作阻力的分布规律，不仅有助于确定合理的支架结构类型和合理的工作阻力、初撑力等支护参数，而且有助于了解上位岩层的运移特征、所形成结构的特点。
支架工作阻力对煤壁片帮与端面漏冒的数值模拟计算表明：较大的工作阻力有利于防止煤壁片帮，小的工作阻力会导致煤壁片帮面积和深度迅速增大，当支架工作阻力达到6000KN以上时，对煤壁片帮的面积和深度改善最好。因此，顶板在采空区断裂和顶板在煤壁处断裂，煤壁处的压力随着支架工作阻力P增大而减小。从支撑顶板的要求出发，煤层松软、顶板和底板软的中厚煤层所需要的工作阻力并不大，但从缓解煤壁片帮而言，较高的工作阻力可以减少煤壁的压力，有利于缓解煤壁的片帮。
在“三软”大采高大倾角的工作面回采中，为防止煤壁片帮和冒顶的发生，实际工作中应采取以下几个方面的预防措施：①保证工作面割平。②保证煤壁采直，并防止输送机下滑。③严格控制采高， 确保支架工作阻力，防止因采高超高造成支架不能接顶或接顶不严。④当工作面遇到断层、无炭柱等地质构造顶板岩性发生变化时，要根据工作面的实际情况，采取特殊的技术措施，常用的措施有： a.在地质构造段内，适当降低采高，以增加支架的稳定性。b.采用小步距、多循环的方法推进，以减小顶板暴露面积。c.通过“超前移架”或“带压擦顶移架”及时支护来保持支架上方直接顶的完整，靠支架足够的初撑力和工作阻力来主动承担矿山压力，尽量減轻煤壁承受矿压，保持煤体稳定。d.注浆加固（注马丽散材料加固煤壁控帮控顶）。
5 结束语
结合N534综采工作面地质条件，根据以上技术分析的应用，工作面未出现严重的煤壁片帮和漏冒顶现象，顶板控制效果显著，工作面月推进高达110m，月产量最高达10万t以上，并取得了良好的经济效益。实践表明，N534综采工作面设备选型及采煤工艺组织合理，为类似条件下支架选型和工作面顶板管理等提供了可靠科学依据。目前，淮北矿区部分生产矿井已经大量采用大采高综采进行厚煤层的开采，随着相关理论的逐步完善和技术的日趋成熟，大采高一次采全高方法将为更多煤炭企业所利用，为煤炭事业的发展做出它应有的贡献。
参考文献
[1]张先尘，钱鸣高等.中国采煤学[M].北京：煤炭工业出版社，2003.5.