李锡凯

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

大量煤矿开采经验结果表明，三软不稳定煤层回采期间容易引发各种问题，如在进行回采期间，发生较大范围片帮，容易对工作面正循环造成不良影响，情况严重时会引发冒顶事故，导致开采中应用的机械设备遭受破坏，而且会威胁煤矿开采人员的人身安全，增加煤矿安全管理管理难度。因此，必须要针对具体情况，做好相应分析工作。

1 三软不稳定煤层工作面煤壁片帮的几种常见形式

某煤矿作业面回采期间煤壁片帮现象较为严重，煤壁片面主要集中在作业面中部和顶部，对现场情况进行观测，煤壁片帮的形式主要有重力滑落式片帮、压剪片帮、横拱式片帮3 种形式，其中，重力滑落式片帮的深度较小，压剪片帮深度大在实际回采期间容易发生作业面空顶距离过大问题，进而引起端面冒顶事故，横拱式片帮作业发生相对减少，经常会发生在巷道内部。

2 三软不稳定煤层工作面煤壁片帮机理

在煤矿开采期间，工作面前方煤壁塑性区域煤体受到移架、割煤等各种外力影响，容易出现片帮现象。不同形式片帮形式的机理也会存在一定差异，本文针对不同形式片帮机理进行阐述。

2.1 重力滑落式片帮机理

重力滑落式片帮主要发生在破碎区域，破碎区煤体松散破碎、整体承载力差、内聚力低、稳定性差，因此，在重力作用下垮落、滑动，会形成散体介质保持自然安息状态，重力式滑落片帮如图1 所示。针对重力式滑落片帮采取散体介质力学理论进行分析，Ф 为煤体内摩擦角、C 为片帮最大深度、H1为片帮高度。

图1 重力式滑落片帮

2.2 压剪式片帮机理

压剪式片帮主要发生在顶板来压期间，受高承压作用，煤壁塑性区在煤矿开采过程中，会发生剪切式破坏，而沿着破裂面发生滑动，这将会引起压剪式片帮。

2.3 横拱式片帮机理

在煤矿开采过程中，若煤壁被揭露，此时位于煤壁前方的煤体将会由弹性状态转变为塑性状态体积膨胀，进而发生鼓出变形现象[1]。受到支撑压力作用影响，顶板受到力的作用影响，将会朝向挤煤体方向移动，煤壁将会被挤压出形成横拱式片帮。这一问题是受塑性体膨胀造成的，因此，横拱式片帮深度不会超过煤壁塑性区域宽度[2]。

3 防治煤壁片帮的合理措施

3.1 选择合理的支护设备

针对工作面在处理上采用的支护方式需要兼顾支持、防护、稳定3 个方面性能。大量工程施工经验结果表明，煤壁片帮深度会随着液压支架作业面阻力变大而减少，煤壁片帮深度和顶板离层程度也会随着支架初支撑力的变化而发生改变，从具体变化情况来看，也会随着支撑力增大而减少[3]。由此可见，在实际作业开展时，要采取具有高初撑力、工作阻力、及时支护、带有护帮板合伸缩前梁类型的支护设备，同时，还要尽量提高泵站供液压力，通过对初撑力保持阀进行应用，使支架在具体应用过程中的实际初撑力能够得到进一步提高，使其能够满足应用需求，确保工作面煤壁整体稳定性，降低事故发生几率[4]。

3.2 适当优化回采工艺

3.2.1 科学控制采高

大量研究结果表明，作业面定在煤矿开采期间，破坏范围会随着采高增加而不断变大，工作面顶板压力也会随着顶板破坏范围的增加而进一步变大，同时，煤壁承受压力也会随着顶板压力变大而不断增加，这将会导致煤壁片帮深度加大，从而提高发生煤壁片帮几率[5]。由此可见，在煤矿开采期间，特别是在煤壁和顶板相对破碎状态下，开采人员应当对工作面采高进行控制，将其控制在合理范围内。大量工作经验表明，在进行完整煤体开采作业时，要适当降低采高，通常来说，要将采高控制在3.8 m～4.2 m之，能够降低煤壁片帮程度，从而确保煤矿开采作业顺利进行，降低事故发生几率。

3.2.2 缩短煤壁暴露时长

在停止煤矿开采期间，三软煤层工作面会受到支撑压力影响，而且该影响会持续很长时间，这会导致煤壁片帮现象加剧，情况严重时引发冒顶事故，危害较大。大量煤矿开采经验表明，在合理煤矿开采范围内进行开采作业时，需要加快作业面推进速度，能够适当缩小超前支撑压力影响，从而减小煤壁片帮具体程度[6]。在作业面停产进行大修作业时，应尽量在采高较低、煤层较薄、顶板相对较高地段开展，同时，要利用单体柱对支护进行强化，避免出现片帮，引起冒顶事故。

3.3 设计回采工作面支架

3.3.1 科学控制面端面距

一般来说，顶部拉应力区范围和工作面煤壁上端部会随着断面距增加而不断增大，同时，随着端面距离增大也会导致顶板帽高变大，在端面距超出临界数值后，顶板帽高将会快速增大。通常来说，端面距主要由接顶距、梁端距、片帮深度3 个部分共同构成。可见，在已经确定了梁端距的状况下，工作人员需要对顶距和片帮深度进行合理控制，从而避免发生恶性冒顶事故，确保开采作业顺利进行，避免发生巨大经济损失，以及人员工伤亡。

3.3.2 确保液压支架工况良好

工作面片帮冒顶事故通常都是由于煤矿开采期间的液压支架工况存在问题造成的。从大量实践经验来看，液压支架工况不佳主要体现在支架液压事故频繁发生，以及支架几何位态不正。因此，在煤矿具体开采期间，确保工作面液压支架状态良好是保证煤矿开采时作业面安全的核心。

3.3.3 维护作业面煤壁状况

在煤矿开采期间，随着回采工作的不断推进，作业面顶板需要承受的压力将会不断增大，如果煤壁所承受最大荷载超出其能够承受的及限值后，将会导致煤壁发生片帮事故。因此，在煤矿开采期间，为了最大程度减少煤壁片帮现象的发生，在进行回采作业时，采取分段方式进行支护，通过该方式最大程度减少无支护空间，同时，作业人员要第一时间开启护帮板，从而使煤壁支承强度能够得到进一步提高，为后续煤矿开采作业提供支持。需要作业人员注意的是，如果移架速度无法跟上采煤机的运行速度，此时，应适当降低割煤速度，或者暂停割煤机，进行移架，在暴露顶板被完全保护之后，作业人员开启采煤机，继续进行割煤作业。

3.4 提高煤壁整体承载力

如果煤体受到采动或地质作用影响，导致其松散而出现破碎时，煤体的整体支撑能力将会快速降低，回采期间，工作面煤壁容易发生冒顶事故。由此可见，当工作面煤体发生松软，或者遇到断层异常状况时，作业人员应对提前对煤壁进行加固，提高其稳定性，使其煤体支撑能力可以得到进一步的提高。通常来说，可以采取下列方法提高煤壁承载力：

1）采用木锚干超前加固。通过对木锚杆进行应用，能够将不同煤体合理黏结到一起，利用锚杆与顶板与煤体之间的摩擦力，以及孔隙和层礼等弱面之间的相互作用，进而使煤壁高度能够得到进一步提高，增强煤体内摩擦力，防治煤壁片帮。当工作面煤壁十分破碎，但是未出现大面积片帮，可以采取木锚杆进行超前加固。

2）注水加固。向煤层中注水，通过注水可以使水微粒充满煤炭内的各个裂隙，水微粒与煤颗粒能够相互结合，提高煤体黏聚力，增强煤体脆性和抗压强度，与此同时，也可以使煤壁应力集中转移到深部。

3）注浆加固。如果作业面煤破碎无法保持自稳，采取注浆法前提加固煤体，通常注入的材料都是具有较强黏结性的物质。注浆与注水不同的是，在注浆之后，经过一段时间，浆液会将原本破碎煤体黏结成具有一定强度的组合体，进而使煤壁整体承载能力得到进一步提高，完成对煤壁片帮具体情况的合理控制。

4 结语

三软不稳定煤层工作面开采是一项危险性较高的作业，而工作面煤壁稳定是确保煤矿顺利开采的关键。针对三软不稳定煤层工作面煤壁片帮，可以通过选择合理的支护设备、适当优化回采工艺、设计回采工作面支架、提高煤壁整体承载力几种途径，完成对煤壁片帮的合理防治，确保煤矿开采作业顺利进行。