大倾角三软煤层综采工作面煤壁破坏机理与防片冒技术研究

大倾角三软煤层综采工作面煤壁破坏机理与防片冒技术研究

滕海明

河南能源义煤义络煤业，河南 洛阳 471600

摘要：煤炭是我国的重要行业，对于我国的国民经济发展至关重要。大倾角综合工作面煤壁破坏问题一旦发生，将会严重破坏煤壁，也会严重影响到煤炭开采的工作效果，影响到相关煤炭企业的健康经济发展。因此，相关的煤炭部门应积极地加强对于大倾角综采工作面煤壁破坏机理与快速处置技术的研究，依据几何与力学参数进行对其深度研究，以制定出有效的处置方法，加强对煤壁安全开采效果的保证。

关键词：大倾角综采工作面；冒顶片帮；力学分析；有机高分子材料；快速处置技术

大倾角煤层约占我国煤炭提取提取储量的20%和产量的10%，进行对其有效地开采，对于我国煤炭企业的健康发展至关重要，否则将会使得煤炭开采量出现大幅度降低，影响到煤炭在社会中的供给效果，影响到社会健康稳定发展的不良问题。但是由于其倾角过大，就会使其在开采的过程中，较为容易出现各种破坏机壁的问题，这不仅会严重影响到煤炭开采工作的雄安股，也会严重危险到煤炭工作人员的开采安全。因此，相关的煤炭部门应积极地研究有效的处置技术，处置这一问题，以加强对大倾角煤炭开采安全和效果的保障，促使我国煤炭部门的健康发展。

一、大倾角综采工作

大倾角输送机是大倾角综采工作中所需运用的重要设备，这种设备也叫波浪式挡边输送机，是输送机的一种，尤其使用条件的限制，大倾角输送机在使用过程中有很多的优点。大倾角输送机有通用带式输送机结构简单、运行可靠、维修方便等优点，更可大倾角输送，结构紧凑、占地少，近年在提升高度，大输送量的方面发展很快，使其应用更为广泛。相比于传统的人工顶面的开采方式，运用这种大倾角开叉机器，可以实现对于大倾角更加高效地开采，相关的煤炭部门可以将其合理地运用到大倾角综采工作之中，以加强对于其工作面煤壁破坏问题的解决效果。而且这种设备都是有挡边带由基带、挡边和隔板组成，基带外观同普通输送带，但横向刚度更大：挡边为波浪状：隔板按其不同的断面可分为T型、C型和TC型。T型适用于倾角β≤40°场合，C型适用于倾角β>40°且物料流动性较好的场合，TC型适用于倾角β>40°，物料粘性较大，粘度较大的场合。 相比于传统的人工顶面的开采方式，运用这种大倾角开叉机器，可以实现对于大倾角更加高效地开采，相关的煤炭部门可以将其合理地运用到大倾角综采工作之中，以加强对于其工作面煤壁破坏问题的解决效果。

而且从当前大倾角综采工作面煤壁破坏的实际情况可见，正是因为煤炭开采的技术和方式都没有进行有效的改革和创新，使得原有的开采方式已经不符合当前实际煤炭部门对于大倾角综采工作面开采的要求，使得我国的煤炭行业发展受到了严重的影响，也使得煤壁产生了各种被严重破坏的问题。对此，相关的煤炭部门应积极地思考有效的处置技术，将高分子化学注浆技术合理地运用到开采工作之中，以实现对煤矿井下巷道围岩的加固，以及对于工作面冒顶片帮处理，这样煤岩的稳定性自然就能得到更加高效地保障，其煤壁破坏的问题也能得到有效地解决。同时，相关的煤炭工作部门还可以结合当前大倾角综采工作面煤壁破坏的实际情况，进行对新型高分子化学注浆技术助的研究，通过采用新型有机高分子化学材料注浆加固、充填的快速处置技术，处理大倾角综采面的冒顶片问题，以加强对于大倾角综采工作面工作安全与顺利开展的保证。

二、工程概况

本文以我国某地的的大倾角综采工作面工程进行研究，选择位于三迭系上统须家河组第五段第三亚段的大倾角煤层，其煤层埋深260~380m，工作面长度为180m，符合国家对于大倾角煤层的判定要求，从相关的研究人员对于大倾角煤层的实际现场勘察情况可见，这种煤层的顶板是复合顶板，伪顶为泥质粉砂岩夹大量煤屑，这就使得这种顶板较为容易发生掉块的问题，也会使其严重影响到工作人员的工作安全，本文就对这一工程进行对其大倾角综采工作面煤壁破坏机理与快速处置技术的研究。在这一工程中开展大倾角综采工作的时候，由于其褶曲构造使得开采工作受到了严重的影响，不仅使得综采面产生了大面积的煤壁脱落，也使得顶部冒顶产生了过度倾斜的问题，其中冒顶倾斜长度达42m，冒顶高度为8.0~10.0m，冒顶面积约有270m2，加上新暴露出的顶板根本无法得到及时地支护，及时都是一瞬间发生的事情，这就使得采煤机产生了被煤壁掩埋的问题，也使得综采面的工作根本无法得到有效地开展。如若相关的煤炭部门不及时进行对这一问题的分析和解决，这种开采的事故问题就会越来越严重，甚至会严重威胁到煤炭开采人员的生命健康，这就使得煤炭开采工作失去了存在的价值和意义，也会严重影响到社会的健康发展。因此，相关的煤炭开采部门应积极地研究这一煤壁破坏的机理，制定出有效与快速处置技术，将这种事故危险降到最低，最大程度地保障人员的安全和煤炭开采的工作效果，以促使煤炭企业的健康稳定发展。

三、工作面煤壁破坏分析

当工程出现这一安全事故问题的时候，相关的煤炭部门应立即委派专业的人员进行相应的事故研究和支护工作，以有效地缩短大倾角综采面无法顺利开展工作的时间，有效地加强对于煤炭工作人员和煤炭企业其工作效益的保证。从技术的角度分析来说，正是因为大倾角综采面的特殊性，使得这种特殊的地质条件严重影响了煤壁的稳定性，加上煤炭开采工作中产生了严重的振动，才使其出现了大面积的煤壁片帮脱落和顶板冒落的问题。而从现场实际的事故勘察情况可见，煤壁出现了被拉裂和剪切两种破坏的形式，由于在开挖煤炭工作开始之后，煤壁前方将产生数倍于原岩应力的支承压力，当支承压力超过煤壁的强度极限时，或者是顶板载荷足够大时煤壁就会遭受到被破坏的问题，由于外部的压力都大于本身煤壁所能承受的压力，这就不使得煤壁表面将会沿滑移面向外产生蠕动和变形，导致其无法承载煤炭开采的强度，就会产生各种剪切滑移破坏问题，这就是大倾角综采工作面煤壁破坏的重要机理。为进一步验证这种机理的正确性，相关的煤炭部门还要求相关的研究人员，运用了国家规范的相关计算公式，进行对于大倾角综采工作面煤壁的极限稳定高度和极限承受载荷进行计算，根据其实际的计算结果可见，煤壁高度、煤体强度及裂隙发育、顶板压力，都是会影响到煤壁稳定性的重要因素。而之所以本工程出现了煤壁脱落和破坏的事故问题，其根本原因大倾角综采工作面煤壁强度没有得到有效地控制，使得其无法承受开采的压力，产生了工作面煤壁被严重破坏的问题。相关的研究人员也运用了现代化的信息技术，进行对煤壁剪切破坏力学模型的还原，从实际大倾角综采工作面开采的实际工作情况可见，由于本身大倾角煤层工作面的仰角大，这就使得开采褶曲构造带期，其煤壁受坡度增加的影响产生了越来越不受力的问题，自然就使得煤壁受到了严重的破坏。相关的研究人员运用现代的力学模型和信息系统，进行对两者之间的关系的检验情况可见，正是因为受力的增大，煤壁高度的降低，顶板压力的变大，使得煤壁的受力状态越来越不佳，根本无法满足正常开采工作的要求，使得其出现了各种被破坏的问题。

煤壁是指采煤工作面上待开采的煤体。煤壁是采煤工作的对象，人们通过各种方法从垂直于煤层层面的方向切割煤体而形成一定高度和长度的煤体壁面。煤壁的长度就是采煤工作面的长度；煤壁的高度就是采煤工作面上采落煤炭的高度。随着采煤工作的进行，回采工作面上旧的煤壁被破坏，同时又形成新的煤壁。煤壁的这种不断更新就是采煤工作从开切眼位置不断向前推进的过程因此，作为相关的煤炭工程部门应正确地认识，一旦煤壁出现了问题，将会产生的对于煤炭开采人员和开采效果的严重影响，而是应在开展开采工作之前，进行对大倾角综采工作面的严格勘察，提前做好相应的支护技术，制定出快速处置技术的应用方案，最大程度地降低煤壁破坏的程度，以加强对于煤炭开采工作安全和效果的保证，变化煤炭企业的经济效益。

四、大面积冒顶片帮快速处置技术

（一）处置方法选择

针对于本工程在开采中产生的煤壁破坏问题，相关的研究人员应正确地认识到原有的“人工假顶”的方法过冒落区，应不符合当前大倾角综采工作面的开采要求，不仅会这种方法无法得到有效地实施，会因为大量矸石的掉落严重应到开采工作人员的人身安全，还会因为这一工艺的施工时间长，无法快速地阻止煤壁严重脱落的问题，这会使得煤炭部门产生更为严重的经济损失，这就失去了开展对于煤壁破坏问题处理的价值。

（二）充填、固结材料选择

高分子材料也称为聚合物材料，它是一类以高分子化合物为基体，再配以其他添加剂所构成的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，由大量原子彼此以共价键结合形成，相比于一般的填充材料而言，这种材料多样可以被有效地运用到工作面之中，以实现对煤壁顶部的有效支护，以加强对于煤炭开叉工作人员的保护效果。但是在选择高分子材料的过程之中，相关的工作人员还需正确地认识到煤炭工作环境的复杂性，有效地避免选择高危的高分子材料，而是选择安全性能好和能有效地填充到煤壁上方的材料，以有效地保障其对于煤壁破坏的处置效果。

（三）施工方案确定结合现场实际情况

在开展处置大倾角综采工作面中煤壁破坏问题的时候，相关的工作人员还需结合现场的实际情况，制定出科学合理的解决方案，以保障煤壁破坏的问题能真正得到快速处理，以加强对于煤壁安全开采效果的保证。相关的工作人员可以运用现代化的信息模型和系统，将煤壁出现破坏的情况，都程序化地输入到系统之中，进行对煤矸垮落堆积区的深度分析、进行对工作面支架上部直至冒落空洞区的矸石堆积的中间区域、进行对工作面上部的冒顶空洞区分析，制作出相应的三维立体模型，并进行对各个区域所需加固的程度有效地分析，使得其都能够达到大倾角综采工作面安全开采所需，这样大倾角综采工作面的煤壁脱落或是冒顶问题都能得到有效地处理，自然煤炭开采工作也能得到更加安全和高效地开展。

结束语：

总而言之，相关的煤炭部门应明确大倾角综采工作面煤壁破坏机理，合理地运用现代化的快速处置技术进行对其有效地加固充填处理，以加强对于大倾角综采安全和效果的保证。相关的煤炭部门应深度研究大倾角综采工作面煤壁破坏机理，进行对煤壁破坏产生的原因深度分析，并合理地有机高分子材料应用到煤壁加固充填之中，合理地运用加固和充填技术，以实现对遭受到破坏的煤壁的快速和高效处置，从而不断地提高煤炭企业的生产效率和效果，促使我国煤炭企业的健康可持续发展。

参考文献：

[1]水压作用下TBM施工斜井锚喷衬砌受力特征研究[A].尹文彪,武永峰,孟涛,袁明慧.2018年全国工程勘察学术大会论文集[C].2018.

[2]大埋深巨厚急倾斜煤层采空区勘察手段探索[A].刘学军,刘震,杨镜明.2018年全国工程勘察学术大会论文集[C].2018.

[3]砾岩水理作用后微观特性研究[A].郭宏云,王新波,孙崇华,李兵.2018年全国工程勘察学术大会论文集[C].2018.