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摘要：影响大倾角综采工作面安全生产的一个重要因素就是煤壁片帮产生的“飞矸”伤人，为了解决此问题，取保工作面的安全生产，针对煤壁片帮的原因进行分析，针对片帮采取有效的防护措施，从而有效控制了工作面的“飞矸”，探索出了大倾角综采工作面防“飞矸”的有效方法。
关键词： 煤壁片帮；初撑力；安全生产；“飞矸”
中图分类号： O434 文献标识码： A
14121大倾角综采工作面是一个现代化的综采工作面。自试采以来，产量稳定在3.2万吨/月。但此工作面却发生多次工伤事故，安全形势较差，主要原因是由于工作面片帮较多导致“飞矸”增多，并且由于煤壁片帮块度大，还需将煤块砸碎，从而影响生产。就此发生的原因，现做具体分析。
1工作面概述
14121工作面走向长度2200 m，平均倾斜长度108 m。工作面设计停采线在集中运输上山以东40 m处，在此范围内煤层存较稳定，走向偏东10°，平均倾角33°，煤岩为单斜构造，煤层平均厚度2.0 m，煤比重135T/m3，煤岩柱状图如图1，工业储量：641520 吨，工作面可采储量：554040 吨，工作面回采率：86.4 %，工作面可采期：19.6（月）。三采区运输石门以西240 m处有4条落差1.2——1.5 m左右断层,相隔10——20 m（以过），对回采有一定的影响。4#煤层下部为5#煤层，垂距40 m；上部为3#煤层。地表均为荒山，除艾维尔沟河南岸有一哈萨克族民居外无其它地表建筑或设施。
（图1）
1.1回采工艺。
1.1.1采煤方法。采用走向长壁后退式综合机械化采煤。
1.1.2落煤。落煤方式：使用MG150/375—W型双滚筒无链牵引采煤机落煤。
1.1.3装煤。装煤主要靠滚筒螺旋叶片，把大部分煤直接装入输送机，少量的浮煤在采煤机上行收浮煤时装入输送机内。
1.1.4运煤。工作面采用SGZ730/200刮板运输机，下顺槽采用两部SJ800/150皮带,一部SZZ730/110转载机。
1.2支护方式。
工作面上、下端以“四对八梁”配合单体柱支护，梁采用箱型顶梁长3.6 m，一梁三柱式支护，间距0.3 m、排距0.6 m、柱距1 m。梁下支柱采用QDZ——2200轻型单体液压支柱支护，相邻两柱之间用Φ6 mm钢丝绳联锁防倒柱伤人。工作面使用70个ZZ4000/16/26型液压支撑掩护式支架支护顶板，其主要技术特征为：高度1.6～2.6m，宽度1.43～1.60m，运输尺寸5.0X1.43X1.6m，初撑力3517KN，工作阻力4000KN，支护强度0.66～0.68MPa，对地板平均比压1.47～1.52MPa，中心距1500mm，泵站供液压力28Mpa;立柱（4个）:缸径/柱径Φ200/Φ185mm，行程996mm，初撑力897 KN，工作阻力1000 KN。
2影响安全的主要原因
14121综采工作面倾角较大，对于大倾角综采工作面而言，影响安全的因素有许多，如：支架压死、支架倒架、以及“飞矸”等等。尤其是煤壁片帮导致的“飞矸”将直接威胁员工的自身安全。14121综采工作面自试采以来，工作面发生多起工伤事故，其中一起工亡。据事故调查结果，此事故主要是由于采煤司机大意进入防矸帘去检查电缆，煤壁片帮下来的煤块砸中其后脑勺导致此次事故。由此可见煤壁片帮引起的“飞矸”
是大倾角综采工作面主要的安全隐患。并且煤壁片帮产生的大煤块往往会导致停机处理，同时还需要增加几名砸煤工，并且频繁开启机器也会影响其寿命；对于每次停机处理的时间累计也影响了生产量。
3煤壁片帮原因分析
造成此种现象的原因有多种原因，而造成此现象的直接原因是因为顶板压力大，对于14121综采工作面顶板而言，压力大的主要原因是由于支架支承能力不足。
众所周知采场支架的受力，是上覆岩层运动的结果，支架受力大小始终是与
其所支撑的岩层范围的重量有关，如超承载能力后，支架将通过自身的沉缩摆脱其影响，将超出的部分岩重转移到煤壁和采空区垮落的石块上，因而造成煤壁深处压力值增大的现象，应力主要集中在煤壁，煤壁被压疏，自然就易片帮，大块煤增加，由于工作面倾角大，大块煤从工作面上部滚落造成所谓的“飞矸”，其危害性是不言而喻；如果溜子正常运行，工作面“飞矸”并不严重，煤块基本顺着溜子到下顺槽的转载机被运走，但由于有时煤块太大，必须将其砸碎才能运走（由于巷道狭小，没安装破碎机），因此只好停机处理，这时工作面溜子上的片帮煤由于惯性就会继续向下滚落，形成“飞矸”，进而直接影响安全生产。
根据现场观测立柱的初撑力和工作阻力，发现部分支架有自泄现象（由于综采支架已使用了一年多了，据现场观测，工作面的支架都不同程度出现窜、漏现象，部分支架立柱需更换，加之目前工作面涌水增大，工作面作业环境潮湿更加使部分元件生锈密封效果降低），另一方面，支架的初撑力低也是造成煤壁片帮的一个原因，由于工作面支架的初撑力低（见表1），长时间达不到要求，基本上只占额定值的60%左右，所以支架只能处在在“等压”状态，在支架“等压”的同时顶板也就将上覆岩层的压力传到煤壁上，从而使煤壁前支承压力增大，煤壁处始终是压力高峰区，自然就会出现大块片帮现象，这也正是煤壁向外泄压的表现。
正是支架的初撑力低，再加上综采部分支架有窜、漏液现象，使得支架的初撑力达不到要求，这样就不可能使支架在顶板大面积来压时保持高承压的工作状态，在这种情况下，老顶不能及时切断，从而顶板的压力主要就由煤壁承载，因而煤壁被压疏，向外泄压，出现片帮。
工作面支架压力值观测
支架号 4月14日 4月15日 4月16日
6号支架 工作阻力（KN） 1221 1686 1297
初撑力（KN） 2240 2449 2494
25号支架 工作阻力（KN） 2135 2154 2069
初撑力（KN） 2512 2123 1821
45号支架 工作阻力（KN） 2256 2420 2559
初撑力（KN） 0 2208 2167
65号支架 工作阻力（KN） 919.5 1681 1377
初撑力（KN） 2920 1978 0
（表1）
4防矸簾的应用
正是由于上述的原因，14121工作面为确保安全生产，加强了防矸帘的使用和改进技术。现对此应用做如下介绍：
4.1横向、纵向挡矸帘
工作面每3m挂设走向挡矸帘，并沿倾向挂设纵向挡矸帘。横向挡矸帘规格为：Ø6mm、高×宽为1800×1000mm的钢丝绳网子，网孔间距为80mm×80mm，上部悬挂在液压支架顶部，网边缘距离支架顶不超过100mm，下部固定在电缆槽上和支架前立柱下部，网边缘距离底部不超过350mm，靠采空区侧网子固定在前立柱上；倾向挡矸帘规格为：Ø6mm、高×宽为1800×2000mm的钢丝绳网子（2000mm宽的网子暂可以用两张1000mm的网子连接而成，且两张网子连接处的每个网孔均用钢丝绳逢孔连接，连接卡子不少于三个），网孔间距为80mm×80mm，上部悬挂在液压支架顶部，网边缘距离支架顶不超过100mm，下部固定在电缆槽上，连接绳不得过长，网边缘距离电缆槽不超过350mm，右部与横向挡矸帘的前部相连，连接处的每个网孔均用钢丝绳逢孔连接，连接卡子不少于三个。网子与其它设备连接处必须用卡子连接。每张挡矸帘上部固定点不少于3处，下部固定点不少于2处，侧部固定点不少于2处，横向、纵向挡矸帘的挂设均以不影响电缆夹为宜。如图1、图2、图3所示（单位mm）。
4.2机头挡矸帘
共设置两道全断面挡矸帘。第一道上部悬挂在支架上，下部固定在转载机上，每处挡矸帘上下固定点不少于4处，上、下部固定点均用钢丝绳卡子固定。第二道设置在转载机上，上部悬挂在铰接梁上，下部固定在转载机下槽帮上，并在网前悬挂皮带。两道挡矸帘宽度均要超过机道宽度。如图4所示。
4.3机尾挡矸帘
在70#架子靠上帮处前后立柱间铺设双层挡矸帘网子，挂设方法为：上、下部分别挂设在支架顶部和下部，两则分别挂设在前后立柱上，并用卡子连接牢固，以防止支护上端头等工作时出现煤块、矸石等窜入支架内。如图5所示（单位：mm）。
4.4下端头机头老塘侧挂设挡矸帘
规格：Ø6mm，高×宽为1800×1000mm的钢丝绳网子，网孔间距为80mm×80mm。上部固定在铰接梁上，左右分别固定在1#支架后立柱和巷道下帮单体支柱上，每两张网子及其它连接处必须用卡子连接。如图4所示。
图1 走向挡矸帘示意图
图2 倾向挡矸帘示意图
图3 走向、倾向挡矸帘整体示意图
图4 机头挡矸帘、老塘侧挡矸帘示意图
图5 上端头70#支架挡矸帘示意图
5采取措施后的效果
为了解决14121大倾角综采煤壁片帮引起的“飞矸”，确保工作面安全生产，除了采取上述方法外，还采取了更换密封配件，提高支架的初撑力和及时支护的措施，确保支架对顶板的支撑能力，从而控制了顶板下沉，减轻了煤壁处的顶板压力，减少了煤壁片帮的现象。从采取措施以来到如今，14121大倾角综采工作面未发生一起因“飞矸”引起的安全事故，确保了工作面的安全生产。
关键词： 煤壁片帮；初撑力；安全生产；“飞矸”
中图分类号： O434 文献标识码： A
14121大倾角综采工作面是一个现代化的综采工作面。自试采以来，产量稳定在3.2万吨/月。但此工作面却发生多次工伤事故，安全形势较差，主要原因是由于工作面片帮较多导致“飞矸”增多，并且由于煤壁片帮块度大，还需将煤块砸碎，从而影响生产。就此发生的原因，现做具体分析。
1工作面概述
14121工作面走向长度2200 m，平均倾斜长度108 m。工作面设计停采线在集中运输上山以东40 m处，在此范围内煤层存较稳定，走向偏东10°，平均倾角33°，煤岩为单斜构造，煤层平均厚度2.0 m，煤比重135T/m3，煤岩柱状图如图1，工业储量：641520 吨，工作面可采储量：554040 吨，工作面回采率：86.4 %，工作面可采期：19.6（月）。三采区运输石门以西240 m处有4条落差1.2——1.5 m左右断层,相隔10——20 m（以过），对回采有一定的影响。4#煤层下部为5#煤层，垂距40 m；上部为3#煤层。地表均为荒山，除艾维尔沟河南岸有一哈萨克族民居外无其它地表建筑或设施。
（图1）
1.1回采工艺。
1.1.1采煤方法。采用走向长壁后退式综合机械化采煤。
1.1.2落煤。落煤方式：使用MG150/375—W型双滚筒无链牵引采煤机落煤。
1.1.3装煤。装煤主要靠滚筒螺旋叶片，把大部分煤直接装入输送机，少量的浮煤在采煤机上行收浮煤时装入输送机内。
1.1.4运煤。工作面采用SGZ730/200刮板运输机，下顺槽采用两部SJ800/150皮带,一部SZZ730/110转载机。
1.2支护方式。
工作面上、下端以“四对八梁”配合单体柱支护，梁采用箱型顶梁长3.6 m，一梁三柱式支护，间距0.3 m、排距0.6 m、柱距1 m。梁下支柱采用QDZ——2200轻型单体液压支柱支护，相邻两柱之间用Φ6 mm钢丝绳联锁防倒柱伤人。工作面使用70个ZZ4000/16/26型液压支撑掩护式支架支护顶板，其主要技术特征为：高度1.6～2.6m，宽度1.43～1.60m，运输尺寸5.0X1.43X1.6m，初撑力3517KN，工作阻力4000KN，支护强度0.66～0.68MPa，对地板平均比压1.47～1.52MPa，中心距1500mm，泵站供液压力28Mpa;立柱（4个）:缸径/柱径Φ200/Φ185mm，行程996mm，初撑力897 KN，工作阻力1000 KN。
2影响安全的主要原因
14121综采工作面倾角较大，对于大倾角综采工作面而言，影响安全的因素有许多，如：支架压死、支架倒架、以及“飞矸”等等。尤其是煤壁片帮导致的“飞矸”将直接威胁员工的自身安全。14121综采工作面自试采以来，工作面发生多起工伤事故，其中一起工亡。据事故调查结果，此事故主要是由于采煤司机大意进入防矸帘去检查电缆，煤壁片帮下来的煤块砸中其后脑勺导致此次事故。由此可见煤壁片帮引起的“飞矸”
是大倾角综采工作面主要的安全隐患。并且煤壁片帮产生的大煤块往往会导致停机处理，同时还需要增加几名砸煤工，并且频繁开启机器也会影响其寿命；对于每次停机处理的时间累计也影响了生产量。
3煤壁片帮原因分析
造成此种现象的原因有多种原因，而造成此现象的直接原因是因为顶板压力大，对于14121综采工作面顶板而言，压力大的主要原因是由于支架支承能力不足。
众所周知采场支架的受力，是上覆岩层运动的结果，支架受力大小始终是与
其所支撑的岩层范围的重量有关，如超承载能力后，支架将通过自身的沉缩摆脱其影响，将超出的部分岩重转移到煤壁和采空区垮落的石块上，因而造成煤壁深处压力值增大的现象，应力主要集中在煤壁，煤壁被压疏，自然就易片帮，大块煤增加，由于工作面倾角大，大块煤从工作面上部滚落造成所谓的“飞矸”，其危害性是不言而喻；如果溜子正常运行，工作面“飞矸”并不严重，煤块基本顺着溜子到下顺槽的转载机被运走，但由于有时煤块太大，必须将其砸碎才能运走（由于巷道狭小，没安装破碎机），因此只好停机处理，这时工作面溜子上的片帮煤由于惯性就会继续向下滚落，形成“飞矸”，进而直接影响安全生产。
根据现场观测立柱的初撑力和工作阻力，发现部分支架有自泄现象（由于综采支架已使用了一年多了，据现场观测，工作面的支架都不同程度出现窜、漏现象，部分支架立柱需更换，加之目前工作面涌水增大，工作面作业环境潮湿更加使部分元件生锈密封效果降低），另一方面，支架的初撑力低也是造成煤壁片帮的一个原因，由于工作面支架的初撑力低（见表1），长时间达不到要求，基本上只占额定值的60%左右，所以支架只能处在在“等压”状态，在支架“等压”的同时顶板也就将上覆岩层的压力传到煤壁上，从而使煤壁前支承压力增大，煤壁处始终是压力高峰区，自然就会出现大块片帮现象，这也正是煤壁向外泄压的表现。
正是支架的初撑力低，再加上综采部分支架有窜、漏液现象，使得支架的初撑力达不到要求，这样就不可能使支架在顶板大面积来压时保持高承压的工作状态，在这种情况下，老顶不能及时切断，从而顶板的压力主要就由煤壁承载，因而煤壁被压疏，向外泄压，出现片帮。
工作面支架压力值观测
支架号 4月14日 4月15日 4月16日
6号支架 工作阻力（KN） 1221 1686 1297
初撑力（KN） 2240 2449 2494
25号支架 工作阻力（KN） 2135 2154 2069
初撑力（KN） 2512 2123 1821
45号支架 工作阻力（KN） 2256 2420 2559
初撑力（KN） 0 2208 2167
65号支架 工作阻力（KN） 919.5 1681 1377
初撑力（KN） 2920 1978 0
（表1）
4防矸簾的应用
正是由于上述的原因，14121工作面为确保安全生产，加强了防矸帘的使用和改进技术。现对此应用做如下介绍：
4.1横向、纵向挡矸帘
工作面每3m挂设走向挡矸帘，并沿倾向挂设纵向挡矸帘。横向挡矸帘规格为：Ø6mm、高×宽为1800×1000mm的钢丝绳网子，网孔间距为80mm×80mm，上部悬挂在液压支架顶部，网边缘距离支架顶不超过100mm，下部固定在电缆槽上和支架前立柱下部，网边缘距离底部不超过350mm，靠采空区侧网子固定在前立柱上；倾向挡矸帘规格为：Ø6mm、高×宽为1800×2000mm的钢丝绳网子（2000mm宽的网子暂可以用两张1000mm的网子连接而成，且两张网子连接处的每个网孔均用钢丝绳逢孔连接，连接卡子不少于三个），网孔间距为80mm×80mm，上部悬挂在液压支架顶部，网边缘距离支架顶不超过100mm，下部固定在电缆槽上，连接绳不得过长，网边缘距离电缆槽不超过350mm，右部与横向挡矸帘的前部相连，连接处的每个网孔均用钢丝绳逢孔连接，连接卡子不少于三个。网子与其它设备连接处必须用卡子连接。每张挡矸帘上部固定点不少于3处，下部固定点不少于2处，侧部固定点不少于2处，横向、纵向挡矸帘的挂设均以不影响电缆夹为宜。如图1、图2、图3所示（单位mm）。
4.2机头挡矸帘
共设置两道全断面挡矸帘。第一道上部悬挂在支架上，下部固定在转载机上，每处挡矸帘上下固定点不少于4处，上、下部固定点均用钢丝绳卡子固定。第二道设置在转载机上，上部悬挂在铰接梁上，下部固定在转载机下槽帮上，并在网前悬挂皮带。两道挡矸帘宽度均要超过机道宽度。如图4所示。
4.3机尾挡矸帘
在70#架子靠上帮处前后立柱间铺设双层挡矸帘网子，挂设方法为：上、下部分别挂设在支架顶部和下部，两则分别挂设在前后立柱上，并用卡子连接牢固，以防止支护上端头等工作时出现煤块、矸石等窜入支架内。如图5所示（单位：mm）。
4.4下端头机头老塘侧挂设挡矸帘
规格：Ø6mm，高×宽为1800×1000mm的钢丝绳网子，网孔间距为80mm×80mm。上部固定在铰接梁上，左右分别固定在1#支架后立柱和巷道下帮单体支柱上，每两张网子及其它连接处必须用卡子连接。如图4所示。
图1 走向挡矸帘示意图
图2 倾向挡矸帘示意图
图3 走向、倾向挡矸帘整体示意图
图4 机头挡矸帘、老塘侧挡矸帘示意图
图5 上端头70#支架挡矸帘示意图
5采取措施后的效果
为了解决14121大倾角综采煤壁片帮引起的“飞矸”，确保工作面安全生产，除了采取上述方法外，还采取了更换密封配件，提高支架的初撑力和及时支护的措施，确保支架对顶板的支撑能力，从而控制了顶板下沉，减轻了煤壁处的顶板压力，减少了煤壁片帮的现象。从采取措施以来到如今，14121大倾角综采工作面未发生一起因“飞矸”引起的安全事故，确保了工作面的安全生产。