煤礦井下復雜地形條件綜采面綜采技術的應用研究

高鵬林

(大同煤礦集團臨汾宏大豁口煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000)

引 言

隨著煤礦掘進技術的不斷提高，煤礦開采深度不斷加大，綜采面的地形條件也越加復雜，特別是在大深度、大傾角的厚煤層條件下，傳統(tǒng)的綜采工藝技術存在著極大的局限性，煤炭回采率低、綜采作業(yè)安全性差、頂板冒頂事故較為突出，嚴重影響了井下綜采作業(yè)的效率和安全性[1]。本文結合井下復雜地形條件，提出了一種新的煤礦井下復雜地形條件下的綜采面綜采技術方案，專門針對復雜地形條件下的綜采特點，采用多工藝聯合旋轉綜采作業(yè)方案，優(yōu)化巷道支護方案、綜采作業(yè)流程等，實現了在復雜地形條件下的綜采作業(yè)安全，具有極大的應用推廣價值。

1 綜采面巷道支護方案

在大傾角、厚煤層的地形條件下，為了提高綜采回采率同時避免支架的臥底，因此在工作面的上下巷道掘進時采用破三角底的方案，破三角底的設置為1 100 mm。為了確保巷道的穩(wěn)定性，以井下標準的4 500 mm寬的巷道為研究對象，在其全斷面設置11根錨桿支護，頂板選擇直徑為20 mm的高強度螺紋鋼加長錨固錨桿，各錨桿間的間距設置為800 mm，錨桿在支護時的預緊力矩設置為400 N·m，頂板的錨索排距設置為1 600 mm，為了加強支護，每兩排錨桿上設置一排的錨索，每排的錨索為3條，選擇放置在錨桿排的中間，錨索的長度設置為6.3 m，每根需要外露300 mm，滿足快速拆卸的需求，同時為了能夠滿足不同煤層傾角條件下的巷道支護靈活性，可將2根錨索設置在與頂板垂直的方向上，實現多角度的可靠支護。該支護方案具有結構簡單、支護和收撤作業(yè)方便的特點，能夠顯著降低支護作業(yè)時間和成本，復雜地形條件下的巷道支護方案如圖1所示[2]。

圖1 復雜地形條件下的巷道支護方案(mm)

2 復雜地形條件下的巷道超前支護管理

對井下巷道的超前支護可采用DZ2800型單體柱配合π型梁支護頂板，π型梁垂直巷道布置。運輸順槽梁長3.8 m，回風順槽梁長2.8 m，采用一梁三柱的支護形式，靠幫單體柱支設在距梁端200 mm處，相鄰兩長梁間距1 m,兩巷超前支護隨推進而前移。支設時，三用閥的出液口指向古塘側，選擇單體柱初撐力大于90 kN。初次來壓過后方可放頂煤。超前的單體支柱要有防倒裝置，頂梁要有防墜裝置。防倒裝置采用剛性連接，連接高度不小于支柱支設高度的三分之一，超前和端頭支護的單體柱必須進行壓力監(jiān)測，初撐力要求超前支柱、端頭支柱達到90 kN以上，井下巷道超前支護結構如第149頁圖2所示[3]。

圖2 井下巷道超前支護結構示意圖(mm)

3 多工藝聯合旋轉綜采作業(yè)

復雜地形條件下綜采面分布不規(guī)則，采煤機在綜采作業(yè)過程中經常出現機頭和機尾位置與煤壁的相互干涉，經過多次實地驗證和改善后，提出了多工藝聯合旋轉綜采作業(yè)技術，依據井下實際地質條件將單向綜采工藝、雙向綜采工藝和旋轉開采技術[4]方案進行綜合，實現井下的靈活綜采作業(yè)，既確保了綜采面頂板的穩(wěn)定性又能夠有效地確保煤炭的回采率。旋轉開采是一種能夠在井下狹窄區(qū)域內進行開采的綜采技術方案，在旋轉開采過程中上下巷推進的長度比例為3:1，即，井下回風巷推進3刀(包括1個通刀和2個短刀，2個短刀可分別從1/3位置和2/3支架處向著回風巷進刀)，運輸巷對應地推進1刀，在運輸巷進刀的主要作用是調整綜采面各個支架的支護狀態(tài)，使其避開下端側的應力集中區(qū)域，回風巷內采用短刀和通刀的作用則是利于在狹窄巷道內的旋轉和調架，井下旋轉開采方式如圖3所示[5]。

圖3 煤礦井下旋轉開采原理(m)

4 綜采作業(yè)流程及采煤機進刀方式

復雜地質條件下，為了確保綜采作業(yè)的連續(xù)性和效率，適當地對綜采作業(yè)流程進行優(yōu)化，優(yōu)化后的流程為：采煤機斜切進刀→割煤→移架→推前溜→放頂煤→拉后溜→前移轉載機→支回柱(端頭、超前)，采煤機在進刀時采用在工作面端頭斜切進刀法，進刀深度0.5 m，無鏈電牽引，牽引速度0.5 m/s。首先采煤機開至頭或尾部再升起后滾筒，降下前滾筒，推移運輸機于工作面端頭大約15 m處，然后采煤機斜切進刀，直至滾筒完全切入煤壁，斜切進刀長度大約為30 m，對調前后滾筒上下位置，推移端部15 m處運輸機，采煤機開向端部，移架，推前溜，放頂煤，拉后部運輸機，然后再對調采煤機前后滾筒上下位置，沿牽引方向，用前滾筒割底將三角煤段未割部分掃掉，最后將采煤機反向牽引，來回2次～3次，將三角段浮煤掃清之后，采煤機正常割煤至尾部，尾部斜切進刀與頭部斜切進刀方式相同。

5 結論

本文針對復雜地形條件下綜采作業(yè)過程中的頂板冒頂事故較為突出、煤炭出采率低、經濟性差的缺陷，提出了一種新的煤礦井下復雜地形條件下的綜采面綜采技術，對復雜地形條件下的巷道支護方案、巷道超前支護管理、多工藝聯合旋轉綜采作業(yè)及綜采作業(yè)流程等進行了分析，根據實際分析結果可知：

1) 錨桿和錨索聯合支護的方案，能夠實現多角度的可靠支護，具有結構簡單、支護和收撤作業(yè)方便的特點，能夠顯著降低支護作業(yè)時間和成本。

2) 多工藝聯合旋轉綜采作業(yè)技術，依據井下實際地質條件將單向綜采工藝、雙向綜采工藝和旋轉開采技術方案進行綜合，實現井下的靈活綜采作業(yè)，有效確保了綜采面頂板的穩(wěn)定性和煤炭的回采率。

3) 在復雜地形條件下宜采用采煤機斜切進刀→割煤→移架→推前溜→放頂煤→拉后溜→前移轉載機→支回柱(端頭、超前)的綜采作業(yè)技術方案，能夠有效確保綜采作業(yè)的連續(xù)性和效率。