過(guò)斷層采煤技術(shù)及工藝在綜采工作中的應(yīng)用分析

吳玉龍

（冀中能源股份有限公司東龐礦，河北 邢臺(tái) 054001）

綜合開(kāi)采的工作面屬于采煤作業(yè)過(guò)程中的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)之一，把先進(jìn)的采煤作業(yè)相關(guān)工藝和技術(shù)大量投入到其中，能夠在極大的限度上提高采煤工作的效率，降低成本的投入。本文圍繞相關(guān)工藝的技術(shù)特點(diǎn)及適用特性等方面進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)注意事項(xiàng)、工藝方法和操作方案進(jìn)行闡述，以期為相關(guān)行業(yè)提供工藝技術(shù)層面的參考。

1 綜采工作面相關(guān)作業(yè)工藝方法的主要特征及其適用特性簡(jiǎn)述

1.1 采煤相關(guān)工藝方法的主要特點(diǎn)簡(jiǎn)述

1.1.1 開(kāi)采作業(yè)的高度數(shù)值表現(xiàn)為從低至高的主要特征如果采煤工作面的高度數(shù)值處于3～5 m的區(qū)間之內(nèi)，可以應(yīng)用采煤相關(guān)工藝推進(jìn)工作面，頂板冒落區(qū)向后方塌陷。高度數(shù)值在7～10 m的區(qū)間之內(nèi)，可以順著煤層傾斜的方向把工作面開(kāi)采作業(yè)的高度數(shù)值調(diào)節(jié)到支架允許最大采高。高度數(shù)值在15～20 m的區(qū)間之內(nèi)，此時(shí)采煤作業(yè)的工作面的挖掘開(kāi)采高度數(shù)值能夠回復(fù)到常規(guī)的水平。綜采工作面采煤工藝如圖1所示。

圖1 綜采工作面采煤工藝

1.1.2 采煤工作面的單位產(chǎn)量大幅度增大

煤礦井下的綜采工作面采煤相關(guān)工藝方法和技術(shù)的合理應(yīng)用及采用最合理且高質(zhì)量的生產(chǎn)作業(yè)流程的方式可以保證實(shí)現(xiàn)煤礦高效率產(chǎn)煤，其相關(guān)經(jīng)驗(yàn)在煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面中進(jìn)行廣泛的實(shí)際應(yīng)用，能夠顯著地提升煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面的產(chǎn)能及工作效率[1]。

1.1.3 大幅度節(jié)約成本

煤礦井下綜合開(kāi)采工作面的采煤相關(guān)工藝和技術(shù)投入的實(shí)際成本相對(duì)比較低，表現(xiàn)為巷道區(qū)域的掘進(jìn)工程量比較少，頂板支護(hù)的面積比較低，以及綜合開(kāi)采相關(guān)的工程機(jī)械設(shè)備搬運(yùn)工作量比較小等層面。

1.2 采煤相關(guān)工藝方法的通用性簡(jiǎn)述

采煤相關(guān)的工藝方法在煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面中獲得有效的實(shí)際應(yīng)用的必要前提條件是：礦井內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、煤層位置的分布情況的比較穩(wěn)定、煤炭資源的產(chǎn)量可以保持穩(wěn)定及作業(yè)面的傾斜角度數(shù)值小于12°等?；陂L(zhǎng)期的回采工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，合適的采煤相關(guān)工藝方法的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠顯著降低廢煤產(chǎn)品的丟棄數(shù)量，與此同時(shí)，相對(duì)于分層模式進(jìn)行煤炭挖掘開(kāi)采的工藝方法和技術(shù)，煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面使用的采煤相關(guān)工藝方法和技術(shù)需要前期投入總體成本相對(duì)比較低，可以節(jié)省大量的巷道內(nèi)部的設(shè)備布置、金屬網(wǎng)裝置的安裝等步驟，能夠大幅度提升煤礦企業(yè)的資源開(kāi)采的工作效率。煤礦井下綜采工作面切眼安裝如圖2所示。

圖2 煤礦井下綜采工作面切眼安裝

2 綜合開(kāi)采工作面部位采煤執(zhí)行方法的實(shí)際應(yīng)用研究

2.1 對(duì)于液壓支架裝置的有效控制

在煤礦企業(yè)的井下采煤作業(yè)過(guò)程中，液壓類(lèi)型的支架裝置因?yàn)槠溟L(zhǎng)期受到重心部位的壓力載荷的不利影響和制約，容易在煤礦井下的綜合開(kāi)采作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)滑移甚至傾倒的嚴(yán)重事故，進(jìn)而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全帶來(lái)極其嚴(yán)重的潛在威脅。為此，相關(guān)工程技術(shù)人員必須第一時(shí)間采用如下的預(yù)防性措施和方案：第一，綜合實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境來(lái)設(shè)計(jì)科學(xué)合理的煤礦開(kāi)采方案，保證液壓類(lèi)型的支架裝置在采煤作業(yè)的進(jìn)程中，其重心位置可以始終維持在一個(gè)適合的區(qū)間之內(nèi)。一般情況下，普遍認(rèn)為液壓支架的重心點(diǎn)小于等于3 m的位置是處在安全并且可以控制的區(qū)間之內(nèi)的，此時(shí)的條件下能夠確保液壓支架裝置的穩(wěn)定性和安全性，有效避免安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。第二，對(duì)于安裝位置屬于固定類(lèi)型的液壓類(lèi)型支架裝置，可使用設(shè)置千斤頂裝置的方法來(lái)防止支架結(jié)構(gòu)發(fā)生滑動(dòng)或者傾倒的事故，作為移動(dòng)模式的液壓支架裝置，則必須在確保本身主體結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，使用整體進(jìn)行搬運(yùn)的移動(dòng)方法進(jìn)行操作[2]。煤礦機(jī)械液壓支架如圖3所示。

圖3 煤礦機(jī)械液壓支架

2.2 割煤模式的控制方面注意事項(xiàng)簡(jiǎn)述

煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面采煤工藝方法實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，有關(guān)割煤的模式必須綜合相應(yīng)的工作面的現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)進(jìn)行靈活運(yùn)用，最為常用的割煤方法是雙向割煤及單向割煤這2大種類(lèi)。單向割煤方法在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中必須注意如下幾點(diǎn)：第一點(diǎn)，單向模式的割煤方法使用過(guò)程中，進(jìn)刀的方向通常情況下是自上到下，鏟煤推溜操作執(zhí)行的時(shí)候，其方向是從下到上。第二點(diǎn)，在煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面進(jìn)行進(jìn)刀的時(shí)候，需要科學(xué)把控其進(jìn)刀過(guò)程的深度尺寸，通常情況下需要將其控制為在70 cm。第三點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)割煤作業(yè)過(guò)程之中，綜采工作面采煤機(jī)進(jìn)刀時(shí)候的傾斜角度數(shù)值過(guò)大及過(guò)小的情況下均無(wú)法確保割煤作業(yè)的回采效率，并且還可能造成煤礦井下的綜合開(kāi)采面發(fā)生逐漸下降的問(wèn)題，無(wú)法確保開(kāi)采過(guò)程中的工程機(jī)械設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。為此在事先安排施工作業(yè)的基礎(chǔ)上，設(shè)備的進(jìn)刀傾斜角度數(shù)值必須保持為-7～7°的區(qū)間之內(nèi)，這樣才能確保煤礦井下挖掘開(kāi)采施工作業(yè)流程的平穩(wěn)推進(jìn)。

2.3 防止和控制煤壁出現(xiàn)片幫的情況

在煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面的采煤相關(guān)工藝方法的實(shí)際使用過(guò)程中，液壓支架的移動(dòng)快慢程度將會(huì)直接影響到采煤操作的執(zhí)行效率，在移動(dòng)過(guò)程快慢程度不一致的情況下，工程機(jī)械設(shè)備容易導(dǎo)致煤壁部位出現(xiàn)片幫的情況。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題，工程技術(shù)人員能夠提出的合理化改善方案和措施主要有：第一，選取適合的解決方案來(lái)提升支架裝置的穩(wěn)定性和安全性，配合過(guò)去的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于支架裝置出現(xiàn)的滑移或者傾斜的情況，相關(guān)工程技術(shù)人員進(jìn)行了原因方面的深入分析和研究，并給出了一整套的解決方案，用來(lái)確保支架裝置的適用性。第二，通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，采用加裝防片幫板裝置的模式，能夠把問(wèn)題情況出現(xiàn)的概率降低35%以上，此時(shí)對(duì)確保煤礦井下的綜合開(kāi)采作業(yè)的生產(chǎn)安全性具有非常關(guān)鍵的現(xiàn)實(shí)意義。詳細(xì)的操作流程為，現(xiàn)場(chǎng)工作人員把防片幫板裝置安裝到貼近煤壁支護(hù)框架裝置的位置，并且還要確保安裝區(qū)域設(shè)置的科學(xué)性。第三，綜合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)講，煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面應(yīng)用的采煤相關(guān)工藝方法的實(shí)際效果會(huì)被多種外界要素所制約和影響，例如工作面支護(hù)的有效面積、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備的主要性能和煤柱部位的壓力載荷數(shù)值等，當(dāng)中屬煤柱部位的壓力載荷數(shù)值會(huì)對(duì)于采煤作業(yè)過(guò)程的安全帶來(lái)最為直接的影響和威脅，為此在采煤作業(yè)執(zhí)行的過(guò)程中必須應(yīng)用適當(dāng)?shù)姆桨负痛胧﹣?lái)把控煤柱部位的壓力載荷，可以在一定范圍內(nèi)減少巷道區(qū)域掘進(jìn)過(guò)程中的傾斜角度數(shù)值，這樣可以有效防止生產(chǎn)安全事故的出現(xiàn)。

3 綜合開(kāi)采工作面部位過(guò)斷層的操作方案

3.1 割煤部位的高度數(shù)值調(diào)整方法

在煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面中，割煤區(qū)域的高度數(shù)值的調(diào)整方法通常是使采煤相關(guān)作業(yè)過(guò)程中減少斷層現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)確保生產(chǎn)安全及作業(yè)執(zhí)行效率的目標(biāo)。在煤礦采煤作業(yè)執(zhí)行前，工程技術(shù)人員必須事先對(duì)于工作面及斷層前緣間的距離數(shù)值進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，隨后在此結(jié)果的前提下，對(duì)于割煤操作的高度數(shù)值實(shí)施相應(yīng)的調(diào)整和校對(duì)，在執(zhí)行采煤操作的過(guò)程中，需要首先保留煤炭礦藏的底層以及頂層部位，待越過(guò)斷層之后再繼續(xù)對(duì)其實(shí)施開(kāi)采作業(yè)。在實(shí)際的執(zhí)行過(guò)程中通常有2個(gè)步驟：①準(zhǔn)確計(jì)算出煤炭的斷層的落差數(shù)值以及采煤作業(yè)的工作面間的夾角數(shù)值，隨后綜合刮板輸送機(jī)裝置的有關(guān)參數(shù)和指標(biāo)，對(duì)于割煤作業(yè)的高度數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和校對(duì)。②在割煤的作業(yè)高度數(shù)值調(diào)整完畢以后，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)來(lái)評(píng)估出采機(jī)裝置及斷層間的相互關(guān)系，借助留底或留頂?shù)哪Ｊ竭M(jìn)行斷層的通過(guò)操作，此類(lèi)方法通常適合斷層部位的落差相對(duì)比較小或者煤層厚度數(shù)值比較大的現(xiàn)場(chǎng)情況[3]。煤礦機(jī)械采煤機(jī)如圖4所示。

圖4 煤礦機(jī)械采煤機(jī)

3.2 跳采方法簡(jiǎn)述

跳采方法通常也被稱(chēng)為繞過(guò)的方法，此類(lèi)方法能夠分成全跳過(guò)及局部跳過(guò)的模式。一般在跳采完成之后，對(duì)于新形成的巷道進(jìn)行挖掘作業(yè)，同時(shí)還要重新進(jìn)行支架的回收和安裝，之后再進(jìn)行采煤操作過(guò)程，此類(lèi)模式在采煤作業(yè)過(guò)程之中非常普遍，一般適合用在斷層部位的落差相對(duì)比較明顯并且影響區(qū)域相對(duì)比較廣的煤礦中。假如煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面部位的斜交類(lèi)型的斷層區(qū)域的落差相對(duì)比較大而且通行比較困難的情況下，在操作過(guò)程中需要采用跳采方法，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以進(jìn)行平行于斷層區(qū)域的新巷道的挖掘操作，確保運(yùn)輸巷道及材料巷道保持順暢的聯(lián)通，最后要保證在跳過(guò)斷層方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)的工作。假如斷層區(qū)域的落差數(shù)值相對(duì)比較大，而且位于工作面的機(jī)尾區(qū)域，此時(shí)需要采用跳采方法及運(yùn)輸巷處于傾斜交叉或平行的挖掘模式。

3.3 平推硬過(guò)的方法簡(jiǎn)述

在采煤作業(yè)過(guò)程之中，平推硬過(guò)的方法通常適合用在斷層落差數(shù)值具有特定的限制條件，而且不能在采高上進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整的狀態(tài)之下，在實(shí)際應(yīng)用此類(lèi)方案的過(guò)程中，相關(guān)工程技術(shù)人員必須精確測(cè)量斷層區(qū)域的有關(guān)參數(shù)，然后在此前提下進(jìn)行破巖操作。采煤機(jī)裝置自身具備的破巖效果是比較有限的，因此相關(guān)的方法僅僅適用于巖層的硬度相對(duì)比較脆弱并且?guī)r層區(qū)域位置處在工作面的頂板以及底板之間的狀態(tài)下。平推硬過(guò)方法的主要優(yōu)點(diǎn)即為操作相對(duì)容易，對(duì)于煤礦的生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性不會(huì)造成重大的影響，其具有的缺點(diǎn)是采煤機(jī)裝置的截齒部件的實(shí)際磨損相對(duì)嚴(yán)重，使用過(guò)程中必須進(jìn)行定期的更換和調(diào)整，工作面區(qū)域的頂板部位的管理工作難度較大。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，斷層區(qū)域在采煤作業(yè)過(guò)程中屬于多見(jiàn)的情況，如果采用不適當(dāng)?shù)牟擅悍椒?，?huì)對(duì)采煤作業(yè)產(chǎn)生負(fù)面的影響，甚至?xí)斐砂踩a(chǎn)方面的事故。煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面作業(yè)中，過(guò)斷層技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，在作業(yè)過(guò)程中需要配合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，科學(xué)選用割煤高度數(shù)值調(diào)整方法、跳采方法和平推硬過(guò)方法等操作方案，強(qiáng)化各項(xiàng)采煤工藝技術(shù)的應(yīng)用，提高煤礦井下的綜合開(kāi)采工作面過(guò)斷層操作的能力和效果，推進(jìn)煤炭回收的可持續(xù)發(fā)展。