煤礦開采中的巷道布置以及采煤工藝探討

＊王永星

（潞安化工陽泉五礦 山西 045000）

前言

在實(shí)際的煤礦開采過程中，采煤技術(shù)工藝容易受到各種因素的影響，比如：地質(zhì)條件、自然氣候、煤礦結(jié)構(gòu)等方面。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多技術(shù)工藝不斷被開發(fā)和利用，有效提升了采煤的整體效率。但是，在一些地質(zhì)條件以及自然氣候比較復(fù)雜的地域，其采煤施工過程是極其復(fù)雜的，很多技術(shù)工藝都沒能發(fā)揮有效作用。而在競爭激烈的市場中，要想不斷提升自身優(yōu)勢(shì)，必須要通過優(yōu)化采煤工藝以及改進(jìn)技術(shù)設(shè)備等進(jìn)行科學(xué)合理地開采，而合理進(jìn)行巷道布置以及優(yōu)化采煤工藝是解決煤礦開采復(fù)雜問題的重要方法，能夠在很大程度上減少其中存在的安全隱患，為今后地下礦產(chǎn)開采和施工提供非常重要的借鑒意義。

1.煤炭開采中的巷道布置分析

(1)多煤層巷道布置技術(shù)

相比較而言，多煤層比單煤層的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，比如：多煤層結(jié)構(gòu)擁有不同的巖石結(jié)構(gòu)，整體中各個(gè)部分的穩(wěn)定性都存在著差異性，需要多方面考慮問題，因此，在對(duì)多煤層進(jìn)行實(shí)際開采時(shí)，必須先充分做好煤層結(jié)構(gòu)的分析工作，通過制定科學(xué)合理的方案進(jìn)行巷道布置，以減少各個(gè)因素的綜合影響，保證巷道技術(shù)的有效性。首先要分析巷道的布置是否能夠在煤炭開采過程中發(fā)揮有效作用，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行合理地優(yōu)化和改進(jìn)。其次，要對(duì)多煤層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘察和測量，比如：巖石、土質(zhì)等類型，考慮是否會(huì)因?yàn)閹r層運(yùn)動(dòng)或土質(zhì)偏移對(duì)巷道整體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)煤礦開采過程造成阻礙。最后要考慮的就是關(guān)于煤柱的問題，它在保證開采過程中的安全性起著決定性的影響作用，是整個(gè)巷道布置的核心部分。目前，在大多的多煤層開采過程中，分組巷道是最多被采用的布置方法，這種方法能夠有效減少由于巷道開采對(duì)開采過程的影響，但這種方式多被利用在地質(zhì)條件較為穩(wěn)定的區(qū)域，受當(dāng)?shù)氐乩硪蛩赜绊戄^為明顯。

(2)殘煤開采的巷道布置

針對(duì)殘煤開采的巷道布置過程，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)原有的巷道予以改進(jìn)或保留，并根據(jù)實(shí)際開采需求對(duì)原有巷道進(jìn)行合理安排和布置，然后對(duì)殘余煤礦結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘察，如果煤層下部擁有公共巷道，就需要重新布置多條新的巷道，以提升殘煤開采的整體質(zhì)量和效率為重要前提，保證其巷道布置的合理有效性，減少安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。殘煤開采的巷道布置應(yīng)當(dāng)以能夠?qū)γ旱V資源進(jìn)行回收利用為主要原則，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的合理利用最大化。根據(jù)分析原有巷道的位置和結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母膭?dòng)，這樣既能夠減少經(jīng)濟(jì)投入，同時(shí)還能夠有效提升殘煤開采的質(zhì)量，對(duì)整體開采效率都有著很好的促進(jìn)作用。另外，由于殘余煤礦可能會(huì)出現(xiàn)一定的結(jié)構(gòu)變動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的情況，如果勘察不當(dāng)，將會(huì)對(duì)施工人員造成不可挽回的損失，因此，在布置巷道時(shí)，不僅要注重開采的質(zhì)量和效率，更重要的要加強(qiáng)對(duì)安全制度的貫徹落實(shí)，確保開采過程中的安全性，這樣才能真正顯現(xiàn)出巷道布置的科學(xué)合理性。

(3)高瓦斯煤層巷道的布置

和其他煤層巷道的布置一樣，高瓦斯煤層巷道的布置，要考慮的因素有很多，但最為關(guān)鍵的還是瓦斯，如果不能夠采取合理的方式對(duì)其進(jìn)行有效地處理，將會(huì)對(duì)煤礦開采造成嚴(yán)重的影響，對(duì)施工人員的生命安全產(chǎn)生很大的威脅，因此，針對(duì)高瓦斯煤礦結(jié)構(gòu)的開采，必須要對(duì)瓦斯的分布位置和含量有著清楚的了解，這樣才能根據(jù)實(shí)際情況制定合理的巷道布置方案。在高瓦斯煤礦開采過程中，首先要考慮的就是做好工作區(qū)域的通風(fēng)問題，可以設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)，但要明確保證通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置不會(huì)對(duì)煤礦開采造成影響，這樣才能夠確保煤礦開采的安全性，同時(shí)也能有效保證開采的有效合理性。

(4)近距離煤層的巷道布置

目前，隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷加快，人們對(duì)煤炭資源的需求越來越大，為了增加煤炭資源的供求量，必須加大對(duì)煤礦的開采，因此，近距離煤礦開采的煤層之間的距離逐漸縮短，同時(shí)，為了確保煤礦開采的安全性以及提升整體的開采質(zhì)量和效率，首先要對(duì)其巷道布置方法進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化和改進(jìn)。首先，在實(shí)施對(duì)近距離煤層的巷道布置時(shí)，施工人員應(yīng)當(dāng)注重對(duì)下層頂板的承受力進(jìn)行測量，確保上部頂板不會(huì)出現(xiàn)頂板冒落情況，這樣才能保證煤層之間的安全開采。另外，重疊式巷道布置方式是近距離煤礦開采中最多使用的方法，主要是將統(tǒng)一長度的頂板放置在上下煤層之間的回采巷道中，但是，由于近距離煤礦的煤層之間相距較近，開采難度也比較大，因此，煤層開采的巷道布置方式也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，保證煤層開采的合 理性。

2.巷道布置的建設(shè)方向研究

開采煤礦的巷道布置是在開采煤炭過程當(dāng)中的重要環(huán)節(jié)，也是在煤炭開采技術(shù)當(dāng)中的重要組成部分，結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的信息技術(shù)，巷道布置技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，借助現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)工具，可對(duì)煤道進(jìn)行建模分析，通過數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)巷道布置進(jìn)行科學(xué)分析，能夠極大的減少掘進(jìn)程度，最大程度的開采煤炭。結(jié)合已有的巷道建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)有的巷道建設(shè)技術(shù)，當(dāng)前巷道布置建設(shè)方向可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

(1)單巷道布置向多巷道布置發(fā)展

在現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用之下，十分注重煤炭巷道建設(shè)的效率，傳統(tǒng)的單行煤道布置已經(jīng)不能滿足當(dāng)前現(xiàn)代化建設(shè)的需求，因此必須要實(shí)現(xiàn)從單巷布置向多巷方向發(fā)展。結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的信息技術(shù)，可以在計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助下，對(duì)多巷道之間的受力支護(hù)進(jìn)行分析，得到精確的結(jié)果，在支護(hù)結(jié)構(gòu)上可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果建立起更合理、更具備關(guān)聯(lián)性的支護(hù)建設(shè)，這樣能夠極大地降低各個(gè)巷道之間的干擾性，同時(shí)還提高了煤炭開采過程當(dāng)中的效率。

(2)淺部巷道向深層巷道方向發(fā)展

我國煤炭開采已有一定的歷史。當(dāng)前淺層埋藏的煤層已基本開采完畢，為了確保煤炭需求的供應(yīng)量，必須要加深煤炭開采的深度，盡可能多地獲取相應(yīng)的煤炭資源。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國現(xiàn)今煤炭開展深度逐步加深，甚至有些煤礦已開采至近千米。隨著煤炭開采深度的逐步加深，深層礦井大面積出現(xiàn)，在進(jìn)行巷道建設(shè)中遇到了一定難題，例如圍巖大變形、沖擊礦壓等這些問題急需解決?；谖覈延械南冗M(jìn)技術(shù)，在大部分問題上已有解決措施，得到了良好的技術(shù)支撐。

(3)巖石頂板煤巷向煤層頂板巷道和全煤巷道發(fā)展

結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的巷道挖掘技術(shù)所得數(shù)據(jù)分析可知，在當(dāng)前的開采過程中，煤頂巷道和全煤巷道正在以逐年增加的比率上漲。相比較巖石頂板煤巷方案，前者在支護(hù)上更具脆弱性，支護(hù)難度增加，且頂板并非巖石結(jié)構(gòu)，因此煤道自身更容易出現(xiàn)坍塌、破碎。根據(jù)當(dāng)前先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)以及開采技術(shù)，針對(duì)煤層頂板巷道和全煤巷道存在的問題，在支護(hù)上已經(jīng)有了極大的突破，即便支護(hù)成本有一定提升，但是確保煤道巷道的安全掘進(jìn)，所得成效不可衡量，增加了煤層頂板巷道和全煤巷道的發(fā)展價(jià)值。

(4)拱形斷面巷道向矩形斷面巷道方向發(fā)展

傳統(tǒng)的拱形斷面結(jié)構(gòu)可以針對(duì)巷道上部壓力進(jìn)行化解，能夠極大地保證巷道內(nèi)的安全性。但是在具體操作過程中，拱形斷面結(jié)構(gòu)所需的施工成本較高，相應(yīng)的挖掘巷道的速度較慢，如果在挖掘過程中出現(xiàn)整塊巖石，則巷道成型速度更加緩慢。在現(xiàn)代工藝基礎(chǔ)上，隨著現(xiàn)代支護(hù)技術(shù)的成型，矩形斷面巷道可逐步應(yīng)用到開采挖掘中，能夠突破傳統(tǒng)技術(shù)面臨的難題，進(jìn)行矩形斷面巷道建設(shè)中具有極大的應(yīng)用潛力。

(5)小斷面橫道向大斷面巷道方向發(fā)展

在傳統(tǒng)開采方案中，為避免人工挖掘巷道對(duì)地下結(jié)構(gòu)造成無法挽回的影響，因此一般盡可能開設(shè)小斷面隧道，在煤炭開采區(qū)域中，由采煤人員爬行進(jìn)行煤炭開采，這樣大大增加了工作難度，同時(shí)地下工作環(huán)境十分惡劣。隨著現(xiàn)代機(jī)械化技術(shù)以及先進(jìn)信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在地下開設(shè)大斷面巷道技術(shù)逐漸成熟，可通過相應(yīng)機(jī)械采用大斷面巷道技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤層巷道斷面跨度的增加，即便在支護(hù)難度上明顯提升，但是在開采效率上有了顯著變化。對(duì)于開采人員來說，施工環(huán)境得到極大的改善，所以總體利大于弊。

(6)簡單地質(zhì)條件巷道向復(fù)雜地質(zhì)條件巷道方向發(fā)展

在煤炭開采初期，我國的煤炭巷道建設(shè)只能從難度低、要求低的簡單地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行，但隨著資源逐漸被開發(fā)，技術(shù)逐漸成熟升級(jí)，我國可以在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行巷道建設(shè)。針對(duì)復(fù)雜地形的巷道建設(shè)，需要在安全性原則的基礎(chǔ)之上進(jìn)行成本的控制。結(jié)合當(dāng)前我國復(fù)雜的地形，巷道挖掘所需成本極高，并不符合煤炭資源經(jīng)濟(jì)性挖掘原則。結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)，能夠一定程度上節(jié)省建設(shè)成本，確保煤炭資源經(jīng)濟(jì)性開采的原則。

3.煤礦開采中的采煤工藝分析

(1)進(jìn)刀工藝分析

在實(shí)施進(jìn)刀過程中，主要采用的是工作尾部傾斜形式，這樣更有利于采煤機(jī)的工作效率。在此過程中，采煤機(jī)的返回刀會(huì)回到工作面的尾部，這使得工作面溜子也將被準(zhǔn)確推到煤層邊緣，這時(shí)，采煤機(jī)會(huì)以溜子被推動(dòng)的方向開始相應(yīng)的工作。但是，在此過程中，我們還要充分注意的問題是，必須要保證溜子能夠呈一條線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橹挥羞@樣，采煤機(jī)才能夠?qū)⒐ぷ髅嫖膊績A斜部分的煤層徹底割透，從而確保切割刀能夠被循環(huán)工作，進(jìn)而順利進(jìn)行開采。

(2)割煤和裝煤工藝分析

在實(shí)際進(jìn)行煤礦開采過程中，首先要選擇合理的采煤機(jī)工作方式。雙向割煤的工作形式經(jīng)常會(huì)被用在相對(duì)平緩的煤層結(jié)構(gòu)中。當(dāng)采煤機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，前滾筒會(huì)啟動(dòng)并沿著煤層頂板進(jìn)行割煤作業(yè)，后滾筒將沿著煤層底板進(jìn)行割煤作業(yè)，同時(shí)進(jìn)行裝煤作業(yè)，這種雙向割煤的方式會(huì)在工作面進(jìn)行往返一次，一共進(jìn)行兩次進(jìn)刀作業(yè)，而在完成割煤作業(yè)之后，會(huì)通過啟動(dòng)刮板輸送機(jī)將工作面上剩余的煤渣全部移送至中部槽中，并采取人工清理的方式對(duì)浮煤進(jìn)行有效清理。當(dāng)每次進(jìn)行采煤機(jī)割煤作業(yè)之前，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)首先做好開機(jī)準(zhǔn)備工作，在采煤機(jī)冷卻水打開的情況下保持空載運(yùn)行5min，如果在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)出現(xiàn)故障，應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行處理。另外，采煤機(jī)一般都是同時(shí)對(duì)工作面上下方進(jìn)行割煤作業(yè)，必須要控制好滾筒升降高度，確保割煤作業(yè)能夠?qū)晒ぷ髅嫔系拿焊罡蓛?，并保證煤壁保持平整，割煤作業(yè)完成后，采煤機(jī)會(huì)由頭巷返回至下尾巷，在此過程中，前滾筒會(huì)對(duì)頂部煤層進(jìn)行割煤，而后滾筒則負(fù)責(zé)將同時(shí)進(jìn)行割煤與裝煤作業(yè)。另外，為了能夠避免溜頭出現(xiàn)下竄問題，可以用分組移架形式代替順序式單架。

(3)移架操作

在煤礦開采過程中，手動(dòng)鄰架多被應(yīng)用于工作面支架設(shè)置方案中，并當(dāng)新暴露頂板支護(hù)采取單架依次順序移架方式時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)移動(dòng)步距和截深相同。在完成部分煤層開采作業(yè)之后，應(yīng)當(dāng)立即對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行移架，并設(shè)置支護(hù)新暴露頂板。比如：在煤層頂板壓力較小，安全性能較高時(shí)，移架可以滯后于采煤機(jī)后滾筒5架左右，但當(dāng)頂板承受壓力較大時(shí)，安全性能較低，這時(shí)，一架應(yīng)當(dāng)以滯后采煤機(jī)后滾筒 2架左右，并采取更高水平的支架保護(hù)方式。另外，如果在實(shí)際開采過程中，移架速度較慢，將要對(duì)采煤機(jī)速度進(jìn)行控制，可以降低采煤機(jī)的整體移動(dòng)速度，或者直接停止采煤機(jī)進(jìn)行移架操作。在移架過程中，應(yīng)該設(shè)置專人對(duì)于頂板進(jìn)行監(jiān)護(hù)，下降或上升過多都會(huì)對(duì)移架操作產(chǎn)生一定影響，其頂板應(yīng)與頂梁之間的間距應(yīng)當(dāng)保持在150-200mm之間。當(dāng)立柱下降過多，可以先不使用平衡千斤頂進(jìn)行操作，可以同時(shí)進(jìn)行降柱和移架操作。但是，如果煤層頂板的承受壓力較大，完整度較低，移架操作完成之后要通過使用平衡千斤頂將頂梁前端頂起，提升頂梁的支護(hù)力，從而減少新暴露頂板的下沉等相關(guān)其他問題。如果頂板完整度相對(duì)較高，可以通過使用平衡千斤頂將支架后端頂起，提升后端支護(hù)力。為了確保煤層被開采過后仍能保持絕對(duì)的安全性，在完成移架作業(yè)之后，要充分做好接頂作業(yè)，保證移架后的支護(hù)力能夠有效承受泵站壓力。

(4)深礦井開采技術(shù)

根據(jù)以上巷道建設(shè)方向分析可知，深礦井開采技術(shù)在未來煤礦開采過程當(dāng)中會(huì)越來越受到重視，該項(xiàng)技術(shù)可以解決兩大難題。一方面，針對(duì)深井壓力可以進(jìn)行相應(yīng)的壓力把控，能夠結(jié)合現(xiàn)代信息化技術(shù)和先進(jìn)的支付技術(shù)，對(duì)龐大的自重力和構(gòu)造應(yīng)力問題進(jìn)行解決；另一方面，解決散熱問題。隨著礦產(chǎn)深度的增加，溫度會(huì)有明顯的上升，出現(xiàn)高熱現(xiàn)象。溫度的提升對(duì)瓦斯氣體造成直接影響，所以在進(jìn)行開采過程中，不僅要注重瓦斯氣體的疏散，同時(shí)還要加入額外的溫度疏散系統(tǒng)。

另外，礦石壓力控制技術(shù)以及煤炭地下氣化技術(shù)在未來煤礦開采過程中都具備可挖掘性和廣闊的應(yīng)用性。當(dāng)前我國著手準(zhǔn)備建設(shè)相關(guān)的礦石數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石壓力控制的體系化。同時(shí)，將煤炭轉(zhuǎn)化為煤氣也是當(dāng)下可利用的一項(xiàng)重要資源，該技術(shù)對(duì)于環(huán)境保護(hù)具備重要意義。

4.結(jié)語

總之，煤炭資源始終是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最重要的戰(zhàn)略能源之一，對(duì)促進(jìn)我國社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步有著重要的積極作用，因此，只有通過不斷優(yōu)化和改進(jìn)采煤工藝，并引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，才能不斷提升煤炭開采質(zhì)量和效率，才能進(jìn)一步充分利用好煤炭資源。而面對(duì)如此復(fù)雜的煤礦開采項(xiàng)目工程，充分做好巷道布置工作能夠有效提升采煤作業(yè)的質(zhì)量和運(yùn)輸轉(zhuǎn)移的效率，并以不斷加強(qiáng)對(duì)采煤工藝的優(yōu)化來提升采煤的施工效率，同時(shí)還能夠減少煤礦開采過程中安全事故的發(fā)生。