煤礦井下復(fù)雜地形條件綜采面綜采技術(shù)的應(yīng)用研究

趙新建

（山西焦煤西山煤電鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030203）

在我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)和發(fā)展中，煤礦生產(chǎn)活動(dòng)面對(duì)著愈發(fā)復(fù)雜的綜采工作面地形條件，生產(chǎn)中工作人員需要結(jié)合煤層條件現(xiàn)狀，突破傳統(tǒng)的綜采工藝技術(shù)的局限性約束，提高綜采技術(shù)水平、工藝效果，促進(jìn)煤炭回采質(zhì)量和效率的進(jìn)一步提升，防范頂板冒頂事故等安全問題的發(fā)生。

1 綜采面巷道支護(hù)方案及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

以山西省某煤礦為例，在綜采工作面中，地形條件較為特殊，存在著煤層較厚、傾角大的情況，在該地形條件下，為了提高綜采回采率，要以降低支架臥底風(fēng)險(xiǎn)為切入點(diǎn)，制定綜采面巷道支護(hù)方案。在實(shí)施上下巷道的掘進(jìn)生產(chǎn)活動(dòng)環(huán)節(jié)，以破三角底的形式進(jìn)行方案，破三角底設(shè)置為1 100 mm，井下4 500 mm 寬的巷道的目的是維護(hù)巷道穩(wěn)定，提高錨桿支護(hù)水平。設(shè)置錨桿時(shí)，在全斷面設(shè)計(jì)11 根，利用高強(qiáng)度螺紋鋼，調(diào)整錨桿間距，間距保持80 cm[1]。設(shè)置預(yù)緊力矩是支護(hù)錨桿作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，其預(yù)緊力矩為400 N·m，設(shè)定1 600 mm 頂板錨索排距，在每?jī)膳诺腻^桿上設(shè)置一排錨索，以達(dá)到加強(qiáng)支護(hù)效果的目的。每排錨所數(shù)量為3 條，在錨桿排的中間選擇放置位置。

錨桿支護(hù)作業(yè)中，要保證外露一部分錨索，長(zhǎng)度為30 cm，以達(dá)到快速拆卸的目的，為后續(xù)的拆卸作業(yè)創(chuàng)造便捷的前提條件。為了確保巷道支護(hù)作業(yè)的靈活性，要使用2 根錨索，與頂板相互垂直，滿足煤層傾角支護(hù)要求，發(fā)揮錨索功能，從多個(gè)角度進(jìn)行支護(hù)，增強(qiáng)支護(hù)的可靠性[2]。利用該支護(hù)方案，可以便捷的進(jìn)行收撤作業(yè)，整體的支護(hù)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，針對(duì)支護(hù)作業(yè)的時(shí)間成本、人力資源成本，均形成了一定的節(jié)約作用，在復(fù)雜地形條件下制定巷道支護(hù)方案，對(duì)煤炭綜采率低問題進(jìn)行改造，加強(qiáng)對(duì)冒頂事故風(fēng)險(xiǎn)的有效防范，改善煤炭綜采經(jīng)濟(jì)效益不理想的問題，復(fù)雜地形條件下的巷道支護(hù)方案，如圖1 所示。

圖1 復(fù)雜地形條件下的巷道支護(hù)方案

為了在綜采面進(jìn)行綜采作業(yè)，提高綜采技術(shù)水平，要利用多種方法加強(qiáng)對(duì)不同類型工藝的合理運(yùn)用，例如選擇超前支護(hù)的方式，或是采取多工藝聯(lián)合旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)等方法，取得了理想的效果，利用錨桿和錨索的聯(lián)合功能，發(fā)揮多角度支護(hù)作用，支護(hù)可靠性強(qiáng)。根據(jù)井下的地質(zhì)條件，利用多工藝聯(lián)合旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)技術(shù)，立足于實(shí)際，可以靈活的進(jìn)行綜采作業(yè)，綜合了單項(xiàng)綜采技術(shù)、雙項(xiàng)綜采技術(shù)和旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)，提高井下綜采活動(dòng)的靈活性，將多種工藝技術(shù)聯(lián)合在一起進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)，提高了煤炭回采率，保證綜采面頂板的安全性和穩(wěn)定性效果。在復(fù)雜地形條件下的礦井生產(chǎn)作業(yè)中，制定綜采作業(yè)技術(shù)方案時(shí)，要按照采煤機(jī)斜切進(jìn)刀的方式進(jìn)行逐步的施工，完成整體的綜采作業(yè)任務(wù)，優(yōu)化技術(shù)方案的應(yīng)用效果，連續(xù)進(jìn)行綜采作業(yè)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率[3]。

2 煤礦井下復(fù)雜地形條件的綜采面綜采技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 巷道超前支護(hù)管理技術(shù)

地形條件復(fù)雜程度較高的情況下，利用綜采技術(shù)，需要綜合考量地形條件，借助DJZ2800 型單體柱，做好超前支護(hù)工作，提高井下巷道的支護(hù)管理水平。實(shí)施井下巷道超前支護(hù)作業(yè)環(huán)節(jié)，使用到了Π 型梁支護(hù)頂板，以垂直的形式對(duì)巷道進(jìn)行布置，回風(fēng)長(zhǎng)度為2.8 m、運(yùn)輸順槽梁長(zhǎng)的長(zhǎng)度為3.8 m。為了增強(qiáng)支護(hù)效果，應(yīng)采取一梁三柱的支護(hù)形式，合理設(shè)置靠幫單體柱，選擇的位置應(yīng)以距梁端20 cm 的位置為主，常量間距的控制中，針對(duì)相鄰的兩長(zhǎng)梁間距管控應(yīng)調(diào)整為1 m。隨著工作面的推進(jìn)前移，兩巷超前支護(hù)在支設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的過程中，以古塘側(cè)為三用閥的出液口。

單體柱初撐力應(yīng)超過90 kN，在放頂煤之前需要確保已經(jīng)完成初次來壓，使用防倒裝置，在超前單體支柱中做好防護(hù)處理，使用防墜裝置，設(shè)置在頂梁位置，加強(qiáng)安全管控，防止出現(xiàn)安全事故風(fēng)險(xiǎn)。使用防倒裝置時(shí)，要采取剛性連接的方法，對(duì)連接高度進(jìn)行調(diào)整，對(duì)比支柱支設(shè)的高度，連接的高度應(yīng)超過支柱支設(shè)高度的1/3，加強(qiáng)壓力監(jiān)測(cè)。對(duì)超前支護(hù)單體柱和端頭支護(hù)單體柱的壓力情況要加強(qiáng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，超前支柱的初撐力以及端頭支柱的初撐力均應(yīng)大于90 kN，增強(qiáng)井下巷道超前支護(hù)效果的穩(wěn)定性[4]。

2.2 多工藝聯(lián)合旋轉(zhuǎn)綜采技術(shù)

在復(fù)雜地形條件下，使用多工藝聯(lián)合旋轉(zhuǎn)綜采技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，主要是結(jié)合復(fù)雜地形條件的具體情況，制定綜采技術(shù)方案，由于復(fù)雜的地形條件下存在著綜采面分布規(guī)則性不足的問題，使用采煤機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，很容易出現(xiàn)機(jī)頭、機(jī)尾和煤壁之間產(chǎn)生互相干涉的現(xiàn)象，綜采作業(yè)的順利實(shí)施環(huán)境受到了破壞。因此需要加強(qiáng)對(duì)實(shí)際情況的考察、驗(yàn)證、分析，改善復(fù)雜地形條件下綜采面分布不規(guī)則所帶來的問題。利用多工藝聯(lián)合旋轉(zhuǎn)綜采技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，集中多種技術(shù)和工藝手段，適應(yīng)井下的地質(zhì)條件情況和生產(chǎn)作業(yè)需求，包括單向動(dòng)態(tài)工藝、雙向綜采工藝、旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)手段，綜合利用多種工藝和技術(shù)方法，制定可行的技術(shù)方案，強(qiáng)化井下綜采活動(dòng)的靈活性和有效性，提高煤炭的回采率，確保綜采工作面頂板具有一定的穩(wěn)定性，煤礦井下旋轉(zhuǎn)開采原理，如圖2 所示。

圖2 煤礦井下旋轉(zhuǎn)開采原理

多工藝聯(lián)合旋轉(zhuǎn)綜采技術(shù)作業(yè)方案的制定和實(shí)施中，工作人員要加強(qiáng)對(duì)復(fù)雜地形條件的綜合考量，了解綜采面分布不規(guī)則的客觀情況，對(duì)旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)方案進(jìn)行規(guī)劃。旋轉(zhuǎn)開采作為一種技術(shù)手段、技術(shù)方法，指的是在井下狹窄區(qū)域展開開采作業(yè)，在旋轉(zhuǎn)開采環(huán)節(jié)，上下巷推刀的比例為3∶1。也就是在井下回風(fēng)巷道內(nèi)推進(jìn)3 刀，其中涵蓋了通刀和短刀兩個(gè)部分，二者的比例為1∶2，使用2 個(gè)短刀向回風(fēng)巷展開進(jìn)刀作業(yè)，三刀推作業(yè)環(huán)節(jié)，運(yùn)輸巷相應(yīng)的也會(huì)按照3∶1 的比例推進(jìn)1 刀。在運(yùn)輸巷道位置進(jìn)刀具有調(diào)整功能，可以對(duì)綜采面各個(gè)支架的支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，將下端側(cè)的應(yīng)力集中區(qū)域避開，回風(fēng)巷道內(nèi)通刀和短刀相互協(xié)作形成了一定的有效作用，在狹窄巷道內(nèi)進(jìn)行調(diào)架旋轉(zhuǎn)，提高煤礦井下旋轉(zhuǎn)開采的效率[5]。

2.3 綜采作業(yè)流程和采煤機(jī)進(jìn)刀方式

在煤礦生產(chǎn)中，如果地質(zhì)條件的復(fù)雜程度較高，煤炭井下生產(chǎn)的過程中，生產(chǎn)作業(yè)人員需要以提高綜采綜合作業(yè)效率為目的，保證綜采作業(yè)安全性連續(xù)性，需要通過優(yōu)化綜采作業(yè)流程的方式，改進(jìn)綜采作業(yè)中存在的不足問題。對(duì)作業(yè)流程進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化綜采作業(yè)的方案內(nèi)容，按照采煤機(jī)斜切進(jìn)刀、割煤、移架、推前溜、放頂煤、拉后溜、前移轉(zhuǎn)載機(jī)、端頭支回柱、超前支回柱的流程，對(duì)原有的綜采作業(yè)流程進(jìn)行改進(jìn)。在采煤及進(jìn)刀作業(yè)的環(huán)節(jié)，需要采取端頭斜切進(jìn)刀法，對(duì)綜采工作面進(jìn)行進(jìn)刀處理和施工，控制進(jìn)刀深度為0.5 m，牽引速度為秒0.5 m/s，無(wú)鏈電牽引。

在前期施工階段需要在頭部、尾部位置對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行移動(dòng)，降低前滾筒的位置，推移運(yùn)輸機(jī)的過程中要確保距離工作面端頭15 m 的位置。為了確保滾筒完全在煤壁內(nèi)切入，應(yīng)使用斜切進(jìn)刀法進(jìn)行切入處理，科學(xué)的控制斜切進(jìn)刀長(zhǎng)度，按照30 m 的標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整和互換滾筒上下位置，促使運(yùn)輸機(jī)的推移，在端部15m 處位置，采煤機(jī)向端部移動(dòng)，對(duì)調(diào)采煤機(jī)前后滾筒的過程中要將上下位置作為處理要點(diǎn)，互換位置，基于具體的牽引方向，將三角煤段未被切割部分掃掉，處理時(shí)采取前滾筒割底的方式。最終采取反向牽引的方式進(jìn)行采煤機(jī)生產(chǎn)，來回兩次或三次掃清三角段的浮煤，在割煤生產(chǎn)中，采煤機(jī)正常到達(dá)尾部位置，選擇與頭部斜切進(jìn)刀方式相同的方法進(jìn)行尾部的斜切進(jìn)刀處理[6]。

3 結(jié)論

在煤礦井下生產(chǎn)的復(fù)雜地形條件下，加強(qiáng)對(duì)綜采工作面中綜采技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新，需要結(jié)合井下復(fù)雜地形條件的具體情況來制定技術(shù)方案，保證作業(yè)流程的規(guī)范性，在多工藝聯(lián)合=旋轉(zhuǎn)綜采中完成生產(chǎn)任務(wù)。優(yōu)化支護(hù)方案的實(shí)施效果，提高綜采作業(yè)的生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效益，發(fā)揮出先進(jìn)的工藝和技術(shù)的功能，為我國(guó)煤礦事業(yè)的發(fā)展起到助推的作用。