苗 磊 張魯寧

（肥城礦業(yè)集團(tuán)單縣能源有限責(zé)任公司，山東 荷澤 274300）

通常情況下，在煤礦開(kāi)采作業(yè)的過(guò)程中，大傾角三軟煤層的處理難度是最大的，一般針對(duì)煤層埋深角超過(guò)35°的結(jié)構(gòu)，在這樣的背景下，由于開(kāi)采的震顫及振動(dòng)，需要對(duì)各個(gè)工作面進(jìn)行防護(hù)，尤其是進(jìn)行防飛矸安全處理[1]。但是防飛矸方法多使用定向回采技術(shù)，雖然這類方法可以保障日常開(kāi)采安全，但是缺少針對(duì)性和關(guān)聯(lián)性，回采的形式單一，再加上外部環(huán)境及特定因素的影響，導(dǎo)致最終獲取的回采效果受到限制。為此提出對(duì)大傾角三軟煤層智能化采煤工作面防飛矸安全回采技術(shù)。這次以較為真實(shí)的工程為例進(jìn)行研究，針對(duì)大傾角三軟煤層的實(shí)際開(kāi)采需求及標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)更靈活、多變的回采結(jié)構(gòu)，結(jié)合當(dāng)前的防飛矸要求，對(duì)具體的位置進(jìn)行轉(zhuǎn)換標(biāo)定，形成更穩(wěn)定的開(kāi)采環(huán)境。此外，通過(guò)最新的輔助技術(shù)與開(kāi)采方法，更精準(zhǔn)地計(jì)算防飛矸回采結(jié)構(gòu)的埋深角度，控制在35°以內(nèi)為最佳[2]。在短時(shí)間內(nèi)形成完整、具體的回采防護(hù)工程結(jié)構(gòu)，為后續(xù)環(huán)節(jié)的施工處理奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

1 工程概況

這次主要是對(duì)大傾角三軟煤層智能化采煤工作面防飛矸安全回采技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析，考慮到最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性與可靠性，選定肥城礦業(yè)集團(tuán)單縣能源有限責(zé)任公司下屬設(shè)置的A煤礦開(kāi)采工程作為測(cè)試的主要目標(biāo)對(duì)象，該煤礦的IV269 工作面屬于綜采工作面，經(jīng)過(guò)開(kāi)采前的調(diào)研及地質(zhì)分析可知，該煤礦的煤層分布屬于單斜煤層。該煤層在地質(zhì)環(huán)境的影響下經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)狀變化和相互對(duì)稱等問(wèn)題，部分構(gòu)造還出現(xiàn)了全巖段的情況[4]。在初期的開(kāi)采作業(yè)過(guò)程中，為了進(jìn)一步保證工程順利實(shí)施，施工人員進(jìn)行防飛矸結(jié)構(gòu)建設(shè)，但是回采處理環(huán)節(jié)出現(xiàn)了一些不可控的問(wèn)題，大傾角煤層地質(zhì)構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜，構(gòu)造帶較多，煤層厚度和頂板情況變化多，導(dǎo)致正常生產(chǎn)速度及生產(chǎn)量受到限制。因?yàn)閮A角大飛研有較大的安全隱患，工作面正常生產(chǎn)和作業(yè)人員安全受到影響，經(jīng)過(guò)對(duì)發(fā)生的事故調(diào)查，試圖找到一種解決消除大傾角綜采工作面的方法。由于煤層整體層狀結(jié)構(gòu)較厚，IV429 工作面標(biāo)高值設(shè)定的是-584m～715m，單向煤層為1.25m，測(cè)定得出的平均傾角為36°，甚至部分嚴(yán)重區(qū)域的傾角可以達(dá)到42°，超出預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍，形成安全隱患，對(duì)工程的推進(jìn)造成阻礙[5]。不僅如此，回采處理及結(jié)構(gòu)搭接不合理，一定程度上還導(dǎo)致防飛矸結(jié)構(gòu)的承載力及荷載值下降，采用工作面的循環(huán)進(jìn)度值降至0.35 以下，內(nèi)置結(jié)構(gòu)支護(hù)加固效果受到限制[6]。

另外，在進(jìn)行防飛矸回采處理的過(guò)程中，移架順序和防護(hù)的方向并不明確，導(dǎo)致防飛矸的標(biāo)定點(diǎn)位出現(xiàn)誤差，當(dāng)煤機(jī)在開(kāi)采時(shí)，移動(dòng)范圍較小，支護(hù)處理效果較難提升[7]?；夭商幚硪话銜?huì)采用由下向上的推溜方式實(shí)現(xiàn)后期的加固處理，但是這次工程由于性質(zhì)是大傾角的三軟煤層，推溜加固結(jié)果并不理想，一定程度上也影響了同期的回采效果。綜合上述分析與施工概況的簡(jiǎn)述，提取存在的問(wèn)題，制定解決方案，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的防飛矸回采處理工作。

2 設(shè)計(jì)大傾角三軟煤層防飛矸安全回采技術(shù)

2.1 交接處理及設(shè)備上竄及下滑設(shè)置

針對(duì)防飛矸回采處理目標(biāo)及任務(wù)的設(shè)定，結(jié)合實(shí)際的施工作業(yè)需求和標(biāo)準(zhǔn)的變化，設(shè)置具體細(xì)化的交接流程，對(duì)所應(yīng)用的施工回采設(shè)備及裝置進(jìn)行竄及下滑設(shè)定，保證其處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。將此時(shí)的煤礦工作面調(diào)整至偽斜形式，結(jié)合實(shí)際開(kāi)采情況制定對(duì)應(yīng)的回采交接標(biāo)準(zhǔn)，將偽斜角度設(shè)定為煤層的1/4，適當(dāng)增加工作面的移動(dòng)量，一定程度上可以抵消下滑量，避免后期回采出現(xiàn)下滑、沉降等問(wèn)題，完成初始交接任務(wù)。

以此為基礎(chǔ)，對(duì)工作面中的設(shè)備進(jìn)行基點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)，結(jié)合當(dāng)前的運(yùn)行需求，進(jìn)行自上而下的推溜處理，以機(jī)尾作為核心控制調(diào)基點(diǎn)，設(shè)置搭接的間距為1.5m，對(duì)使用過(guò)程中存在的阻力值進(jìn)行控制，設(shè)置后拉的千斤頂，標(biāo)定具體的應(yīng)用位置，與輔助性的支架形成等承載的壓力，增加設(shè)備的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)支架進(jìn)行固定處理。

2.2 移轉(zhuǎn)載機(jī)及液壓回采支架設(shè)置

完成對(duì)交接處理及設(shè)備上竄及下滑的設(shè)置后，接下來(lái)結(jié)合當(dāng)前的施工要求，進(jìn)行移轉(zhuǎn)載機(jī)及液壓支架的設(shè)置，轉(zhuǎn)載機(jī)的移動(dòng)與應(yīng)用是較為復(fù)雜且煩瑣的，需要有較強(qiáng)的針對(duì)性，所以，在進(jìn)行割煤回采處理作業(yè)前，結(jié)合輔助支架的設(shè)定，先對(duì)倒架覆蓋范圍進(jìn)行計(jì)算，如公式（1）所示。

式中：G為倒架覆蓋范圍；α為轉(zhuǎn)換比；?為輸送距離；o為移動(dòng)間距；?為與支架的重合距離。

根據(jù)上述測(cè)定，對(duì)倒架覆蓋范圍進(jìn)行計(jì)算，在該范圍內(nèi)，進(jìn)行轉(zhuǎn)載機(jī)的定向移動(dòng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的浮煤進(jìn)行清理，將裝載機(jī)和其他的設(shè)備進(jìn)行搭接，形成循環(huán)性的應(yīng)用控制結(jié)構(gòu)。以此為基礎(chǔ)，還要設(shè)置液壓支架。液壓支架的工作原理是用來(lái)控制采煤工作面礦山壓力的結(jié)構(gòu)物體。采面礦壓以外載的形式作用在液壓支架上。在液壓支架和采面圍巖相互作用的力學(xué)系統(tǒng)里，如果液壓支架的各支承件合力與頂板作用在液壓支架上的外載合力正好是同一直線，該液壓支架對(duì)此采面圍巖十分適應(yīng)，對(duì)當(dāng)前的綜采工作面回采處理來(lái)說(shuō)，液壓支架的使用效果比普通的鋼結(jié)構(gòu)支架更好，不僅可以保障煤礦開(kāi)采的安全，同時(shí)也有利于保證圍巖的穩(wěn)定性。

首先，在大傾角三軟煤層的覆蓋范圍內(nèi)設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，用于日常數(shù)據(jù)及信息的開(kāi)采，將液壓支架和頂板相連，在支架移動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)形成下滑力，所以盡量調(diào)整好支架的角度和支撐受力方向，在進(jìn)行升架的過(guò)程中，控制支架的初撐力變動(dòng)比在1.25～3.66 為最佳，此時(shí)，計(jì)算液壓支架中的底座和底板的摩擦力，設(shè)定合理的支撐高度，一般為2.5m～3.5m，在預(yù)設(shè)的回采處理過(guò)程中，將防飛矸的結(jié)構(gòu)與液壓支架關(guān)聯(lián)和搭接，形成組合性的支撐結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

根據(jù)圖1 對(duì)液壓支架與防飛矸組合支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行接頂處理，在支架的頂端固定，防止支架偏移，此時(shí)，液壓支架在與防飛矸結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)聯(lián)時(shí)有一定的支撐力，也可以結(jié)合實(shí)際的情況進(jìn)行斜撐處理，利用側(cè)護(hù)板面慢慢進(jìn)行扶正，來(lái)構(gòu)建預(yù)期的回采處理環(huán)境。

2.3 設(shè)定隔離墻及多階超前回采支護(hù)處理

完成對(duì)移轉(zhuǎn)載機(jī)及液壓回采支架的設(shè)置后，接下來(lái)結(jié)合當(dāng)前的建設(shè)回采需求，結(jié)合防飛矸及大傾角三軟煤層的開(kāi)采作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定隔離墻，并建設(shè)多階超前回采支護(hù)處理結(jié)構(gòu)。通常情況下，隔離墻的建設(shè)僅針對(duì)防飛矸節(jié)后的后期接入及防護(hù)，可以結(jié)合部署的支撐回護(hù)點(diǎn)，合理調(diào)整回采支撐結(jié)構(gòu)的覆蓋范圍，最大程度地降低回采下沉，進(jìn)一步提高實(shí)際的回采處理安全程度[8]。液壓回采后大傾角三軟煤層將逐漸垮落，矸石在垮落、擠壓、碰撞的過(guò)程中有向隔離墻竄出的趨勢(shì)，同時(shí)碎石幫在未壓實(shí)穩(wěn)定時(shí)容易向隔離墻鼓出變形，因此實(shí)施過(guò)程中必須結(jié)合防飛矸及大傾角三軟煤層進(jìn)行擋矸支護(hù)。首先，需要確定設(shè)置隔離墻的位置，如圖2 所示。

圖2 工作面防飛矸回采隔離墻設(shè)置結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖2，完成對(duì)工作面防飛矸回采隔離墻設(shè)置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以此為基礎(chǔ)，還需要在隔離墻的后方設(shè)置防抽漏結(jié)構(gòu)，對(duì)上方的回采層進(jìn)行更有效地處理，避免嚴(yán)重倒架問(wèn)題的出現(xiàn)。接下來(lái)，綜合當(dāng)前的施工近況，進(jìn)行多階超前回采支護(hù)的處理和設(shè)定，與傳統(tǒng)的智支護(hù)結(jié)構(gòu)不同的是，大傾角三軟煤層的防飛矸回采情況較為多變，所以需要設(shè)置多階的支護(hù)加固框架[9]。防飛矸回采隔離墻的巖體不穩(wěn)定，完整性較差，且大傾角三軟煤層周圍環(huán)境多變，其變形產(chǎn)生的破壞力和松軟的土質(zhì)結(jié)構(gòu)一樣，具有一定的坍塌概率。由于大傾角三軟煤層完整性不好、周圍環(huán)境復(fù)雜，因此維護(hù)會(huì)比較困難。隔離墻受陷落柱的影響，支撐回護(hù)點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致變形，將對(duì)防飛矸回采隔離墻造成嚴(yán)重毀壞，影響采煤工作生產(chǎn)進(jìn)行。因此，當(dāng)面對(duì)大傾角三軟煤層的防飛矸回采情況時(shí)，必須采用針對(duì)性的支護(hù)加固技術(shù)。首先，需要設(shè)置此時(shí)綜采工作面的回采支護(hù)標(biāo)高值，見(jiàn)表1。

表1 綜采工作面回采支護(hù)標(biāo)高值設(shè)置表

根據(jù)表1，完成對(duì)綜采工作面回采支護(hù)標(biāo)高值的設(shè)置。接下來(lái)，根據(jù)支護(hù)的處理范圍，對(duì)下設(shè)的支撐點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)整和轉(zhuǎn)換，確保防飛矸回采結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，回采的處理位置不再發(fā)生變化。但是這部分需要注意的是，防飛矸回采架可以采用間隔移架的方法，避免下滑，還可以量支護(hù)加固結(jié)構(gòu)與實(shí)踐應(yīng)用的設(shè)備進(jìn)行搭接關(guān)聯(lián)，時(shí)刻遵循“初撐力第一”的回采處理原則，保證支撐力均勻，提高最終的防飛矸安全回采效果。

2.4 回護(hù)防飛矸加固實(shí)現(xiàn)回采目標(biāo)

完成對(duì)設(shè)定隔離墻及多階超前回采支護(hù)的處理后，接下來(lái)，采用回護(hù)防飛矸加固的方式實(shí)現(xiàn)最終的安全回采目標(biāo)。在回采結(jié)構(gòu)中加設(shè)防飛矸膠帶，設(shè)置的高度值為2.5m～3.5m 為最佳，回采覆蓋寬度值為1.2m，防飛矸作用的間隔控制在10.5m～12.3m。此時(shí)，當(dāng)工作面設(shè)置的防飛矸結(jié)構(gòu)和回采處理結(jié)構(gòu)出現(xiàn)堆疊時(shí)，要在頂板位置設(shè)置擋煤板裝置，對(duì)回護(hù)搭接鏈板進(jìn)行封嚴(yán)處理，最大程度地減少回采處理所帶來(lái)的安全隱患，同時(shí)達(dá)到加固與回采的雙向施工目的。

但是這部分需要注意的是，對(duì)大傾角三軟煤層的回采處理工作來(lái)說(shuō)，需要對(duì)每個(gè)回采位置進(jìn)行精準(zhǔn)定點(diǎn)，盡量避免存在的防飛矸回采誤差出現(xiàn)，可以根據(jù)要求適當(dāng)加設(shè)上多道防飛矸限制用網(wǎng)，間隔控制在1.35m～2.21m，為后續(xù)煤礦的開(kāi)采作業(yè)奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)，維護(hù)施工環(huán)境。

3 實(shí)例結(jié)果驗(yàn)證分析

根據(jù)上述測(cè)定，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，選定該高采煤工作面作為基礎(chǔ)測(cè)定目標(biāo)，具體標(biāo)定出5 回采點(diǎn)測(cè)試研究，利用專業(yè)的設(shè)備和裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集，見(jiàn)表2。

表2 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析表

根據(jù)表2，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，針對(duì)選定的5 個(gè)回采點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，最終得出的回采偏移值均控制在0.2m 以內(nèi)，說(shuō)明這種防飛矸回采技術(shù)的針對(duì)性與穩(wěn)定性較高，回采的處理質(zhì)量較高，誤差可控，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，以上是對(duì)大傾角三軟煤層智能化采煤工作面防飛矸安全回采技術(shù)的設(shè)計(jì)與分析驗(yàn)證，與傳統(tǒng)的回采形式進(jìn)行比對(duì)，這次所設(shè)計(jì)的回采結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、多元，在復(fù)雜的背景環(huán)境下，也可以更好地滿足設(shè)計(jì)的防飛矸需求及標(biāo)準(zhǔn)，此外，對(duì)回采支架所形成的彎曲、傾斜以及下滑等問(wèn)題來(lái)說(shuō)，結(jié)合大傾角三軟煤層的開(kāi)采方向及標(biāo)定位置，制定相對(duì)應(yīng)的回采方案，增設(shè)防飛矸裝置，最大限度地保障施工人員的人身安全，提高煤礦開(kāi)采的穩(wěn)定性，為后續(xù)相關(guān)行業(yè)和技術(shù)的創(chuàng)新提供參考。