高鵬林

(大同煤礦集團(tuán)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(jìn)技術(shù)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(fù)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(shù)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(yán)重影響了井下綜采作業(yè)的效率和安全性[1]。本文結(jié)合井下復(fù)雜地形條件，提出了一種新的煤礦井下復(fù)雜地形條件下的綜采面綜采技術(shù)方案，專門針對(duì)復(fù)雜地形條件下的綜采特點(diǎn)，采用多工藝聯(lián)合旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)方案，優(yōu)化巷道支護(hù)方案、綜采作業(yè)流程等，實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜地形條件下的綜采作業(yè)安全，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 綜采面巷道支護(hù)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(shí)避免支架的臥底，因此在工作面的上下巷道掘進(jìn)時(shí)采用破三角底的方案，破三角底的設(shè)置為1 100 mm。為了確保巷道的穩(wěn)定性，以井下標(biāo)準(zhǔn)的4 500 mm寬的巷道為研究對(duì)象，在其全斷面設(shè)置11根錨桿支護(hù)，頂板選擇直徑為20 mm的高強(qiáng)度螺紋鋼加長錨固錨桿，各錨桿間的間距設(shè)置為800 mm，錨桿在支護(hù)時(shí)的預(yù)緊力矩設(shè)置為400 N·m，頂板的錨索排距設(shè)置為1 600 mm，為了加強(qiáng)支護(hù)，每兩排錨桿上設(shè)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(shè)置為6.3 m，每根需要外露300 mm，滿足快速拆卸的需求，同時(shí)為了能夠滿足不同煤層傾角條件下的巷道支護(hù)靈活性，可將2根錨索設(shè)置在與頂板垂直的方向上，實(shí)現(xiàn)多角度的可靠支護(hù)。該支護(hù)方案具有結(jié)構(gòu)簡單、支護(hù)和收撤作業(yè)方便的特點(diǎn)，能夠顯著降低支護(hù)作業(yè)時(shí)間和成本，復(fù)雜地形條件下的巷道支護(hù)方案如圖1所示[2]。

圖1 復(fù)雜地形條件下的巷道支護(hù)方案(mm)

2 復(fù)雜地形條件下的巷道超前支護(hù)管理

對(duì)井下巷道的超前支護(hù)可采用DZ2800型單體柱配合π型梁支護(hù)頂板，π型梁垂直巷道布置。運(yùn)輸順槽梁長3.8 m，回風(fēng)順槽梁長2.8 m，采用一梁三柱的支護(hù)形式，靠幫單體柱支設(shè)在距梁端200 mm處，相鄰兩長梁間距1 m,兩巷超前支護(hù)隨推進(jìn)而前移。支設(shè)時(shí)，三用閥的出液口指向古塘側(cè)，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(shè)高度的三分之一，超前和端頭支護(hù)的單體柱必須進(jìn)行壓力監(jiān)測，初撐力要求超前支柱、端頭支柱達(dá)到90 kN以上，井下巷道超前支護(hù)結(jié)構(gòu)如第149頁圖2所示[3]。

圖2 井下巷道超前支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖(mm)

3 多工藝聯(lián)合旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)

復(fù)雜地形條件下綜采面分布不規(guī)則，采煤機(jī)在綜采作業(yè)過程中經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)頭和機(jī)尾位置與煤壁的相互干涉，經(jīng)過多次實(shí)地驗(yàn)證和改善后，提出了多工藝聯(lián)合旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)技術(shù)，依據(jù)井下實(shí)際地質(zhì)條件將單向綜采工藝、雙向綜采工藝和旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)[4]方案進(jìn)行綜合，實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)開采是一種能夠在井下狹窄區(qū)域內(nèi)進(jìn)行開采的綜采技術(shù)方案，在旋轉(zhuǎn)開采過程中上下巷推進(jìn)的長度比例為3:1，即，井下回風(fēng)巷推進(jìn)3刀(包括1個(gè)通刀和2個(gè)短刀，2個(gè)短刀可分別從1/3位置和2/3支架處向著回風(fēng)巷進(jìn)刀)，運(yùn)輸巷對(duì)應(yīng)地推進(jìn)1刀，在運(yùn)輸巷進(jìn)刀的主要作用是調(diào)整綜采面各個(gè)支架的支護(hù)狀態(tài)，使其避開下端側(cè)的應(yīng)力集中區(qū)域，回風(fēng)巷內(nèi)采用短刀和通刀的作用則是利于在狹窄巷道內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和調(diào)架，井下旋轉(zhuǎn)開采方式如圖3所示[5]。

圖3 煤礦井下旋轉(zhuǎn)開采原理(m)

4 綜采作業(yè)流程及采煤機(jī)進(jìn)刀方式

復(fù)雜地質(zhì)條件下，為了確保綜采作業(yè)的連續(xù)性和效率，適當(dāng)?shù)貙?duì)綜采作業(yè)流程進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的流程為：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)→支回柱(端頭、超前)，采煤機(jī)在進(jìn)刀時(shí)采用在工作面端頭斜切進(jìn)刀法，進(jìn)刀深度0.5 m，無鏈電牽引，牽引速度0.5 m/s。首先采煤機(jī)開至頭或尾部再升起后滾筒，降下前滾筒，推移運(yùn)輸機(jī)于工作面端頭大約15 m處，然后采煤機(jī)斜切進(jìn)刀，直至滾筒完全切入煤壁，斜切進(jìn)刀長度大約為30 m，對(duì)調(diào)前后滾筒上下位置，推移端部15 m處運(yùn)輸機(jī)，采煤機(jī)開向端部，移架，推前溜，放頂煤，拉后部運(yùn)輸機(jī)，然后再對(duì)調(diào)采煤機(jī)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(jī)反向牽引，來回2次～3次，將三角段浮煤掃清之后，采煤機(jī)正常割煤至尾部，尾部斜切進(jìn)刀與頭部斜切進(jìn)刀方式相同。

5 結(jié)論

本文針對(duì)復(fù)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(jīng)濟(jì)性差的缺陷，提出了一種新的煤礦井下復(fù)雜地形條件下的綜采面綜采技術(shù)，對(duì)復(fù)雜地形條件下的巷道支護(hù)方案、巷道超前支護(hù)管理、多工藝聯(lián)合旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)及綜采作業(yè)流程等進(jìn)行了分析，根據(jù)實(shí)際分析結(jié)果可知：

1) 錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)的方案，能夠?qū)崿F(xiàn)多角度的可靠支護(hù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、支護(hù)和收撤作業(yè)方便的特點(diǎn)，能夠顯著降低支護(hù)作業(yè)時(shí)間和成本。

2) 多工藝聯(lián)合旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)技術(shù)，依據(jù)井下實(shí)際地質(zhì)條件將單向綜采工藝、雙向綜采工藝和旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)方案進(jìn)行綜合，實(shí)現(xiàn)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(fù)雜地形條件下宜采用采煤機(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)→支回柱(端頭、超前)的綜采作業(yè)技術(shù)方案，能夠有效確保綜采作業(yè)的連續(xù)性和效率。