大傾角厚煤層開采技術分析

吳少勤

（陽城縣陽泰集團實業有限公司，山西 晉城 048100）

引 言

大傾角厚煤層開采工藝起步時間較晚，在實際開采作業極易出現各類突發安全事故，集中體現在回采設備不完善、煤礦安全支護控制理論不完備等方面，極大的制約了煤礦開采行業的發展。基于此，剖析大傾角厚煤層開采工藝具有實際意義，可從根源上消除安全隱患，保證煤炭生產作業的安全性。

1 簡述工程概況

本單位井田總開采面積達到5.68km2，年產能超過65萬t，預計設計生產年限達到25年。在整個礦井范圍內，主要包括2＃、10＃與17＃煤層，煤層平均厚度約為5.8m，結構復雜，個別部位含有至少兩層夾矸。當前主要針對2＃井實施開采作業，埋深超過350m，經測量得知，最大煤層傾向角為32°，且作業面起伏范圍較大，屬于典型的大傾角厚煤層綜合開采作業。在實際開采過程中，極易受到各類主客觀因素的影響，誘發生產安全事故。另外，大傾角厚煤層的回采作業難度系數較高，并伴有一定的風險性。

2 開采作業核心技術

施工人員使用回彈儀測試主采煤層及煤層夾矸，合理測定頂煤與夾矸強度；依托專業技術理論，測算工作面壓力強度等級與安全支撐架構的承載限度等。

根據工程所處區域的地質結構條件特征，構建三維模擬試驗臺，綜合分析傾斜回采作業基本規律，并模擬頂煤放出速度與煤矸分界面變化規律的動態變化關系。然后利用專業數值模擬軟件，定向標志顆粒的變化軌跡［1－3］。

依托鉆孔成像技術與超聲波技術，可探測地質構造斷裂帶與煤壁安全穩固性，揭示回采面與頂板周期受壓裂縫延展深度。同時采取棕繩＋注漿錨固作業的方式，處理地質構造斷裂帶與煤壁片幫段，進一步提升煤壁的安全穩定性。

針對錨索加固技術來說，注漿工藝發揮著不可替代的作用，其工序如下：

1）選擇煤壁超前注漿加固工藝，處理煤壁破損較為嚴重的區域，避免煤壁斷裂片大面積脫落造成工作面頂部的塌落。在布設注漿孔的過程中，要確保其與煤壁垂直，間隔距離控制在3m左右，設置在距離底板約2／3的位置［4］。

2）在煤壁上設置直徑約42mm的注漿孔，在設置過程中，需確保注漿孔與煤壁的位置保持垂直，然后再將直徑適宜的注漿管插入漿孔，并一同放置直徑約15mm的棕繩，最后，在注漿管內注入波雷音混合液。注漿效果，如96頁圖1所示。

應用上述注漿工藝和工作面頂管管理技術，可有效控制煤壁的破損。且回采面作業更加安全也更加穩定，回采面井注漿處理后形成的穩定煤壁，如第96頁圖2所示。

3 技術創新的主要內容

根據大傾角厚煤層工作面回采作業中存在的主要問題，采用超聲波探測技術、鉆孔窺探設備和三維物理模擬等多項技術不斷完善放頂回采的流程，從而提高頂煤的回采率以及設備運行質量。

圖1 煤壁注漿前后效果對比圖

圖2 回采面注漿后的穩定煤壁

1）利用超聲波探測和鉆孔窺視儀完成測量工作，明確大傾角縱放區巷道超前支撐壓力的影響范圍，地質破碎范圍和煤壁較為完整的范圍，從而明確超前支撐壓力作用下煤炭裂隙發育的基本規律和波速波長主要的變化趨勢。另外，深入分析頂煤破碎分區支撐應力分布之間的相關性，也為頂煤破碎預測工作提供了專業的依據［5］。

2）應用專業的PFC數值模擬軟件反演頂煤散體的形態，進而明確出煤層傾斜角度與頂煤放出體軸線的偏轉方程，科學選擇液壓支架放煤口的角度。此外，利用頂煤運移的現場監測以及頂煤散體放出模擬試驗，不斷完善放煤步距和放煤的流程。

3）利用超聲波探測和鉆孔窺視儀可探測到不同位置的裂隙發育規律，同時利用數值模擬詳細分析煤壁片幫的基本形式和運行機理。還要在作業現場利用棕繩與波雷音材料完成注漿棕繩制作，從而替代玻璃鋼注漿錨桿，不斷完善注漿加固的效果。在注漿施工時，注意將淺部注漿與深部注漿有機結合，這樣一方面保證了注漿的質量，另一方面也降低了企業的成本投入，在確保工程經濟效益的同時，也可獲得工程的安全效益。

4）經力學分析，作業人員可明確液壓支架荷載計算的主要方式，進而加強支架選型的合理性，在作業中應積極采取液壓支架防滑倒措施，增大支架的初撐力，或者也可采取超前支護等方式完善回采面頂板控制，不斷改進進刀方式，進而加快回采的速度，防止作業中采煤設備發生頻繁移位現象。

5）在回采面采煤機組行走輪作業中，經常會存在應力集中的情況。工作人員需對采煤機組開展定期的維修和養護工作，在每日工作結束后進行注油潤滑，并結合實際情況做好破底工作，從而降低機組壓力，保證設備的正常運行。另外，還可以通過專用推拉裝置的制作來減少大傾角中回采難度大等問題，以此確保轉載機的運行效率，提高回采作業的質量［6］。

4 回采面頂煤回收率實測分析

在回采面頂煤回收率實測作業中，首先需要在回采面上進行鉆孔設置。每40m左右的距離上設置4個鉆孔，且鉆孔的距離要保證距離機道梁端1m左右，鉆孔深度要與回采面頂煤厚度保持一致。鉆孔布設完成后，在每個鉆孔中設置8個左右的RF標簽，標簽距離控制在0.5m左右為宜。再者，還需在運輸航道膠帶機機頭的位置上設置相應的無線電接受裝置，便于指令的傳輸。回采作業中，RF標簽會在頂煤放出后直接進入后溜子中，之后再利用信號傳輸裝置對標簽數量進行準確掌握，并通過系統計算得出頂煤放落的回收率。在實測過程中，一共測得回收的標簽數量在28個左右，占總體的87%。相關設備布設示意圖，如圖3所示。

圖3 回采面頂煤回收率監測設備布置示意圖

5 結語

綜上所述，利用大傾角回采面實施回采作業，不僅開機率得到了顯著的提升，增大了采煤量，同時還降低了各方面的消耗，為企業創造了更多經濟效益。同時，通過該方式的使用也避免了采煤中危險事故的發生，保證了回采作業的安全性、高效性和完整性，進而為煤礦企業的可持續發展奠定了堅實的基礎。