煤礦井下復雜地形條件綜采面綜采技術的應用研究

趙新建

（山西焦煤西山煤電鎮城底礦，山西 太原 030203）

在我國煤礦產業的現代化建設和發展中，煤礦生產活動面對著愈發復雜的綜采工作面地形條件，生產中工作人員需要結合煤層條件現狀，突破傳統的綜采工藝技術的局限性約束，提高綜采技術水平、工藝效果，促進煤炭回采質量和效率的進一步提升，防范頂板冒頂事故等安全問題的發生。

1 綜采面巷道支護方案及技術優勢

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險為切入點，制定綜采面巷道支護方案。在實施上下巷道的掘進生產活動環節，以破三角底的形式進行方案，破三角底設置為1 100 mm，井下4 500 mm 寬的巷道的目的是維護巷道穩定，提高錨桿支護水平。設置錨桿時，在全斷面設計11 根，利用高強度螺紋鋼，調整錨桿間距，間距保持80 cm[1]。設置預緊力矩是支護錨桿作業的重要環節，其預緊力矩為400 N·m，設定1 600 mm 頂板錨索排距，在每兩排的錨桿上設置一排錨索，以達到加強支護效果的目的。每排錨所數量為3 條，在錨桿排的中間選擇放置位置。

錨桿支護作業中，要保證外露一部分錨索，長度為30 cm，以達到快速拆卸的目的，為后續的拆卸作業創造便捷的前提條件。為了確保巷道支護作業的靈活性，要使用2 根錨索，與頂板相互垂直，滿足煤層傾角支護要求，發揮錨索功能，從多個角度進行支護，增強支護的可靠性[2]。利用該支護方案，可以便捷的進行收撤作業，整體的支護結構較為簡單，針對支護作業的時間成本、人力資源成本，均形成了一定的節約作用，在復雜地形條件下制定巷道支護方案，對煤炭綜采率低問題進行改造，加強對冒頂事故風險的有效防范，改善煤炭綜采經濟效益不理想的問題，復雜地形條件下的巷道支護方案，如圖1 所示。

圖1 復雜地形條件下的巷道支護方案

為了在綜采面進行綜采作業，提高綜采技術水平，要利用多種方法加強對不同類型工藝的合理運用，例如選擇超前支護的方式，或是采取多工藝聯合旋轉綜采作業等方法，取得了理想的效果，利用錨桿和錨索的聯合功能，發揮多角度支護作用，支護可靠性強。根據井下的地質條件，利用多工藝聯合旋轉綜采作業技術，立足于實際，可以靈活的進行綜采作業，綜合了單項綜采技術、雙項綜采技術和旋轉開采技術，提高井下綜采活動的靈活性，將多種工藝技術聯合在一起進行生產活動，提高了煤炭回采率，保證綜采面頂板的安全性和穩定性效果。在復雜地形條件下的礦井生產作業中，制定綜采作業技術方案時，要按照采煤機斜切進刀的方式進行逐步的施工，完成整體的綜采作業任務，優化技術方案的應用效果，連續進行綜采作業生產，提高生產質量、生產效率[3]。

2 煤礦井下復雜地形條件的綜采面綜采技術應用要點

2.1 巷道超前支護管理技術

地形條件復雜程度較高的情況下，利用綜采技術，需要綜合考量地形條件，借助DJZ2800 型單體柱，做好超前支護工作，提高井下巷道的支護管理水平。實施井下巷道超前支護作業環節，使用到了Π 型梁支護頂板，以垂直的形式對巷道進行布置，回風長度為2.8 m、運輸順槽梁長的長度為3.8 m。為了增強支護效果，應采取一梁三柱的支護形式，合理設置靠幫單體柱，選擇的位置應以距梁端20 cm 的位置為主，常量間距的控制中，針對相鄰的兩長梁間距管控應調整為1 m。隨著工作面的推進前移，兩巷超前支護在支設支護結構的過程中，以古塘側為三用閥的出液口。

單體柱初撐力應超過90 kN，在放頂煤之前需要確保已經完成初次來壓，使用防倒裝置，在超前單體支柱中做好防護處理，使用防墜裝置，設置在頂梁位置，加強安全管控，防止出現安全事故風險。使用防倒裝置時，要采取剛性連接的方法，對連接高度進行調整，對比支柱支設的高度，連接的高度應超過支柱支設高度的1/3，加強壓力監測。對超前支護單體柱和端頭支護單體柱的壓力情況要加強動態監測，超前支柱的初撐力以及端頭支柱的初撐力均應大于90 kN，增強井下巷道超前支護效果的穩定性[4]。

2.2 多工藝聯合旋轉綜采技術

在復雜地形條件下，使用多工藝聯合旋轉綜采技術進行生產作業，主要是結合復雜地形條件的具體情況，制定綜采技術方案，由于復雜的地形條件下存在著綜采面分布規則性不足的問題，使用采煤機進行生產時，很容易出現機頭、機尾和煤壁之間產生互相干涉的現象，綜采作業的順利實施環境受到了破壞。因此需要加強對實際情況的考察、驗證、分析，改善復雜地形條件下綜采面分布不規則所帶來的問題。利用多工藝聯合旋轉綜采技術進行生產作業，集中多種技術和工藝手段，適應井下的地質條件情況和生產作業需求，包括單向動態工藝、雙向綜采工藝、旋轉開采技術手段，綜合利用多種工藝和技術方法，制定可行的技術方案，強化井下綜采活動的靈活性和有效性，提高煤炭的回采率，確保綜采工作面頂板具有一定的穩定性，煤礦井下旋轉開采原理，如圖2 所示。

圖2 煤礦井下旋轉開采原理

多工藝聯合旋轉綜采技術作業方案的制定和實施中，工作人員要加強對復雜地形條件的綜合考量，了解綜采面分布不規則的客觀情況，對旋轉開采技術方案進行規劃。旋轉開采作為一種技術手段、技術方法，指的是在井下狹窄區域展開開采作業，在旋轉開采環節，上下巷推刀的比例為3∶1。也就是在井下回風巷道內推進3 刀，其中涵蓋了通刀和短刀兩個部分，二者的比例為1∶2，使用2 個短刀向回風巷展開進刀作業，三刀推作業環節，運輸巷相應的也會按照3∶1 的比例推進1 刀。在運輸巷道位置進刀具有調整功能，可以對綜采面各個支架的支護狀態進行調整，防止出現應力集中的情況，將下端側的應力集中區域避開，回風巷道內通刀和短刀相互協作形成了一定的有效作用，在狹窄巷道內進行調架旋轉，提高煤礦井下旋轉開采的效率[5]。

2.3 綜采作業流程和采煤機進刀方式

在煤礦生產中，如果地質條件的復雜程度較高，煤炭井下生產的過程中，生產作業人員需要以提高綜采綜合作業效率為目的，保證綜采作業安全性連續性，需要通過優化綜采作業流程的方式，改進綜采作業中存在的不足問題。對作業流程進行調整，優化綜采作業的方案內容，按照采煤機斜切進刀、割煤、移架、推前溜、放頂煤、拉后溜、前移轉載機、端頭支回柱、超前支回柱的流程，對原有的綜采作業流程進行改進。在采煤及進刀作業的環節，需要采取端頭斜切進刀法，對綜采工作面進行進刀處理和施工，控制進刀深度為0.5 m，牽引速度為秒0.5 m/s，無鏈電牽引。

在前期施工階段需要在頭部、尾部位置對采煤機進行移動，降低前滾筒的位置，推移運輸機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切入，應使用斜切進刀法進行切入處理，科學的控制斜切進刀長度，按照30 m 的標準，調整和互換滾筒上下位置，促使運輸機的推移，在端部15m 處位置，采煤機向端部移動，對調采煤機前后滾筒的過程中要將上下位置作為處理要點，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，處理時采取前滾筒割底的方式。最終采取反向牽引的方式進行采煤機生產，來回兩次或三次掃清三角段的浮煤，在割煤生產中，采煤機正常到達尾部位置，選擇與頭部斜切進刀方式相同的方法進行尾部的斜切進刀處理[6]。

3 結論

在煤礦井下生產的復雜地形條件下，加強對綜采工作面中綜采技術的優化和創新，需要結合井下復雜地形條件的具體情況來制定技術方案，保證作業流程的規范性，在多工藝聯合=旋轉綜采中完成生產任務。優化支護方案的實施效果，提高綜采作業的生產安全、生產效益，發揮出先進的工藝和技術的功能，為我國煤礦事業的發展起到助推的作用。