煤礦開(kāi)采巷道的布置與采煤工藝技術(shù)分析

王兵峰

（山西天地王坡煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048003）

引言

獲取煤炭資源的主要方式為煤礦開(kāi)采，該過(guò)程具有較高的危險(xiǎn)性，需要將巷道布置和采煤工藝的選擇作為重點(diǎn)工作任務(wù)，提高煤礦生產(chǎn)的安全性。在開(kāi)采時(shí)，需要采用合理策略與布置技術(shù)布置巷道，保障掘進(jìn)過(guò)程的安全性。煤礦企業(yè)需要積極引進(jìn)先進(jìn)的開(kāi)采技術(shù)，提高煤礦開(kāi)采的效率及質(zhì)量，順應(yīng)煤礦行業(yè)迅速發(fā)展的潮流[1]。

1 3203 工作面概況

在王坡煤礦開(kāi)采過(guò)程中，3203 工作面回風(fēng)順槽單軌吊現(xiàn)已完成安裝工作，并完成單軌吊的試運(yùn)行作業(yè)，現(xiàn)開(kāi)始進(jìn)行日常單軌吊的使用，為保證單軌吊機(jī)車(chē)運(yùn)輸安全且保質(zhì)保量完成運(yùn)輸任務(wù)，特制訂以下安全技術(shù)措施。在地面位置方面，工作面范圍對(duì)應(yīng)地表為山區(qū)形地貌，地表以林地、荒地為主。在回采對(duì)地面設(shè)施的影響方面，工作面地面無(wú)村莊建筑，無(wú)水體、無(wú)鐵路設(shè)施，對(duì)地面設(shè)施無(wú)較大影響。在井下位置與四鄰位置關(guān)系方面，3203 工作面北側(cè)為3209HS 工作面采空區(qū)，東側(cè)為3201 工作面采空區(qū)、西側(cè)為3205 工作面采空區(qū)，3203 工作面整體傾向東高西低。

該煤層以黑色、亮煤為主，具有金屬-玻璃光澤，堅(jiān)硬、性脆，局部煤質(zhì)松軟、破碎，局部含1～2 層夾矸。煤層頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

在水文地質(zhì)方面，該工作面地表無(wú)河流、水庫(kù)等水體存在，無(wú)地表水害威脅；頂板主要充水含水層為頂板砂巖裂隙含水層，富水性極差，可能會(huì)在掘進(jìn)過(guò)程中滲入巷道之內(nèi)?；夭善陂g隨采動(dòng)影響，煤層局部可能存在頂板裂隙發(fā)育，導(dǎo)通上覆砂巖裂隙含水層，造成頂板淋水，因頂板含水層富水性極差使淋水量很小。因此，工作面無(wú)頂板水害威脅。

2 煤礦開(kāi)采中的巷道布置

2.1 近距離煤層的巷道布置策略

在巷道布置時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況采取合理科學(xué)的布置方法，有利于巷道掘進(jìn)工作的順利開(kāi)展并保障作業(yè)人員的人身安全。

當(dāng)前，在煤礦開(kāi)采的過(guò)程中，相鄰煤層之間的距離日益減小，上部煤層在開(kāi)采過(guò)程中可能會(huì)對(duì)下部煤頂板造成負(fù)面影響。以往的巷道布置模式導(dǎo)致上層煤層開(kāi)采完畢后遺留煤柱作用于下層頂板，作用力較大會(huì)對(duì)施工人員造成安全隱患。若上下煤層布置預(yù)留空間較小，可保持上下面積長(zhǎng)寬相等，不預(yù)留安全煤，使煤礦開(kāi)采率提升；但上下煤層在開(kāi)采時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定作用力，無(wú)法同時(shí)進(jìn)行開(kāi)采，在上層開(kāi)采時(shí)使下層頂板承受壓力較大，不利于施工順利進(jìn)行。因此，可以采取沿空留巷的巷道布置方法，可合理解決上下煤層間距較近的問(wèn)題，且布置方法簡(jiǎn)便。

需要優(yōu)化巷道的布置方式，提高整體開(kāi)采效率。在布置過(guò)程中，需要分析煤層巷道下側(cè)底板受到的壓力，避免出現(xiàn)頂板下落問(wèn)題，提高開(kāi)采過(guò)程的安全性。在煤層之間的距離過(guò)小時(shí)，可以采取重疊布置的方式，將相同長(zhǎng)度的煤層安裝到回采巷道中，嚴(yán)格按照技術(shù)方案完成施工任務(wù)[2-3]。

2.2 多煤層巷道布置技術(shù)

在使用該布置技術(shù)時(shí)，需要確保上下層煤層之間的穩(wěn)定性，使其滿足相關(guān)需求，確保煤層的距離及范圍維持在一定范圍之內(nèi)，深入分析頂部以及巖層的多種特征，科學(xué)選擇煤礦開(kāi)采技術(shù)。同時(shí)，在布置煤層的過(guò)程中，需要提高上層的安全性，加強(qiáng)支撐作用，鋪設(shè)支撐板，提高煤柱的支撐能力，使其起到牢固保護(hù)的作用。

2.3 高瓦斯煤層巷道布置策略

在開(kāi)采過(guò)程中，可能會(huì)涌現(xiàn)出大量的瓦斯氣體。為了改善此現(xiàn)象，需要提前分析現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)生產(chǎn)需求，建立完善的抽放瓦斯系統(tǒng)，嚴(yán)格控制氣體含量。需要設(shè)置解放層所在的位置，抽放生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)部的瓦斯巷道，增強(qiáng)通風(fēng)效果，降低安全事故發(fā)生概率。

2.4 采區(qū)上山巷道的布置方式

對(duì)于煤礦中瓦斯含量較高的煤層進(jìn)行巷道布置時(shí)，需要考慮煤層瓦斯含量，選擇瓦斯含量較低的巷道進(jìn)行布置。瓦斯?jié)舛冗^(guò)高可能造成爆炸，需保持良好的通風(fēng)，在開(kāi)采區(qū)域通風(fēng)時(shí)應(yīng)首先將采掘工作面放在重要位置，對(duì)采掘工作面的通風(fēng)與設(shè)備維修加強(qiáng)管理。

2.5 U 型布置方式

3203 工作面采用U 型布置方式，即沿煤層頂板布置工作面運(yùn)輸順槽、回風(fēng)順槽，沿工作面頂板巖層布置高抽巷，各順槽通過(guò)直接連接、聯(lián)絡(luò)巷連接等方式和北側(cè)集中回風(fēng)巷、鋪設(shè)巷、主要運(yùn)輸巷道等建成連接關(guān)系，形成了一個(gè)較為全面的生產(chǎn)機(jī)制。運(yùn)輸順槽能夠在工作面中擔(dān)負(fù)起運(yùn)輸煤炭及通風(fēng)的任務(wù)，回風(fēng)順槽能夠在工作面擔(dān)負(fù)起運(yùn)輸輔助工作原材料及通風(fēng)的任務(wù)。

3 煤礦開(kāi)采過(guò)程中的采煤工藝

3.1 采煤機(jī)進(jìn)刀方式

采煤機(jī)運(yùn)用斜向的進(jìn)刀方式完成兩個(gè)方向割取煤層的任務(wù)，具體過(guò)程可以如圖1 所示。

圖1 采煤機(jī)端部斜切進(jìn)刀雙向割煤圖

在采煤過(guò)程中，需要根據(jù)不同時(shí)期選擇合適的采煤技術(shù)工藝。需要分析礦產(chǎn)資源的地理位置特征，合理選擇旱采、水采技術(shù)，根據(jù)開(kāi)采煤礦任務(wù)的具體要求確定技術(shù)類(lèi)型，可以將煤層傾斜角度作為重要的參考標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 割煤及裝煤工藝技術(shù)分析

可以在兩側(cè)運(yùn)用斜切進(jìn)的方式完成兩個(gè)方向的采煤任務(wù)，割煤高度2.9 m。其中，具體的割煤過(guò)程可以敘述如下：

第一，采煤機(jī)在距離機(jī)頭一定位置的地方切割進(jìn)入，提高采煤機(jī)右側(cè)滾筒所在的位置，降低采煤機(jī)滾筒左側(cè)所在的位置，向著機(jī)頭的方向推動(dòng)煤壁，使其順利完成工作任務(wù)。如果此時(shí)將采煤機(jī)反向，需要抬高采煤機(jī)左滾筒，降低右滾筒來(lái)割破煤層，之后再轉(zhuǎn)動(dòng)采煤機(jī)的方向，提高采煤機(jī)左側(cè)滾筒的位置，降低右側(cè)殘余煤量位置，完成正常割煤任務(wù)。

第二，在此過(guò)程中，需要確保前端的運(yùn)輸機(jī)頭和機(jī)身保持相同的速度，向著煤壁方向前進(jìn)。在到達(dá)目標(biāo)位置之后，需要重復(fù)機(jī)頭端的操作，順利完成斜切割煤的任務(wù)。之后可以將前側(cè)運(yùn)輸機(jī)的尾部推向煤壁，轉(zhuǎn)變采煤機(jī)的方向，提高采煤機(jī)右側(cè)滾筒的位置，降低左側(cè)滾筒的位置，確保煤壁被切割完全。

3.3 移架操作技術(shù)

通常情況下，移架操作順序是固定的。需要在收回護(hù)幫板及側(cè)幫板之后降低前側(cè)梁所在的高度，收回插板，使得支架的后部尾梁完成收縮過(guò)程，降低支架立柱高度，將先前的輸送機(jī)所處位置作為指點(diǎn)，移動(dòng)千斤頂架子的位置；之后，需要提高前梁，將護(hù)幫板及側(cè)幫板打出，升起支架后側(cè)所在位置處的尾梁，將插板打出，給支架提供必要的支撐力水平。

追擊作業(yè)是移架工作的主要方式。在完成割煤任務(wù)之前，需要提前收回護(hù)幫板，并在割煤完成之后及時(shí)打出護(hù)幫板。在工作面移動(dòng)時(shí)，呈現(xiàn)出機(jī)頭平行移動(dòng)的方式，需要在工作面的兩側(cè)各安裝幾臺(tái)過(guò)渡支架，在前部輸送機(jī)的機(jī)頭移開(kāi)之后再移動(dòng)支架的位置。移動(dòng)支架的順序可以敘述如下。

1）在遇到采煤機(jī)割透前端煤壁并轉(zhuǎn)變方向時(shí)，需要深處過(guò)渡支架的自動(dòng)伸縮梁。接下來(lái)，運(yùn)用采煤機(jī)完成割煤任務(wù)，使得4 號(hào)支架與采煤機(jī)機(jī)頭一端滾筒距離維持在恒定水平。在采煤機(jī)工作到15 號(hào)支架時(shí)，迅速移動(dòng)機(jī)頭位置，獲得良好的切割效果。

2）推動(dòng)完輸送機(jī)的機(jī)頭位置之后，需要拉動(dòng)過(guò)渡支架的移動(dòng)，可以按照2 號(hào)、1 號(hào)、3 號(hào)支架的順序進(jìn)行移動(dòng)。

3）采煤機(jī)完成尾部切割任務(wù)之后會(huì)轉(zhuǎn)變方向，需要伸出過(guò)渡支架的收縮量，在割煤過(guò)程中調(diào)整支架和采煤機(jī)機(jī)尾一側(cè)滾筒的距離，接著按照一定順序完成移動(dòng)支架任務(wù)。

4）在采煤機(jī)開(kāi)始著手斜切進(jìn)刀任務(wù)時(shí)，可以將剩下的輸送機(jī)推向煤壁一側(cè)，移動(dòng)過(guò)渡支架所在的位置，按照97 號(hào)、98 號(hào)、96 號(hào)支架的順序進(jìn)行。

5）在完成采煤機(jī)的斜切進(jìn)刀割煤任務(wù)之后，可以采取順序移動(dòng)的方式打出護(hù)幫板，起到支護(hù)頂板的作用。

6）在采煤機(jī)割破機(jī)頭處的煤壁時(shí)，需要轉(zhuǎn)變割煤方向，投入到下一次循環(huán)當(dāng)中，使得移動(dòng)支架的順序與上述情形保持一致。

在采煤機(jī)完成機(jī)頭或者機(jī)尾的割煤工作之后，需要在端頭位置處放置好頂擋板，采取逐漸推出的策略。在采煤機(jī)正常工作時(shí)，滾筒需要轉(zhuǎn)動(dòng)3 次或者5次之后再移動(dòng)支架，獲得較好的移支架效果。

3.4 放頂煤技術(shù)

雙輪順序放置煤層是主要的放煤方式，需要使其間距維持在800 mm 范圍內(nèi)，高度設(shè)置為2.9 m，采用1∶1 采放比。在完成放頂煤任務(wù)之前，需要及時(shí)調(diào)整后側(cè)輸送機(jī)的位置，使其處于有利的放煤狀態(tài)。為了提高端頭的管理質(zhì)量，可以采取過(guò)渡支架上不放置煤塊的策略，獲得更高的頂煤回收效率。在頂煤的冒落塊較小時(shí)，可以在正常支架一側(cè)放置煤塊。在開(kāi)始放煤之前，需要確保原來(lái)的頂跨落?？梢赃\(yùn)用采煤機(jī)邊割煤邊放煤的方式，避免兩側(cè)刀片同時(shí)落下。在沒(méi)有放置頂煤時(shí)，需要確保工作面與停采線的距離維持在20 m 左右，盡快停止放置頂煤。

通過(guò)上下擺動(dòng)尾梁的位置及伸縮板機(jī)的狀態(tài)控制放煤的塊度及擋桿的作用。在放煤之前需要均勻取出原來(lái)的位置，盡快關(guān)閉放煤口。

放煤的基本程序可以敘述如下。在運(yùn)用采煤機(jī)完成割煤任務(wù)時(shí)，需要采取之后移架一定距離的方式。首先，需要收回插板，操作尾梁的千斤頂，使其返回到適當(dāng)位置處，確保煤塊能夠正常落在輸送機(jī)結(jié)構(gòu)中。經(jīng)過(guò)反復(fù)操作，體積較大的煤炭會(huì)進(jìn)入輸送機(jī)的后部。此時(shí)，需要提高尾梁的位置，伸出插板，遮蓋原來(lái)輸送機(jī)的位置，避免大塊材料對(duì)其造成損害。

4 結(jié)語(yǔ)

為了滿足日益增長(zhǎng)的煤炭資源需求，煤礦產(chǎn)業(yè)需要及時(shí)更新現(xiàn)有的采煤技術(shù)，建立完善的采煤機(jī)制，提高采煤過(guò)程的先進(jìn)性，滿足人們?nèi)粘Ｉ顚?duì)于煤炭資源的多樣化需求，順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的大趨勢(shì)，提高煤礦開(kāi)采的質(zhì)量與效率，促使經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)現(xiàn)迅速發(fā)展。