复杂煤层地质条件下综掘技术探讨

白艳冬

【摘 要】文章主要针对处于复杂地质条件下的煤层，采用综掘施工技术，确保了煤矿采掘过程的安全性性，提高了采掘煤炭的采掘速度，增加了煤矿企业的生产效益。

【关键词】复杂地质；煤层；综掘技术

1.木城涧煤矿掘进工作面概况

木城涧煤矿是一口大型矿井，其年总产原煤可以达到约200万吨，其首次试验综合机械化掘进工作面，在矿井的+450m水平西四采区的二槽煤一壁下顺槽，采掘工作面处于偏北向斜南的方位，煤层的倾角12～23°，平均倾角约为18°，区内小部分有小断裂发育，并且该采区处有多条小断层穿过，煤层处于700m 埋深处。

此外，该煤层地质结构较复杂，地层中含有0～2层的夹石，厚度为0～0.2m之间，多为碳质粉砂岩。煤层的厚度变化差异大，煤厚2.0～4.55m，平均煤层厚度为3.6m，煤容重1182t/m3。其采掘工作面的主要设备布置如表1所示。

2.复杂煤层地质条件采用综掘技术的必要性

随着煤矿掘进施工开采强度、开采深度的不断加大，以及采矿工程所处的煤层地质条件越来越复杂，这就给煤矿的采掘施工增加了一定的难度，综掘技术伴随着机械化发展，已经广泛应用在复杂煤层地质条件的开采施工中。

由于木城涧煤矿其地处于地质条件较复杂的京西门头沟山区，矿井内的煤层结构稳定性较差， 并且煤层厚度差异较大， 且有断裂构造发育。若采用炮采采掘工作面，需要布置的炮眼较多，工作点相对较分散，工作量大，占用的人员较多，采掘工存在较多的不安全因素，导致采掘生产管理苦难，易发生安全事故，并且采掘工作面的产能效益较低，采掘工作面的机械化施工城垛较差，很大程度上制约了煤矿企业的发展。

为了提高煤矿企业的生产效益，确保矿井的产量，确保煤矿的长久发展， 减轻采掘工人的劳动强度，保障矿井生产的安全进行，木城涧煤矿采取了综掘采掘技术，其主要优点：综掘机的单进高、进尺快；矿井的巷道结构稳定，且容易维护；进一步提高了矿井生产的安全保障措施；采掘中顺利穿过地质状况复杂煤层，很大程度上提高了煤矿企业的生产效益，确保了采掘生产过程的安全进行，综掘采掘技术普遍应用在复杂煤层采掘生产中。

3.巷道断面及支护设计

3.1巷道的断面设计

针对该矿井采掘工作面煤层的基本情况、巷道顶层的岩石结构、节理裂隙走向等详细的地质状况，在确保原煤运输设备布置合理的基础上，并全面分析并充分利用巷道断面使用情况， 最终决定采掘的巷道的基本走向为沿顶掘进，并应用直墙斜顶梯形采掘断面，采掘巷道横断面的详细尺寸为410×215m，如下图1所示 。

3.2巷道的支护设计

煤矿采掘巷道内的锚杆支护的设计，可以采用预应力锚杆支护设计法、围岩松动圈设计法、软岩巷道非线性力学设计法等，通过对煤矿巷道的顶板的研究发现，采用何种方式的工作面锚杆支护方式，主要是由煤层顶板的冒落高度以及端面距的长度确定的。根据施工经验，冒落高度与端面距一般约1米，可以采用在塌冒部位进行钻眼插钢针，加强棚顶的稳定性。在采掘过程中，当发生采煤工作面与局部厚煤层相遇时，煤层上部的压力较大，造成受压板压力过大、下沉速度增大等，顶板会发生冒顶现象。这时应该在局部厚煤层构造带回采时，换成具有较大的支撑力的支护方法，如采用支撑控制面积大、稳定性高、支撑强度高的构造带两侧支护的方式，这样很好的用局部充填法代替垮落法，从而大大提高了制成的稳定性，确保了煤矿采掘的稳定性。

根据锚杆支护相关公式可得：巷道的锚杆长度 L=119m，间距为a =1108m，杆体直径d=1713mm 。根据各个基本参数的计算，借鉴相关巷道锚杆支护的数据可确定锚杆支护的各个参数如下所示：

顶板锚杆：杆体采用高强螺纹钢f18mm×2000mm，蝶形托盘采用尺寸为120×120×10mm的。锚杆钻孔尺寸为f28mm，间距为1m。为了使得顶板锚杆具有联合支护的功效，并设置12mm钢筋作为托梁。

巷道帮锚杆：根据巷道的基本特征，在巷道的两侧采用2m长的木锚杆，为了确保施工作业的顺利进行，间距为1m，也可取0.90m。选用400×200×50mm木托盘。采掘巷道的锚杆支护具体形式如下图1所示。

4.复杂煤层地质条件综掘施工工艺

（1）割煤：由于巷道采用全煤断面的形式，因此掘进机可以采用直接进刀割煤的形式进行割煤施工。为了确保综掘机在初刀割煤过程中，设备可以较快的达到稳定状态，综掘机采用沿巷道的底板从左向右进行割煤采掘过程，到达巷道的右侧以后，再改变为从右向左的割煤过程，依次向上循环进行切割操作，如图2所示。且综掘机每次割煤的厚度控制在0.40～0.60m范围以内。

选用这种进刀割煤的形式，很大程度上可以利用割煤掏空的空间，减少了上层的煤层结构的下部支撑力，较易使上层的煤层形成向下垮落的趋势，从而大大较少了采掘机械的功耗，并且较少了巷道顶板暴露时间，提高了锚杆支护的稳定效果，有利于综掘机的安全生产过程。

（2）装煤：装煤过程由综掘机的铲板部进行操作。

（3）运煤：采掘下来的煤由综掘机的刮板输送机传输到综掘机后边的桥式转载机，并将原煤放置在胶带输送机运输到透煤斜坡，最后运送到煤仓，进行储存。

（4）支护：在综掘机经过一个采掘循环之后，要停止综掘机的继续掘进，并及时进行巷道的临时支护，可以采用图3所示选用4.5m长工字钢梁3根进行巷道的临时支护，确保巷道的稳定性。若综掘机掘进2个割煤循环以后，需要采用锚杆钻机施工顶板锚杆，进行巷道的永久支护，确保综掘机采掘生产过程的安全性、顺利性。

5.结语

综上所述，本文就对复杂煤层地质条件下的综掘采掘技术的应用进行研究，既确保了矿井挖掘生产的安全进行，又最大程度的保障了煤炭资源的开采，大大提高了煤炭企业的生产效益，并且为矿井的安全生产积累了丰富的开采经验，为采掘技术的发展提供了实践基础。 [科]

【参考文献】

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