免维护理念在煤矿采掘设计及生产中的应用

张东升

(开滦集团林南仓矿业分公司，河北唐山 064100)

0 引言

开滦矿业集团公司在矿井开采年限长、老区资源枯竭、资源开发滞后、矿井接续紧张等严峻形势下，认真总结RMDC精细管理、市场化精细管理、准军事化管理等先进的管理方法，推出了以“免维护”理念为核心的管理模式［1］。经过两年多的完善和实践证明，将此理念融入到采掘生产中，避免了无效工时，降低了回采成本，缩短了采掘衔接时间，提高了煤炭生产效率和效益。

1 免维护设计理念

1.1 理念的提出

开滦矿业集团公司各矿经过几十甚至上百年的开采，矿井深度不断增加，最深的已经在千米左右，矿压显现强烈，巷道支护问题日益突出。有的矿井巷道失修问题已经影响矿井安全生产。同时矿井机械化程度越来越高，大型设备对巷道断面要求越来越高。由于支护设计的不合理，经常出现边回采边套修，边掘进边套修的情况。每年大量巷的套修工作，既影响了正常的生产秩序，增加了支护成本，同时也给安全生产带来了隐患，林南仓矿2006～2010年掘进量与巷道返修量对比见图1。

在此情况下，2012年，开滦矿业集团公司经过分析和研究，在按规范设计中首次提出了“免维护”设计理念。

图1 林南仓矿2006～2010年掘进量与巷道返修对比图

1.2 免维护设计内涵

巷道设计“免维护”理念，是开滦集团公司推行“三按(按规范设计，按设计施工，按标准验收)”管理的重要内容之一［2］。近年来，长走向、大面长、大采高，高产能工作面成为煤炭企业提高生产效率的努力方向和趋势［3］，就回采工作面而言，工作面上风道、下运道服务年限由原来的三、四个月发展到现在的一两年。巷道服务年限的延长，对巷道的支护形式、支护强度提出了更高要求，在这种形势下，开滦集团在采掘设计上提出了“免维护”理念，通过推广巷道大断面(13.36 m2以上)、强密度支护工艺，收到了一定效果。“免维护”设计的内涵就是根据巷道用途，结合巷道顶底板条件、矿压条件，合理确定支护形式和支护参数，保证巷道在其服务期内，能够满足通风、行人、运输要求［4］，而不需进行再次套修治理。免维护理念的实践，避免了采掘工程的重复施工，虽然一次性成本较高，但节省了巷道的治理套修费用，同时，给巷道的通风、行人、运输也创造了安全环境，为实现正规循环作业提供了保证。

1.3 免维护设计

免维护设计包括哪些内容，在设计巷道断面时，需要考虑哪些因素，采用何种支护方式、支护工艺才能做到免维护?在进行巷道支护设计时要充分考虑支护形式、断面、强度三个方面。

1)根据巷道使用期限，即所设计巷道是为回采工作面服务的回采巷道，还是为采区服务的准备巷道或是为水平服务的开拓巷道来考虑支护设计。

2)根据影响因素即影响所设计的巷道支护效果的主要因素，有针对性的进行支护设计。

3)考虑设备使用、安装、运输，即所设计的巷道断面必须满足大型设备的运输安装要求［5］。

2 免维护设计应注意的问题

在进行巷道“免维护”支护设计时，必须适应发展，转变思维观念，设计思维上要实现四个转变:即浅部支护思维向深部支护思维的转变［6］;适应小型设备断面向满足大型综采成套设备断面的转变;巷道变形进行维护向巷道变形仍能满足使用的转变;低强度支护设计向高强度支护设计的转变。设计成果要突出如下四个特点:

1)安全:安全可靠性要求更高，“零伤害”是研究巷道支护技术的首要目标。

2)快速:成巷速度必须与快速推进的现代化长壁综采相适应。

3)高效:在服务期间不进行任何翻修即能满足采面生产所需的有效断面，并努力简化回采动压影响期间的超前加强支护，尽可能的增加巷道支护强度，最终取消采面上、下出口的加强支护［7］。

4)评价:巷道支护的效益更多地表现在对采煤的贡献上。“安全”和“支护效果”成为支护技术先进性和支护设计的出发点和评价标准。

3 免维护设计实例分析

实例1:林南仓矿在台棚设计时，台棚插梁全部使用10根6.5 m、29U支撑钢，台棚脸每侧变为三架，且为36U、11.9 m2支架，两侧锁口棚子与末根插梁用1.2～1.5 m的25U支撑钢插背，使得台棚的支护强度明显增强，避免了回采过程中再次套改台棚，保证了安全生产。

实例2:东欢坨矿在设计工作面上、下顺槽时，均采用大断面设计，上顺槽设计成14.1 m2断面，下顺槽设计成14.7 m2断面，既保证了大型综采设备的使用、安装、运输，又保证了回采期间巷道变形也能使用。

实例3:林南仓矿由于巷道受地应力影响和采动影响而产生变形，造成使用断面减小，针对这种情况，将所有巷道的皮带机头储带仓50 m范围内巷道，设计成大断面、增加支护强度，由原来25U支撑钢10.5㎡断面改为29U支撑钢11.3m2，保证巷道变形后满足使用要求。

4 经济技术指标对比

以林南仓矿东二小采区2214工作面上风道和下运道为例，该工作面所采煤层为煤11，该煤层属于典型的三软煤层，上风道与下运道相距75 m，平行布置，巷道支护中采取了不同支护方式，其效果大不一样。2214工作面上风道从2011年10月开始施工，支护形式采用25U型钢10.5 m2拱形支架支护，棚距600 mm，到2012年3月工作面贯通。由于巷道顶底板压力明显，支架变形较快，安装前先后经历了两次套修。而2214工作面下运道于2012年1月开始施工，施工时直接选用29U型钢13.36 m2拱形支架，500 mm棚距支护方式，在采面安装前，巷道两帮及顶底板最大移近量不超过300 mm，可直接进行安装。两条巷道由于选择支护方式不同，支护成本相差很大，其经济技术指标对比情况见表1。

表1 2214工作面上风道与下运道巷道经济技术指标对照表

5 结论

在煤矿采掘设计及生产中，突出免维护设计理念，是对以往支护设计思想的改革和解放，结合矿井自身实际条件，进行免维护设计，可以保证巷道在使用服务期限内，免于维护［8］。尤其是在当前工作面产能大幅提高，现代化大型设备不断投入使用的情况下，免维护设计以大断面、高强度支护为特点，可以适应现代化设备安装使用。

“免维护”设计理念更适合煤层顶底板条件较差、巷道压力大、变形快的矿井。根据巷道变形的影响因素、压力显现规律和变形速度，科学合理的选择支护形式，加大支护强度，增加巷道服务年限，使巷道支护强度满足安全需要，保证支护安全，提高生产效率。

［1］ 王显政.中国煤炭工业科技创新成果［M］.北京:煤炭工业出版社，2012.

［2］ 殷作如，张瑞玺，张普田.煤矿操作岗位标准化作业标准［M］.北京:煤炭工业出版社，2009.

［3］ 王显政.中国煤炭工业安全高效矿井建设年度报告［M］.北京:煤炭工业出版社，2012.

［4］ 成家钰.煤矿作业规程编制指南［M］.北京:煤炭工业出版社，2008.

［5］ 顾文卿.煤矿矿井支护新技术与支护设计计算及支护产品选型、设计、维护实用手册［M］.北京:煤炭工业出版社，2009.

［6］ 刘义新.采动覆岩破坏规律的数值模拟［J］.煤矿安全，2013，44(12):198－200.

［7］ 刘汉喜，蔡东.刘桥－矿Ⅱ465综采面矿压规律与支架适应性研究［J］.能源技术与管理，2007，2(3):30－32.

［8］ 周明弘，田发成，张铁军.创煤工作面预留回撤巷的应用［J］.煤矿安全，2013，44(12):143－145.