煤矿井下复杂地形条件综采面综采技术的应用研究

高鹏林

(大同煤矿集团临汾宏大豁口煤业有限公司，山西 临汾 041000)

引 言

随着煤矿掘进技术的不断提高，煤矿开采深度不断加大，综采面的地形条件也越加复杂，特别是在大深度、大倾角的厚煤层条件下，传统的综采工艺技术存在着极大的局限性，煤炭回采率低、综采作业安全性差、顶板冒顶事故较为突出，严重影响了井下综采作业的效率和安全性[1]。本文结合井下复杂地形条件，提出了一种新的煤矿井下复杂地形条件下的综采面综采技术方案，专门针对复杂地形条件下的综采特点，采用多工艺联合旋转综采作业方案，优化巷道支护方案、综采作业流程等，实现了在复杂地形条件下的综采作业安全，具有极大的应用推广价值。

1 综采面巷道支护方案

在大倾角、厚煤层的地形条件下，为了提高综采回采率同时避免支架的卧底，因此在工作面的上下巷道掘进时采用破三角底的方案，破三角底的设置为1 100 mm。为了确保巷道的稳定性，以井下标准的4 500 mm宽的巷道为研究对象，在其全断面设置11根锚杆支护，顶板选择直径为20 mm的高强度螺纹钢加长锚固锚杆，各锚杆间的间距设置为800 mm，锚杆在支护时的预紧力矩设置为400 N·m，顶板的锚索排距设置为1 600 mm，为了加强支护，每两排锚杆上设置一排的锚索，每排的锚索为3条，选择放置在锚杆排的中间，锚索的长度设置为6.3 m，每根需要外露300 mm，满足快速拆卸的需求，同时为了能够满足不同煤层倾角条件下的巷道支护灵活性，可将2根锚索设置在与顶板垂直的方向上，实现多角度的可靠支护。该支护方案具有结构简单、支护和收撤作业方便的特点，能够显著降低支护作业时间和成本，复杂地形条件下的巷道支护方案如图1所示[2]。

图1 复杂地形条件下的巷道支护方案(mm)

2 复杂地形条件下的巷道超前支护管理

对井下巷道的超前支护可采用DZ2800型单体柱配合π型梁支护顶板，π型梁垂直巷道布置。运输顺槽梁长3.8 m，回风顺槽梁长2.8 m，采用一梁三柱的支护形式，靠帮单体柱支设在距梁端200 mm处，相邻两长梁间距1 m,两巷超前支护随推进而前移。支设时，三用阀的出液口指向古塘侧，选择单体柱初撑力大于90 kN。初次来压过后方可放顶煤。超前的单体支柱要有防倒装置，顶梁要有防坠装置。防倒装置采用刚性连接，连接高度不小于支柱支设高度的三分之一，超前和端头支护的单体柱必须进行压力监测，初撑力要求超前支柱、端头支柱达到90 kN以上，井下巷道超前支护结构如第149页图2所示[3]。

图2 井下巷道超前支护结构示意图(mm)

3 多工艺联合旋转综采作业

复杂地形条件下综采面分布不规则，采煤机在综采作业过程中经常出现机头和机尾位置与煤壁的相互干涉，经过多次实地验证和改善后，提出了多工艺联合旋转综采作业技术，依据井下实际地质条件将单向综采工艺、双向综采工艺和旋转开采技术[4]方案进行综合，实现井下的灵活综采作业，既确保了综采面顶板的稳定性又能够有效地确保煤炭的回采率。旋转开采是一种能够在井下狭窄区域内进行开采的综采技术方案，在旋转开采过程中上下巷推进的长度比例为3:1，即，井下回风巷推进3刀(包括1个通刀和2个短刀，2个短刀可分别从1/3位置和2/3支架处向着回风巷进刀)，运输巷对应地推进1刀，在运输巷进刀的主要作用是调整综采面各个支架的支护状态，使其避开下端侧的应力集中区域，回风巷内采用短刀和通刀的作用则是利于在狭窄巷道内的旋转和调架，井下旋转开采方式如图3所示[5]。

图3 煤矿井下旋转开采原理(m)

4 综采作业流程及采煤机进刀方式

复杂地质条件下，为了确保综采作业的连续性和效率，适当地对综采作业流程进行优化，优化后的流程为：采煤机斜切进刀→割煤→移架→推前溜→放顶煤→拉后溜→前移转载机→支回柱(端头、超前)，采煤机在进刀时采用在工作面端头斜切进刀法，进刀深度0.5 m，无链电牵引，牵引速度0.5 m/s。首先采煤机开至头或尾部再升起后滚筒，降下前滚筒，推移运输机于工作面端头大约15 m处，然后采煤机斜切进刀，直至滚筒完全切入煤壁，斜切进刀长度大约为30 m，对调前后滚筒上下位置，推移端部15 m处运输机，采煤机开向端部，移架，推前溜，放顶煤，拉后部运输机，然后再对调采煤机前后滚筒上下位置，沿牵引方向，用前滚筒割底将三角煤段未割部分扫掉，最后将采煤机反向牵引，来回2次～3次，将三角段浮煤扫清之后，采煤机正常割煤至尾部，尾部斜切进刀与头部斜切进刀方式相同。

5 结论

本文针对复杂地形条件下综采作业过程中的顶板冒顶事故较为突出、煤炭出采率低、经济性差的缺陷，提出了一种新的煤矿井下复杂地形条件下的综采面综采技术，对复杂地形条件下的巷道支护方案、巷道超前支护管理、多工艺联合旋转综采作业及综采作业流程等进行了分析，根据实际分析结果可知：

1) 锚杆和锚索联合支护的方案，能够实现多角度的可靠支护，具有结构简单、支护和收撤作业方便的特点，能够显著降低支护作业时间和成本。

2) 多工艺联合旋转综采作业技术，依据井下实际地质条件将单向综采工艺、双向综采工艺和旋转开采技术方案进行综合，实现井下的灵活综采作业，有效确保了综采面顶板的稳定性和煤炭的回采率。

3) 在复杂地形条件下宜采用采煤机斜切进刀→割煤→移架→推前溜→放顶煤→拉后溜→前移转载机→支回柱(端头、超前)的综采作业技术方案，能够有效确保综采作业的连续性和效率。