煤矿开采巷道布置及采煤技术分析

◎张晓楠

引言：伴随着我国社会经济的快速发展，煤炭需求总量连年攀升，因此，为确保生产生活秩序稳定，煤矿开采技术手段也在不断改进并升级。煤炭资源多深埋地下，其形成的地质环境十分复杂，加之持续多年的连续开采，煤矿资源已大幅减少，开采作业工作面所面临的安全问题也愈发突出，内部结构很容易发生严重形变而失去平衡。因此，煤矿开采企业应积极探索更为合理的巷道布置方案，并从具体需求角度入手，不断改进采煤技术，确保采煤工作的稳定与安全。煤矿开采巷道布置阶段，管理工作者与技术人员需重点分析矿井内部的当前结构状态、采煤方式等条件，结合具体的采煤任务目标与需求，做好细节分析与处理。巷道布置环节，支护方式的选择至关重要，而这一环节应结合生产范围的具体状况进行调整，注重支护结构适用性的全面提升。此外，煤矿开采企业也要在采煤技术方面做出必要的改进与调整，确保技术自身与矿井开采作业现场的匹配效果。

一、煤层地质条件分析

我国煤炭资源十分丰富，但是，多数煤矿深埋地下，露天开采作业无法进行，因此，煤矿开采过程中应针对性建立起相对可靠的巷道体系，以煤层实际分布以及区域地质特征为设计出发点，注重开采效率与安全保障效能，最大限度提高开采工作稳定性，避免煤炭资源浪费。近些年，我国煤矿需求总量连年攀升，而可开采煤矿数量却在不断减少，因此，针对地下煤层的深层次开发以及开采技术工艺优化已成为行业工作者的关注热点。

二、煤矿巷道布置的发展及趋势

1.岩巷向煤巷发展。

传统的巷道布置方式是将大巷、采区准备巷道等服务时间较长的巷道布置在岩石中。虽然有利于巷道维护，但是带来一系列问题：巷道掘进成本高，施工速度慢，增加了许多联络巷，掘进出现大量矸石，给矿井辅助运输造成极大压力。随着巷道支护技术的发展与水平的提高，岩巷布置已逐步转向煤巷布置。特别是现代化矿井，岩巷占的比例已经很小。虽然增加了巷道支护难度，但带来很多优点，显著降低了巷道掘进费用，大大提高了施工速度，缩短了矿井建设周期，巷道掘进出煤，增加经济效益。

2.岩石顶板煤巷向煤层顶板巷道和全煤巷道发展。

综采放顶煤工作面要求回采巷道沿煤层底板掘进，巷道顶板是煤层。随着综放开采技术的大面积推广应用，煤顶巷道所占的比重逐年增加。一般情况下，煤层相对于岩石比较松软、破碎，显著增加了巷道的支护难度。此外，对于特厚煤层开采和急倾斜厚煤层水平分层开采等条件，不仅巷道顶板与两帮为煤层，有时底板也是煤层，属全煤巷道，支护难度进一步加大。

三、煤矿开采巷道布置的注意事项

1.常规巷道场景下的布置措施。

现如今，我国很多煤矿所在区域的煤炭资源已趋近枯竭，因此，进一步实施煤矿下煤层与更深层次的开采管理尤为重要。此外，深海煤层与浅层煤田在开采作业难度方面也存在很大差异，伴随着开采工作的不断推进，矿井内部巷道结构以及采煤作业技术措施也会随之发生改变。通常情况下，煤矿深部采煤作业期间，现场管理人员需落实煤矿工作面拓展、铺路等各项作业细节，并结合开采工作面的实际情况，及时进行铺路与安全支护，进而保证采煤工作的安全与稳定。此外，针对矿井井下作业的特殊性，煤矿开采企业应充分借助各类巷道以保证井下开采得安全，避免出现坍塌与瓦斯泄漏。

2.高瓦斯煤层群的上山巷道布置注意事项。

高瓦斯煤层群应将瓦斯排放放在重点，综合考量煤层不同区域的瓦斯含量，有选择地布置具体的管控措施，优化巷道布置，优化现场安全保障机制，最大限度减少安全生产事故的发生概率。为进一步消除煤矿开采环节可能出现的安全问题，避免出现瓦斯爆炸等恶性事故，煤矿企业应在巷道布置阶段将通风效果放在整体工作的核心，积极采取高可靠性的通风系统，消除通风死角问题，并预留足够的系统冗余，以免瓦斯含量突然增加而出现安全事故。采煤巷道通风系统设置过程中，设计工作者与管理人员应将开采作业面作为重点内容，最大限度确保开采工作流风流稳定，优化风门设置，避免风门影响到工作面单位时间内的风量输入。此外，针对采煤区域风向巷道之间可能存在的冲突与影响问题，设计工作者应采取绕道设置模式，并确保不同巷道之间保持必要的间距距离，以免巷道之间瓦斯气体相互影响而造成局部瓦斯气体含量超标。

通常情况下，高瓦斯煤层的巷道布设，其通风系统应坚持一进二回的基本原则，并依照煤层布局变化，对巷道通风条件进行监控。但部分煤矿企业为降低开采成本，通常会将输送机巷道设置为回风巷道，此时，为避免通风系统运作受到影响，现场技术工作者应采取积极有效的保护措施，避免煤柱结构受到破坏，进而为后续各项开采作业奠定良好的基础条件，削减煤层开采过程因瓦斯气体泄漏而出现的着火或爆炸事故。

3.近距离煤层回采的巷道布置注意事项。

煤矿开采作业环节，巷道布局将直接决定开采作业质量与安全系数，因此，开采管控人员应合理开展近距离煤层巷道布置方案。近距离煤层是指上下煤层之间的距离较短，此时，上煤层的开采作业必将会对下煤层产生影响，若巷道布局不合理，不仅会影响到煤炭采集水平，也会对巷道的结构安全性带来不良影响。因此，工作人员应在现场科学布置巷道，可在上层设置煤柱结构，为下层顶板搭建创造有利环境，这样不仅可以保证上层采煤作业的安全性，亦可避免下层顶板结构出现塌落问题。总体而言，近距离煤层巷道布置措施可分为两种模式：

（1）煤炭开采团队可在上下煤层之间设置回环开采巷道重叠性布设措施。回环重叠性布设条件下，上下两个煤层的巷道将保持长度一致，而巷道内部可设置多个煤柱，这样又可避免出现煤炭资源浪费问题。

（2）另一种常见的近距离煤层布设模式为错综式布设。错综式布设是指上下煤层的巷道不再统一直线之上，此时，煤层巷道将组成回形工作面，巷道中间也会存在很多梯形煤柱，这样不仅可降低开采作业难度，亦可提升采煤效率。此外，错综式布设机制下，运输巷道被设计在不同直线条件下，开采运输安全系数得到大幅提高。

无论是回环开采巷道重叠性布设法，抑或是错综式布设方法，其均有一定的应用优势与限制。若开采团队采用回环开采巷道重叠性布设法，煤炭开采水平较高，可有效避免煤炭资源浪费现象，但与错综式布设方法相比，整体作业难度较大，开采效率相对较低。反之，错综式巷道布设方法可有效降低开采难度，提高安全系数与开采效率。但因其采用梯形煤柱作为辅助体系，开采完成后将出现很多煤炭资源无法继续采集的现象。因此，近距离煤层巷道的布设工作应积极采取更为有效的技术措施，针对传统方法存在的不利因素，煤矿开采企业应秉持因地制宜的基本方针，可在上层煤层设置沿空留巷与单孔送巷法，若割煤机运行至切眼位置，此时，上下巷道将被联通，而下层切眼将会被作为新的开挖边界。巷道断面设计环节，技术工作者可选择机轨合一法，在各类金属支护架构的帮助下，进一步扩大开采作业面，提高开采工作效率，提升了采集的便利性，降低开采难度与作业时间，充分发挥煤炭资源的社会经济效益。

4.多层煤层条件下的巷道布设注意事项。

多层煤层巷道布设与近距离煤层布设在具体操作与方法层面存在一定的相似性，但是，多层煤层巷道布设工作更为复杂，技术工作者应同步考量多种因素的影响，以确保安全生产为基本目标，充分落实各项安全保障手段。多层煤层条件下，煤层巷道布设应考虑以下几点要素：

（1）多层煤层条件下，上层煤层对下层煤层的挤压效果将进一步增强，因此，开采团队应对不同煤层之间的巷道距离进行合理控制，避免下层煤层的顶板结构出现问题。

（2）多层煤层条件下，煤层开挖前与开挖后的受力条件以及结构稳定性都会出现较大改变，因此，为确保整体的安全性与作业持续性，开采作业团队可在每一层煤层设置一个开采上限指标，注重对煤层整体的保护，充分利用中间的煤层柱。

（3）煤矿开采企业可落实分组开采巷道布置措施，综合运用多种巷道布设技术工艺，以分组处理的基本理念，确定每一个煤层的具体开采倾角与高度，从而保证开采作业实施期间的地质结构稳定性。分组开采作业可有效降低作业人员工作量，但管理人员需注意对不同煤层组的单独处理，应做好现场调查分析，随时调整割煤机作业参数，进而确保每一个煤层组都能得到良好保护。

5.残煤开采作业环节中的巷道布置注意事项。

现如今，残煤开采已成为很多煤矿企业所避免面临的重要课题，而在残煤开采工作实施期间，相关工作者应对巷道布局进行科学调控。

首先，巷道布置工作应以成本节约利用为基本原则，尽量利用现有巷道体系，尤其是在煤层下部的煤槽中，应设置共用巷道体系，可让多个煤层开采作业面使用相同的巷道，并适当增加共用巷道数量。残煤开采在实际开采量方面要低于煤炭正常开采效率，且单一工作面的总产量可能只有几万吨。因此，借助原有的巷道体系可有效减少开采成本投入。

其次，残煤开采作业环节，煤炭企业应坚持煤炭高效回收的基本原则，应对残煤进行全面收集，尽可能发挥煤炭资源的市场经济效益。因此，巷道布局环节也要加强对各类原始材料的充分利用，可针对性优化巷道原有的构造以及空间位置关系，尽可能联通多个残煤区域，实现对原有巷道资源的全面开发与利用。

此外，残煤开采巷道布置方面应坚持通风防火的基本原则。巷道设置期间，为实现生产安全管控，避免发生火灾或爆炸等事故，开采工作者应将掘进、采集与安全防火作为整个残煤开采作业的切入点，尽可能优化通风系统，并及时获取巷道内部可能存在的着火点数据，做好预先处理。作业经验表明，层间残煤的火灾发生概率最大，因此，在对这些残煤进行开采时，作业管理者与技术人员应对采掘区的实际尺寸进行精准计算。

四、煤矿开采技术工艺分析

1.割煤与装煤环节的工艺优化。

割煤作业环节主要借助采煤机设备，而该类设备的进刀方式以及作业模式将直接影响工作面煤炭开采作业效率与安全稳定性，因此，一线作业人员应对采煤机设备进行科学把控，最大限度发挥机械设备的工程价值，并及时消除作业环节可能出现的异常隐患。煤层开采作业相对平稳的条件下，工作人员可采用双向割煤的方式，这样可以提升煤炭开采效率。采煤机作业期间，设备所属的前滚筒将升起，后滚筒下落，此时，前滚筒将沿着顶板进行切割作业，而后滚筒则沿着巷道底板进行割煤与装煤，这种双向同步割煤的工作模式可有效提高煤炭资源的开采效率与安全保障能力。采煤机可实现往返一次两刀切割的目标，而在煤矿切割完成后，设备刮板装置可将巷道底板的残留煤进行收集与运输。为确保采煤机运行稳定，现场工作人员应提前做好各项准备工作，一旦设备运行出现问题，应及早进行处理与修复。同时，采煤机割煤作业的同时，工作人员也要根据煤层倾斜角度的变化，对上下滚筒进行适当调整，确保煤炭切割得干净彻底，并在适当的情况下，实施单向割煤操作。

通常情况下，采煤机作业会从巷道尾部逐步推进至巷道头部，随后再从头部返空刀至尾部。设备运行使用期间，前滚筒与后滚筒将会保持分工协作状态，此时，为避免滚筒在作业期间出现窜动问题，工作人员可将移架方式转变为分组式移架，且分组式移架在煤层倾斜角度较大的情况下拥有显著优势。采煤机进刀方式通常为顶端斜切，当道具运行到一次作业的尾端时，左侧滚筒将处于上升状态，右侧滚筒处于下降状态，右侧刮板也会随之运行至煤壁处，开采下来的煤炭将伴随着刮板的运动而被采集。割煤刀运行30 米后，原本处于左侧的刮板输送机将被推送到煤壁位置，刮板运输机在整个巷道中始终保持一条直线，且左右滚筒相互配合使用。

2.移架作业的实际注意事项。

煤矿开采作业实施环节，工作人员可根据煤矿井下的具体条件，选择更为合适的移架方式，如手动移架与分组式移架。手动移架作业模式相对简便，可广泛适用于各类煤矿开采巷道，其利用单架机制，将顶板支架按照特定的顺序进行移动，每次移动的距离与煤层的截面高度基本相等。煤炭开采工作中，移架作业与割煤作业应保持良好的衔接效果，应注意采煤过程中的顶板保护，及时将暴露出来的顶板进行保护。安全生产是当前煤矿开采作业的核心要点，为进一步提高安全系数，工作人员应在割煤作业期间实时监控顶板变化，支护体系所属的顶梁与支架顶板之间应保持一定的距离，避免顶梁出现超限制沉降现象。为进一步保护顶板结构，工作人员可使用千斤顶对坚硬的顶板进行抬升，这样可有效确保顶梁后端的支护强度，进一步提高采煤现场作业的安全保障效能。

3.推移工作面刮板输送机应用注意事项。

刮板输送机与采煤机将保持同步作业状态。通常情况下，刮板输送机需设置在采煤机后滚筒15 米之外，其完全部分的长度需超过18 米，并伴随采煤机的前进而逐步推进，并做好现场秩序的管理，确保割煤工作的有序性与稳定性。刮板输送机使用环节，其整体运行应尽量保持在一条直线之上，这样可避免因刮板输送机位置移动而影响到煤炭的输送速率。

五、移架过程中的注意事项

煤矿采煤作业实施环节，移架操作通常会伴随着割煤机的推进过程而同步实施，且移架操作对于现场开采安全稳定性也有着直接影响，其操作规范性将直接决定采煤成功与否。因此，煤矿开采企业应从安全生产保障角度入手，坚持安全第一的基本原则，针对移架过程中的各类要点进行科学管控。

首先，工作人员在经过伞檐或移动端头支架位置时，应注意对伞檐与支架端头的具体情况进行分析与问题排查，确认其是否存在零皮或活石的现象。一旦发现问题，工作人员应及时上报，并交由专业的安全保障团队进行处理。

此外，移架操作也要注意对现场环境的合理管控。移架作业开始前，工作人员及时清理结构周边的浮煤，并在推移刮板运输机的位置设置邻架操作的把手，这样可以随时调整移架作业参数，一旦操作过程发现阻力过大，工作人员应立即停止移架作业，并查明造成阻力增加的具体原因，带全部处理完成后，方可继续进行移架。此外，工作人员实施支架降柱作业阶段，应遵循后柱先降的基本原则，随后在将下前柱与桥梁。安全管理人员应对整个作业过程保持有效监督，技术人员应保持注意力高度集中，避免移架工作出现异常问题。

结束语：

综上所述，煤矿开采巷道布置及采煤技术，直接影响现场作业效率与安全稳定性，因此，相关工作人员应综合考量煤矿开采的现场需求与地质特征，针对煤层分布的不同，采用与之相匹配的巷道布置措施，注意整体开采效率以及安全管理水平，并避免煤炭资源出现浪费。此外，煤矿企业应积极开展技术交流活动，广泛借鉴其他企业的先进经验与工作模式，并在实际作业中不断改进与创新，以开采作业面的具体需求及场景变化，对巷道布置与开采工艺进行改良，并注意煤炭开采成本管理，最大限度发挥煤炭资源的社会经济效益。