近距离煤层群掘进支护技术存在的问题及优化探讨

温小凌

（华晋焦煤有限责任公司沙曲二号煤矿，山西吕梁 033000）

0 引言

近距离煤层群掘进支护技术是目前煤炭开采领域中的一项重要技术。这种技术能够在保证煤炭采掘效率的同时，保障采矿作业的安全性。在近距离煤层群掘进支护技术的应用过程中，仍然存在一些问题和挑战。为更好地应对这些问题和挑战，就要对近距离煤层群掘进支护技术存在的问题和优化措施进行探讨和分析。

1 近距离煤层群掘进支护技术的定义

近距离煤层群掘进是一种高效的煤炭开采方法，其优点包括提高采煤率、降低成本、节约能源等[1]。近距离煤层群掘进支护技术是一种高效采煤方式，其采煤机与支架的距离小于2m，能最大限度地提高采煤效率，减少煤炭浪费。其中，煤层特征是支护设计和采煤机性能的基础，而支护系统是保障煤层稳定性和采煤机安全运转的重要因素。该技术主要通过支架等支撑材料对采出的煤层进行支撑，防止地质灾害和人员伤亡事故的发生。

2 近距离煤层群掘进支护技术存在的问题

2.1 煤层失稳和瓦斯爆炸危险大

近距离煤层群掘进支护技术中，煤层失稳和瓦斯爆炸是两个主要的危险因素，这些问题是由于煤层地质条件、采煤机和支架设备的制约以及作业现场的人为因素等多种原因导致。一方面，煤层地质条件是造成煤层失稳的主要原因。由于煤层的构造复杂，存在着断层、褶皱等不规则变形，煤层的强度和稳定性难以保证，使煤层在采煤过程中容易发生崩落和顶板掉落等问题，给煤矿生产安全带来威胁[2]。另一方面，煤层瓦斯爆炸是煤矿安全生产中最为严重的事故，也是导致煤层群掘进支护技术中存在问题的重要因素。瓦斯是煤矿井下存在的一种有毒、易燃、易爆气体，如果采取不当措施，就会引起火灾和爆炸事故，给人身安全和设备安全造成严重影响。煤层群掘进支护过程中，由于煤层深度加大、煤质变差等因素的影响，瓦斯爆炸的危险性也在逐步增大，必须采取有效措施进行有效防范。

2.2 采煤机和支架受损严重

近距离煤层群掘进支护技术中，采煤机和支架的受损严重是存在的一大问题。采煤机是煤矿生产的主要设备，其效率和稳定性直接影响到煤矿的生产效益和安全生产。而在近距离煤层群掘进中，由于煤层厚度较薄，支架间距较小，采煤机在高强度作业中容易受到损伤，严重影响采煤机的寿命和稳定性。一是采煤机的机身和割头容易受到地质构造的影响，出现变形、磨损和破裂等现象，增加采煤机的维修和更换成本。二是支架在高压巷道内工作，容易受到煤岩体的挤压和变形，支架材料疲劳损伤、焊接破裂等问题频发，降低支架的稳定性和安全性。三是由于近距离煤层群掘进的特殊性，采煤机和支架在作业过程中相互作用，产生摩擦、磨损和碰撞等问题，机架、割齿和刀盘等易损件磨损加剧，影响采煤效率和成本控制。

2.3 工作面前移速度慢

近距离煤层群掘进支护技术中，工作面前移速度慢是一个普遍存在的问题，主要表现为以下几个方面。第一，人工换架时间长。由于近距离煤层群掘进工作面煤层紧密且结构复杂，支架更换频繁，人工换架时间长，严重影响掘进进度。第二，支护系统不稳定。采用的支架系统通常是液压支架，但是在煤层群掘进的过程中，由于煤层的变化和采煤机的振动，支护系统容易失稳，导致支护效果差，前移速度慢。第三，掘进方式不合理。在煤层群掘进的过程中，若采用传统的长壁工作面掘进方式，容易导致前移速度慢，支护成本高。因此，需要采用合理的掘进方式，如推进式掘进、合理的采煤机布置等，提高工作面前移速度。第四，管理水平不高。在近距离煤层群掘进支护技术中，管理水平的高低直接影响工作面前移速度。一些煤矿存在缺乏科学的管理体系和标准化的管理流程的情况，导致工作面前移速度缓慢。

2.4 支护成本高

在近距离煤层群掘进支护过程中，需要采用大量的支架、钢材和其他材料进行支护，这些材料成本较高，加上运输、安装、维护等方面的费用，致使支护成本高昂。首先，支护材料成本高。煤矿企业需要采购大量的支架、钢材和其他材料，用于支护煤层和保障采矿安全。这些材料的价格波动较大，加上采购、储存、运输等方面的费用，导致支护成本高。其次，支护维护成本高。支架等支护设备需要经常检修、更换，以确保其正常使用。维护过程中需要耗费人力、物力、财力等资源，增加支护成本。最后，支护施工成本高。支护施工需要专业技术人员进行操作，需要使用大型机械设备进行施工，加上人力、材料等方面的费用，使支护成本进一步升高[3]。因此，降低支护成本是优化近距离煤层群掘进支护技术的重要方面，选用更合适的支护材料，降低维护和施工成本。

3 近距离煤层群掘进支护技术的优化

3.1 改进采煤机设计，提高采掘效率和安全性

为优化近距离煤层群掘进支护技术，改进采煤机设计，提高采掘效率和安全性显得尤为重要。一要优化采煤机刀盘设计。通过改变刀盘的直径、转速、截深、刀具排布方式等提高采煤效率和减少采煤机的故障率。在选用滚筒截深为800mm 或1000mm 时，一个割煤循环时间的情况，出煤效率比截深滚筒600mm 将提升133%～167%。在选用刀具时应注重耐磨性和耐冲击性，以减少刀具更换次数。二要加强采煤机结构可靠性和安全性。增加采煤机的强度和刚度，以提高其抗扭转和抗弯曲能力，加强采煤机的密封性和防护措施，以减少煤尘和噪声的产生。三要提高采煤机的自动化水平。通过完善采煤机的自动化控制系统，实现采煤机的自动导航、自动调节和自动监控，提高采煤机工作效率和安全性。四要优化采煤机与支架的协调工作。通过改进采煤机与支架的协调工作，如优化采煤机与支架的协同控制、加强采煤机与支架的信息交流等，提高采煤机和支架之间的配合性和协作性，提高采煤效率和支护稳定性。五要推广新型采煤机。如煤矿机械化综采中的滚筒式采煤机，其采掘效率比传统采煤机提高30%以上，也能减少煤尘和噪声污染，具有较好应用前景。

3.2 优化支架结构和材料，提高支护稳定性和寿命

第一，优化支架结构。优化支架结构能提高支架整体稳定性和承载能力，减少支架变形和断裂的风险。可以通过增加支架数量、增加支架立柱和弯曲区域等方式加强支架结构的稳定性和承载能力。同时，优化支架结构也能提高支架适应性，使其能更好地适应不同形状和大小的煤层。第二，选用高强度材料。通过选用高强度材料提高支架的抗压、抗弯和抗拉强度，减少支架的变形和破坏。目前，常用的支架材料主要包括钢材和混凝土等。其中，钢材具有重量轻、强度高、施工方便等优点，混凝土具有防火、耐磨、长寿命等优点，可以根据实际情况选择合适的材料。第三，采用先进的焊接技术。支架结构采用焊接方式连接，因此采用先进的焊接技术可以提高支架的焊接强度和质量。例如，采用自动化焊接技术和焊接机器人能保证焊接质量和速度，提高支架生产效率。第四，加强支架的质量管理。通过加强支架检验和验收工作，严格按照国家标准进行质量检测，及时发现和处理存在的问题[4]。同时，加强供应商的质量管理和监督，确保采购合格支架材料，也是优化支架结构和材料的关键。

3.3 优化瓦斯抽采和通风系统，降低煤层瓦斯浓度

近距离煤层群掘进支护技术需要解决煤层瓦斯浓度高的问题，因为高浓度的瓦斯会增加爆炸事故的风险，影响安全生产。为降低煤层瓦斯浓度，需要对瓦斯抽采和通风系统进行优化。首先，瓦斯抽采是降低煤层瓦斯浓度的重要措施。可以采用本煤层抽采、邻近层抽采、底抽巷抽采、顶板裂隙带钻孔抽采、采空区埋管抽采等多种瓦斯治理措施，形成全方位立体抽采模式，有效降低工作面上方瓦斯浓度，减少瓦斯进入工作面的可能性。其次，通风系统的优化也能降低煤层瓦斯浓度。通风系统的作用是将空气从通风机送到工作面，再将瓦斯排出。通过优化通风系统，可以提高通风效率，降低瓦斯浓度。具体来说，可以选用功率大的自动化通风机，增加通风量；合理设置风门和风机，适当扩刷巷道断面，减少能量损失；安装瓦斯浓度自动监测仪器，及时发现瓦斯浓度异常并及时采取措施。最后，加强瓦斯浓度监测和管理。瓦斯浓度监测是及时发现瓦斯浓度异常的重要手段。煤矿企业应当健全和升级瓦斯浓度监测云系统，监测煤矿内各个区域的瓦斯浓度，对异常情况及时报警并采取相应措施。同时，应对瓦斯浓度监测数据进行统计和分析，及时发现问题并进行解决。

3.4 加强人员培训和安全意识教育，提高作业安全性

从事故直接原因看，90%以上的事故都是“三违”造成的，表面上是安全意识和自保、互保意识的缺失，但剖析深层次原因，反映出企业存在安全教育培训不到位等突出问题。开展全员安全生产教育和培训，就是要通过周边活生生的事故案例，通过反复观看、反复讨论，使从业人员真正“看明白、想明白、干明白”，明确岗位和工作背后的责任和使命。近距离煤层群掘进支护技术优化之一是加强人员培训和安全意识教育，以提高作业安全性。在进行煤矿开采作业时，人员是重要的作业因素，因此，加强人员培训和安全意识教育对于提高采掘作业安全性至关重要。

第一，设立安全生产教育培训计划。煤矿企业应制定实施安全生产教育培训精准计划，培训计划应该包括安全标准、工作程序和操作规程等方面的内容。从业人员要切实增强安全意识，认真落实岗位责任制，做到不违章作业、不违反劳动纪律，杜绝违章指挥，保护好自己的生命，不伤害他人的生命，切不可心存侥幸、冒险蛮干。扎实开展好全员安全生产教育和培训，真正使职工从思想、认识上提升安全意识水平和自保、互保能力，从源头上消除“三违”。第二，实行岗前和在职培训。对新员工进行岗前培训，使其熟悉岗位要求和安全操作规程。通过定期组织针对性的培训和考试，提高员工安全意识和技能水平，使员工掌握安全操作规程，熟练掌握操作技能。第三，严格落实安全防护措施。对作业人员的防护用品进行全面检查，及时更换损坏的防护装备，保证防护效果。在施工现场设置安全警示标志和安全防护设施，确保工作人员的安全。第四，定期开展风险分级管控和隐患排查。对人、机、物、环定期风险管控和隐患排查，及时发现问题并及时处理[6-8]。第五，加强行为习惯的养成。煤矿企业应该建立完善的安全行为规范管理制度，通过VR 体验式事故案例警示教育培训和人人过关的强制实操训练，形成安全规范操作习惯，杜绝违章操作和事故发生。第六，持续强化“无监控不作业”管理措施落实，加强对从业人员的监管，推动从业人员“上标准岗、干标准活”，防范和减少零星事故发生。

4 结语

虽然近距离煤层群掘进支护技术的发展已经取得一定成效，但是仍存在一些问题。比如，煤层失稳和瓦斯爆炸危险大，采煤机和支架容易受损，工作面前移速度慢，支护成本高等问题仍然困扰着近距离煤层群掘进的生产实践。针对这些问题，可以通过改进采煤机设计、优化支架结构和材料、优化瓦斯抽采和通风系统、加强人员培训和安全意识教育等方式进行技术升级和管理提升。近距离煤层群掘进支护技术的优化措施有望实现更高效、更安全、更经济的采掘方式，提高煤炭资源的利用效率和企业的盈利水平。