煤礦井下長(zhǎng)距離工作面綜采技術(shù)研究

韓立權(quán)

（大同煤礦集團(tuán)云崗礦， 山西 大同 037017）

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中，社會(huì)生產(chǎn)與生活各方面對(duì)能源的需求量不斷增大，由于我國(guó)富煤資源的分布特征，必須選擇合適的采煤技術(shù)。綜合分析我國(guó)煤礦開(kāi)采方法可知，隨著近年來(lái)工作面的加長(zhǎng)，各煤礦的開(kāi)采效率均得到不同程度的提升，并且安全事故發(fā)生頻次也出現(xiàn)不同程度下降。此外，針對(duì)大量煤炭開(kāi)采過(guò)程中存在的較為嚴(yán)重的資源浪費(fèi)現(xiàn)象，長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)可以有效減少煤礦的資源浪費(fèi)。因而，增強(qiáng)長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)的研究與推廣工作十分必要，煤礦生產(chǎn)企業(yè)將其與現(xiàn)有煤礦開(kāi)采的工藝技術(shù)相結(jié)合，可使得煤礦開(kāi)采行業(yè)獲得較大的發(fā)展助力，有利于整個(gè)行業(yè)的整體發(fā)展。

1 長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)分析

長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)指的是對(duì)采煤工作面的距離進(jìn)行有效控制，從而使得采煤工作的巷道萬(wàn)噸掘進(jìn)率保持在較高水平，并得到最優(yōu)開(kāi)采參數(shù)。與普通工作面采煤技術(shù)對(duì)比，長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，例如增加煤礦的采煤效率、提升煤礦生產(chǎn)企業(yè)的整體生產(chǎn)水平已經(jīng)產(chǎn)品質(zhì)量。

仔細(xì)研究分析長(zhǎng)距離工作面的開(kāi)采數(shù)據(jù)可知，與普通開(kāi)采技術(shù)比較，長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：

1）采煤量穩(wěn)定性。煤礦采用長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)可以把礦井的工作面距離進(jìn)行合理控制，使得工作面的開(kāi)采參數(shù)都保持在一個(gè)最佳狀態(tài)，從而大大增加了煤礦的采煤量，并且工作面開(kāi)采的穩(wěn)定性也得到較大提升[1-2]。

2）采煤效率。與傳統(tǒng)普通工作面開(kāi)采技術(shù)對(duì)比，長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)在煤礦開(kāi)采過(guò)程中的采煤效率更高，這樣使得煤礦生產(chǎn)企業(yè)在同類(lèi)企業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力大大提升，從而可以投入更多人力、財(cái)力在企業(yè)自身的安全管理與技術(shù)升級(jí)上，從而形成煤礦企業(yè)發(fā)展的良性循環(huán)。

2 長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)的影響要素

長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)雖然具備諸多優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)，其在煤礦生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到諸多因素的影響，其中工作面長(zhǎng)度是由以下多個(gè)方面所共同決定的。

2.1 煤礦生產(chǎn)設(shè)備

各個(gè)煤礦生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備狀況是影響采煤工作面長(zhǎng)度的主要因素，其主要體現(xiàn)在有效鋪設(shè)長(zhǎng)度與運(yùn)輸能力兩個(gè)方面。其中，工作面長(zhǎng)度與有效鋪設(shè)長(zhǎng)度在某一臨界點(diǎn)內(nèi)是一種正相關(guān)的關(guān)系，即當(dāng)有效鋪設(shè)長(zhǎng)度小于該臨界點(diǎn)時(shí)，隨著有效鋪設(shè)距離的增大，工作面長(zhǎng)度也相應(yīng)增大，采煤量也采煤效率都是相應(yīng)增大；與之相反，超過(guò)該臨界點(diǎn)時(shí)工作面長(zhǎng)度的增加反而會(huì)對(duì)采煤效率造成不良影響。當(dāng)前國(guó)內(nèi)煤礦企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的有效長(zhǎng)度一般不超過(guò)臨界值的3/4。

運(yùn)輸能力也是影響工作面距離的重要因素，一方面確保了采煤工作面的煤炭可以及時(shí)運(yùn)輸走，確保運(yùn)輸效率。另外一方面，適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸設(shè)備還能夠還可將工作面的工作范圍加大，從而提高了煤礦生產(chǎn)效率。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)煤礦生產(chǎn)企業(yè)所使用的運(yùn)輸設(shè)備通常為下頁(yè)圖1 所示皮帶輸送機(jī)與刮板輸送機(jī)兩種，功率多數(shù)為500 kW 與630 kW 兩種[3]。

2.2 儲(chǔ)煤的煤層厚度

當(dāng)煤層厚度較大，工作面的采高超過(guò)2.5 m 時(shí)，會(huì)使得支護(hù)難度加大；當(dāng)煤層厚度較小，工作面采高小于1.3 m 時(shí)，控頂區(qū)與巷道間距都比較小，會(huì)導(dǎo)致采煤作業(yè)難以連續(xù)進(jìn)行。因此必須根據(jù)實(shí)際的采高來(lái)適當(dāng)控制工作面距離，以保障采煤工作面的連續(xù)順暢進(jìn)行，從而保障煤礦生產(chǎn)過(guò)程中較高的采煤效率。

圖1 常用運(yùn)輸設(shè)備

2.3 回采工藝

國(guó)內(nèi)使用較多的回采工藝主要包含高檔普采工藝、綜采工藝與掩護(hù)支架工藝三種。其中，采用高檔普采工藝時(shí)，可最大限度體現(xiàn)出長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)；采用綜采工藝時(shí)，液壓支架對(duì)采煤機(jī)的截割有一定輔助作用，因而工作面的長(zhǎng)度可以適當(dāng)加大；采用掩護(hù)支架工藝時(shí)，由于該工藝方法所采取的自溜運(yùn)輸而導(dǎo)致工作面長(zhǎng)度增加受到一定限制。煤層瓦斯含量。當(dāng)儲(chǔ)煤中瓦斯含量較高時(shí)，應(yīng)該減小工作面距離，這樣會(huì)使得煤層的暴露面積相應(yīng)減少，此時(shí)，即使增大采煤量，瓦斯泄漏的危險(xiǎn)性依舊較低。反之，過(guò)大的工作面距離會(huì)導(dǎo)致瓦斯泄漏的危險(xiǎn)性大大增加，此時(shí)必須增強(qiáng)井下的通風(fēng)量，但會(huì)導(dǎo)致兩巷道斷面之間發(fā)生相互干擾。當(dāng)儲(chǔ)煤中瓦斯含量較低時(shí)，對(duì)井下通風(fēng)要求大大降低，從而避免了其對(duì)工作面長(zhǎng)度的影響。

2.4 煤礦管理水平

煤礦管理水平涉及范圍非常廣泛，但主要包含生產(chǎn)管理與技術(shù)管理兩方面。當(dāng)管理水平較高時(shí)，能夠很好應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況，并選擇更優(yōu)的工作面參數(shù)，此時(shí)可適當(dāng)增加工作面距離，從而提高開(kāi)采效率。

2.5 地質(zhì)條件

我國(guó)煤礦所處的地質(zhì)條件大多較為復(fù)雜，且多為巖層結(jié)構(gòu)，因此煤礦開(kāi)采前必須對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行仔細(xì)勘測(cè)，從而選擇最優(yōu)的開(kāi)采方法。進(jìn)一步將地質(zhì)情況劃分清楚，從而更合理地確定工作面距離。對(duì)于長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)，地質(zhì)條件對(duì)其影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是斷層的落差形式，其參數(shù)范圍通常在1.5～5.0 m 間，對(duì)長(zhǎng)距離工作面采煤方式的影響較大；二是斷層的發(fā)育形式，尤其是小斷層的發(fā)育情況。當(dāng)工作面有發(fā)育良好的小斷層時(shí)，會(huì)引發(fā)工作面推進(jìn)參數(shù)的改變，從而影響到工作面的正常循環(huán)活動(dòng)。當(dāng)出現(xiàn)這種發(fā)育良好的小斷層時(shí)，應(yīng)對(duì)工作面參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，減小工作面距離，從而最大程度避免小斷層所導(dǎo)致的負(fù)面效應(yīng)。

3 瓦斯防治技術(shù)

前文所述影響長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)的因素中，其中瓦斯含量不僅影響到開(kāi)采效率，更在很大程度上決定了煤礦的生產(chǎn)安全，因此，必須做好瓦斯防治工作。

煤礦開(kāi)采過(guò)程中，伴隨著工作面綜采的進(jìn)行，采空區(qū)頂部巖層會(huì)發(fā)生位移，從而導(dǎo)致豎直方向產(chǎn)生彎曲下沉區(qū)、斷裂區(qū)與垮落區(qū)。其中斷裂區(qū)巖層間的縫隙是瓦斯流動(dòng)的通道，當(dāng)使用地面鉆井方式抽取瓦斯時(shí)，該裂縫就可作為鉆孔位置備選。該抽取方式的原理如圖2 所示。煤層在經(jīng)過(guò)開(kāi)采后，其瓦斯?jié)B透率往往會(huì)大幅提高，采用上述方法可安全高效地將井下瓦斯抽出。

圖2 瓦斯抽取原理示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文所述可知煤礦長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)對(duì)比普通采煤技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要在于提高了煤礦的采煤量、采煤效率以及安全性、穩(wěn)定性。但我國(guó)當(dāng)前煤礦生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于工作面距離的選取仍然存在諸多不足之處，這主要是由于煤礦的生產(chǎn)管理與技術(shù)管理水平、復(fù)雜多變的地質(zhì)狀況、煤層中瓦斯含量等諸多影響因素導(dǎo)致的。因而，為了長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)得到更廣泛的推廣與使用，煤礦生產(chǎn)企業(yè)必須從企業(yè)本身的實(shí)際狀況出發(fā)，仔細(xì)分析企業(yè)自己生產(chǎn)、管理、技術(shù)、設(shè)備等方面的條件，再進(jìn)一步結(jié)合煤礦地質(zhì)條件，選擇最優(yōu)參數(shù)，從而確保長(zhǎng)距離工作面采煤技術(shù)的優(yōu)勢(shì)徹底發(fā)揮出來(lái)。