大傾角厚煤層開采技術(shù)分析

吳少勤

（陽(yáng)城縣陽(yáng)泰集團(tuán)實(shí)業(yè)有限公司，山西 晉城 048100）

引 言

大傾角厚煤層開采工藝起步時(shí)間較晚，在實(shí)際開采作業(yè)極易出現(xiàn)各類突發(fā)安全事故，集中體現(xiàn)在回采設(shè)備不完善、煤礦安全支護(hù)控制理論不完備等方面，極大的制約了煤礦開采行業(yè)的發(fā)展。基于此，剖析大傾角厚煤層開采工藝具有實(shí)際意義，可從根源上消除安全隱患，保證煤炭生產(chǎn)作業(yè)的安全性。

1 簡(jiǎn)述工程概況

本單位井田總開采面積達(dá)到5.68km2，年產(chǎn)能超過65萬(wàn)t，預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)年限達(dá)到25年。在整個(gè)礦井范圍內(nèi)，主要包括2＃、10＃與17＃煤層，煤層平均厚度約為5.8m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，個(gè)別部位含有至少兩層夾矸。當(dāng)前主要針對(duì)2＃井實(shí)施開采作業(yè)，埋深超過350m，經(jīng)測(cè)量得知，最大煤層傾向角為32°，且作業(yè)面起伏范圍較大，屬于典型的大傾角厚煤層綜合開采作業(yè)。在實(shí)際開采過程中，極易受到各類主客觀因素的影響，誘發(fā)生產(chǎn)安全事故。另外，大傾角厚煤層的回采作業(yè)難度系數(shù)較高，并伴有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。

2 開采作業(yè)核心技術(shù)

施工人員使用回彈儀測(cè)試主采煤層及煤層夾矸，合理測(cè)定頂煤與夾矸強(qiáng)度；依托專業(yè)技術(shù)理論，測(cè)算工作面壓力強(qiáng)度等級(jí)與安全支撐架構(gòu)的承載限度等。

根據(jù)工程所處區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件特征，構(gòu)建三維模擬試驗(yàn)臺(tái)，綜合分析傾斜回采作業(yè)基本規(guī)律，并模擬頂煤放出速度與煤矸分界面變化規(guī)律的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系。然后利用專業(yè)數(shù)值模擬軟件，定向標(biāo)志顆粒的變化軌跡［1－3］。

依托鉆孔成像技術(shù)與超聲波技術(shù)，可探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造斷裂帶與煤壁安全穩(wěn)固性，揭示回采面與頂板周期受壓裂縫延展深度。同時(shí)采取棕繩＋注漿錨固作業(yè)的方式，處理地質(zhì)構(gòu)造斷裂帶與煤壁片幫段，進(jìn)一步提升煤壁的安全穩(wěn)定性。

針對(duì)錨索加固技術(shù)來(lái)說(shuō)，注漿工藝發(fā)揮著不可替代的作用，其工序如下：

1）選擇煤壁超前注漿加固工藝，處理煤壁破損較為嚴(yán)重的區(qū)域，避免煤壁斷裂片大面積脫落造成工作面頂部的塌落。在布設(shè)注漿孔的過程中，要確保其與煤壁垂直，間隔距離控制在3m左右，設(shè)置在距離底板約2／3的位置［4］。

2）在煤壁上設(shè)置直徑約42mm的注漿孔，在設(shè)置過程中，需確保注漿孔與煤壁的位置保持垂直，然后再將直徑適宜的注漿管插入漿孔，并一同放置直徑約15mm的棕繩，最后，在注漿管內(nèi)注入波雷音混合液。注漿效果，如96頁(yè)圖1所示。

應(yīng)用上述注漿工藝和工作面頂管管理技術(shù)，可有效控制煤壁的破損。且回采面作業(yè)更加安全也更加穩(wěn)定，回采面井注漿處理后形成的穩(wěn)定煤壁，如第96頁(yè)圖2所示。

3 技術(shù)創(chuàng)新的主要內(nèi)容

根據(jù)大傾角厚煤層工作面回采作業(yè)中存在的主要問題，采用超聲波探測(cè)技術(shù)、鉆孔窺探設(shè)備和三維物理模擬等多項(xiàng)技術(shù)不斷完善放頂回采的流程，從而提高頂煤的回采率以及設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。

圖1 煤壁注漿前后效果對(duì)比圖

圖2 回采面注漿后的穩(wěn)定煤壁

1）利用超聲波探測(cè)和鉆孔窺視儀完成測(cè)量工作，明確大傾角縱放區(qū)巷道超前支撐壓力的影響范圍，地質(zhì)破碎范圍和煤壁較為完整的范圍，從而明確超前支撐壓力作用下煤炭裂隙發(fā)育的基本規(guī)律和波速波長(zhǎng)主要的變化趨勢(shì)。另外，深入分析頂煤破碎分區(qū)支撐應(yīng)力分布之間的相關(guān)性，也為頂煤破碎預(yù)測(cè)工作提供了專業(yè)的依據(jù)［5］。

2）應(yīng)用專業(yè)的PFC數(shù)值模擬軟件反演頂煤散體的形態(tài)，進(jìn)而明確出煤層傾斜角度與頂煤放出體軸線的偏轉(zhuǎn)方程，科學(xué)選擇液壓支架放煤口的角度。此外，利用頂煤運(yùn)移的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)以及頂煤散體放出模擬試驗(yàn)，不斷完善放煤步距和放煤的流程。

3）利用超聲波探測(cè)和鉆孔窺視儀可探測(cè)到不同位置的裂隙發(fā)育規(guī)律，同時(shí)利用數(shù)值模擬詳細(xì)分析煤壁片幫的基本形式和運(yùn)行機(jī)理。還要在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)利用棕繩與波雷音材料完成注漿棕繩制作，從而替代玻璃鋼注漿錨桿，不斷完善注漿加固的效果。在注漿施工時(shí)，注意將淺部注漿與深部注漿有機(jī)結(jié)合，這樣一方面保證了注漿的質(zhì)量，另一方面也降低了企業(yè)的成本投入，在確保工程經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也可獲得工程的安全效益。

4）經(jīng)力學(xué)分析，作業(yè)人員可明確液壓支架荷載計(jì)算的主要方式，進(jìn)而加強(qiáng)支架選型的合理性，在作業(yè)中應(yīng)積極采取液壓支架防滑倒措施，增大支架的初撐力，或者也可采取超前支護(hù)等方式完善回采面頂板控制，不斷改進(jìn)進(jìn)刀方式，進(jìn)而加快回采的速度，防止作業(yè)中采煤設(shè)備發(fā)生頻繁移位現(xiàn)象。

5）在回采面采煤機(jī)組行走輪作業(yè)中，經(jīng)常會(huì)存在應(yīng)力集中的情況。工作人員需對(duì)采煤機(jī)組開展定期的維修和養(yǎng)護(hù)工作，在每日工作結(jié)束后進(jìn)行注油潤(rùn)滑，并結(jié)合實(shí)際情況做好破底工作，從而降低機(jī)組壓力，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。另外，還可以通過專用推拉裝置的制作來(lái)減少大傾角中回采難度大等問題，以此確保轉(zhuǎn)載機(jī)的運(yùn)行效率，提高回采作業(yè)的質(zhì)量［6］。

4 回采面頂煤回收率實(shí)測(cè)分析

在回采面頂煤回收率實(shí)測(cè)作業(yè)中，首先需要在回采面上進(jìn)行鉆孔設(shè)置。每40m左右的距離上設(shè)置4個(gè)鉆孔，且鉆孔的距離要保證距離機(jī)道梁端1m左右，鉆孔深度要與回采面頂煤厚度保持一致。鉆孔布設(shè)完成后，在每個(gè)鉆孔中設(shè)置8個(gè)左右的RF標(biāo)簽，標(biāo)簽距離控制在0.5m左右為宜。再者，還需在運(yùn)輸航道膠帶機(jī)機(jī)頭的位置上設(shè)置相應(yīng)的無(wú)線電接受裝置，便于指令的傳輸。回采作業(yè)中，RF標(biāo)簽會(huì)在頂煤放出后直接進(jìn)入后溜子中，之后再利用信號(hào)傳輸裝置對(duì)標(biāo)簽數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確掌握，并通過系統(tǒng)計(jì)算得出頂煤放落的回收率。在實(shí)測(cè)過程中，一共測(cè)得回收的標(biāo)簽數(shù)量在28個(gè)左右，占總體的87%。相關(guān)設(shè)備布設(shè)示意圖，如圖3所示。

圖3 回采面頂煤回收率監(jiān)測(cè)設(shè)備布置示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用大傾角回采面實(shí)施回采作業(yè)，不僅開機(jī)率得到了顯著的提升，增大了采煤量，同時(shí)還降低了各方面的消耗，為企業(yè)創(chuàng)造了更多經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，通過該方式的使用也避免了采煤中危險(xiǎn)事故的發(fā)生，保證了回采作業(yè)的安全性、高效性和完整性，進(jìn)而為煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。