煤礦井下大斜度綜采面高效綜采技術的應用研究

劉 鵬

（陽煤集團壽陽開元公司綜采二隊， 山西 壽陽 045400）

大傾角煤層一般是指傾斜度大于35°的煤層，該類型的煤層在我國煤炭儲量中占據了20%左右，由于該類型綜采面地質結構復雜、人員勞動強度大、煤炭出采率低，因此是各煤炭企業長期以來的綜采盲區，隨著近年來各煤礦煤炭儲量的不斷減少，越來越多的煤礦開始研究大傾角綜采面的煤炭回采技術方案，提升礦井經濟效益[1]。傳統的大傾角綜采技術方案中多采用非機械化綜采技術方案，人員勞動強度極大、危險性高，雖然以采煤機為代表的綜采機械設備已廣泛應用在煤礦井下綜采作業中，但由于在大傾角綜采面上極易出現液壓支架滑架、采煤機打滑的事故，給煤礦井下的綜采作業安全造成了嚴重的影響，因此限制了綜采作業效率和經濟性的進一步提高。本文結合大傾角煤層的實際情況和綜采工藝流程提出了一種新的高效綜采技術方案，充分的利用煤礦井下機械化開采技術，對巖層穩定性控制方案、關鍵回采技術方案等關鍵技術進行了分析，根據實際應用結果表明，采用新的大傾角綜采技術方案能夠將煤礦井下綜采作業效率提升17%以上，顯著提升大傾角綜采作業時的穩定性和安全性，具有極大的應用推廣價值。

1 綜采面巖層控制方案

大傾角綜采面上的斜度較大，給巷道頂板及巖層的控制帶來了極大的挑戰，傳統的等高支護方案已經無法滿足該特殊地形條件下的巖層控制安全性，因此本文提出了一種多段式的大傾角綜采面巷道圍巖控制方案[3]，該控制方案原理如圖1 所示。

圖1 多段式大傾角綜采面巷道圍巖控制方案

由圖1 可知，在綜采作業過程中，根據綜采作業的進行，首先設置煤層I 第一區段工作面回風巷和煤層I 第一區段工作面運輸巷，對煤層I 的第一區段進行開采，然后再設置煤層I 第二區段工作面回風巷和煤層I 第二區段工作面運輸巷，實現對煤層I的第二區段進行開采。然后按照相同的方案逐步對煤層II 的第一區段和第二區段進行開采。在綜采作業的過程中根據雙巷并行、逐級推進的特點，開發了高強度液壓連桿柔性支護技術，有效的降低了綜采區域預留煤柱的支護作業，將前一區段經過采動作用的巷道頂板巖層和本區段綜采擾動的巖層聯系起來，形成了一個“大工作擾動面”，從而有效的延長了綜采區段工作面的填充長度，提升了頂板－支架－底板的支護穩定性，確保了大傾角煤層綜采作業下的巖層穩定性和安全性。

2 關鍵回采技術方案

為了解決傳統綜采液壓支架在大斜度綜采面支護作業時經常發生的支架支護失穩、滑移現象，本文結合多年綜采作業工作經驗，提出了一種新的大斜度綜采面關鍵回采技術方案，該方案以液壓支架工作阻力分區域控制為核心，同時為了滿足液壓支架的分區域支護控制穩定性的需求，提出了沿著綜采面按1∶3∶1 的局部區域放頂煤控制方案，該關鍵回采技術方案結構如圖2 所示。

圖2 關鍵回采技術方案原理示意圖

由圖2 可知，在該關鍵回采技術方案中，將大斜角綜采面分為上部區域、中部區域和下部區域，在上部區域屬于高空頂率區，巷道頂板的礦壓波動大、穩定性差，因此液壓支架在支護過程中需要采用高支護阻力模式[3]，在下部區域和中部區域屬于阻力較穩定區，因此液壓支架在支護過程中可采用適當低的初撐力，保證綜采過程中的穩定性。為了確保在放煤過程中液壓支架的支護穩定性，采取了在不同區域設置不同頂煤放出量控制方案，在上部和下部區域放出量最小，在中間穩定區域頂煤放出量最多，從而有效的克服了支架載荷波動和空頂率高、穩定性差的難題，提升了綜采作業過程中的支護穩定性。

3 大斜角綜采面安全防護技術

在大斜度綜采面上，由于頂板不穩定性大，因此經常出現飛矸、圍巖垮落等異常，不僅給煤礦井下的綜采作業安全帶來了極大的隱患，而且導致需要頻繁的對支護區域進行維護和清理，也極大的影響了井下綜采作業效率的提升，因此本文結合大斜度綜采面的實際情況，提出了一種新的綜采面安全防護技術方案，該方案實際應用如圖3 所示。

圖3 大斜度綜采面安全防護方案結構示意圖

由圖3 可知，該綜采技術方案中，采用了井下剛性支護方案和井下柔性支護方案[4]，在綜采面的上出口和下出口區域形成一個以全封閉液壓支架為支護核心的封閉通道，滿足在上部區域和下部區域的安全防護需求，在中間穩定區域采用了剛性防護和柔性防護相結合的方案，從而形成了以上端和下端防護飛矸為核心的全封閉防護結構和中部以防止落石為核心的剛柔結合防護體系，有效解決了大斜度綜采面頂板穩定性不足，易垮落的難題，顯著提升了綜采作業的安全性和綜采作業效率，根據實際應用表明采用新的高效綜采技術方案后的綜采效率比優化前提升了17%以上，極大的提升了井下綜采作業的安全性和穩定性。

4 結論

針大斜度綜采作業面地質條件復雜，極易出現液壓支架滑架、采煤機打滑的事故，給煤礦井下的綜采作業安全造成嚴重影響的現狀，提出了一種新的高效綜采技術方案，充分地利用煤礦井下機械化開采技術，對巖層穩定性控制方案、關鍵回采技術方案等關鍵技術進行了分析，根據實際應用表明：

1）多段式的大傾角綜采面巷道圍巖控制方案，能夠有效地延長綜采區段工作面的填充長度，提升了頂板－支架－底板的支護穩定性。

2）大斜度綜采面關鍵回采技術方案，以液壓支架工作阻力分區域控制為核心，結合局部區域放頂煤控制方案，有效地克服了支架載荷波動和空頂率高、穩定性差的難題，提升了綜采作業過程中的支護穩定性。

3）大斜角綜采面安全防護技術，采用了井下剛性支護方案和井下柔性支護方案，有效解決了大斜度綜采面頂板穩定性不足，易垮落的難題，將綜采效率提升了17%以上，極大的提升了井下綜采作業的安全性和穩定性。