大倾角三软煤层智能化采煤工作面防飞矸安全回采技术

苗 磊 张鲁宁

（肥城矿业集团单县能源有限责任公司，山东 荷泽 274300）

通常情况下，在煤矿开采作业的过程中，大倾角三软煤层的处理难度是最大的，一般针对煤层埋深角超过35°的结构，在这样的背景下，由于开采的震颤及振动，需要对各个工作面进行防护，尤其是进行防飞矸安全处理[1]。但是防飞矸方法多使用定向回采技术，虽然这类方法可以保障日常开采安全，但是缺少针对性和关联性，回采的形式单一，再加上外部环境及特定因素的影响，导致最终获取的回采效果受到限制。为此提出对大倾角三软煤层智能化采煤工作面防飞矸安全回采技术。这次以较为真实的工程为例进行研究，针对大倾角三软煤层的实际开采需求及标准，设计更灵活、多变的回采结构，结合当前的防飞矸要求，对具体的位置进行转换标定，形成更稳定的开采环境。此外，通过最新的辅助技术与开采方法，更精准地计算防飞矸回采结构的埋深角度，控制在35°以内为最佳[2]。在短时间内形成完整、具体的回采防护工程结构，为后续环节的施工处理奠定坚实的基础[3]。

1 工程概况

这次主要是对大倾角三软煤层智能化采煤工作面防飞矸安全回采技术的实际应用效果进行分析，考虑到最终测试结果的真实性与可靠性，选定肥城矿业集团单县能源有限责任公司下属设置的A煤矿开采工程作为测试的主要目标对象，该煤矿的IV269 工作面属于综采工作面，经过开采前的调研及地质分析可知，该煤矿的煤层分布属于单斜煤层。该煤层在地质环境的影响下经常会出现产状变化和相互对称等问题，部分构造还出现了全岩段的情况[4]。在初期的开采作业过程中，为了进一步保证工程顺利实施，施工人员进行防飞矸结构建设，但是回采处理环节出现了一些不可控的问题，大倾角煤层地质构造错综复杂，构造带较多，煤层厚度和顶板情况变化多，导致正常生产速度及生产量受到限制。因为倾角大飞研有较大的安全隐患，工作面正常生产和作业人员安全受到影响，经过对发生的事故调查，试图找到一种解决消除大倾角综采工作面的方法。由于煤层整体层状结构较厚，IV429 工作面标高值设定的是-584m～715m，单向煤层为1.25m，测定得出的平均倾角为36°，甚至部分严重区域的倾角可以达到42°，超出预先设定的标准范围，形成安全隐患，对工程的推进造成阻碍[5]。不仅如此，回采处理及结构搭接不合理，一定程度上还导致防飞矸结构的承载力及荷载值下降，采用工作面的循环进度值降至0.35 以下，内置结构支护加固效果受到限制[6]。

另外，在进行防飞矸回采处理的过程中，移架顺序和防护的方向并不明确，导致防飞矸的标定点位出现误差，当煤机在开采时，移动范围较小，支护处理效果较难提升[7]。回采处理一般会采用由下向上的推溜方式实现后期的加固处理，但是这次工程由于性质是大倾角的三软煤层，推溜加固结果并不理想，一定程度上也影响了同期的回采效果。综合上述分析与施工概况的简述，提取存在的问题，制定解决方案，实现预期的防飞矸回采处理工作。

2 设计大倾角三软煤层防飞矸安全回采技术

2.1 交接处理及设备上窜及下滑设置

针对防飞矸回采处理目标及任务的设定，结合实际的施工作业需求和标准的变化，设置具体细化的交接流程，对所应用的施工回采设备及装置进行窜及下滑设定，保证其处于最佳的运行状态。将此时的煤矿工作面调整至伪斜形式，结合实际开采情况制定对应的回采交接标准，将伪斜角度设定为煤层的1/4，适当增加工作面的移动量，一定程度上可以抵消下滑量，避免后期回采出现下滑、沉降等问题，完成初始交接任务。

以此为基础，对工作面中的设备进行基点位置的调节，结合当前的运行需求，进行自上而下的推溜处理，以机尾作为核心控制调基点，设置搭接的间距为1.5m，对使用过程中存在的阻力值进行控制，设置后拉的千斤顶，标定具体的应用位置，与辅助性的支架形成等承载的压力，增加设备的稳定性，同时对支架进行固定处理。

2.2 移转载机及液压回采支架设置

完成对交接处理及设备上窜及下滑的设置后，接下来结合当前的施工要求，进行移转载机及液压支架的设置，转载机的移动与应用是较为复杂且烦琐的，需要有较强的针对性，所以，在进行割煤回采处理作业前，结合辅助支架的设定，先对倒架覆盖范围进行计算，如公式（1）所示。

式中：G为倒架覆盖范围；α为转换比；ℑ为输送距离；o为移动间距；ℜ为与支架的重合距离。

根据上述测定，对倒架覆盖范围进行计算，在该范围内，进行转载机的定向移动，对现场的浮煤进行清理，将装载机和其他的设备进行搭接，形成循环性的应用控制结构。以此为基础，还要设置液压支架。液压支架的工作原理是用来控制采煤工作面矿山压力的结构物体。采面矿压以外载的形式作用在液压支架上。在液压支架和采面围岩相互作用的力学系统里，如果液压支架的各支承件合力与顶板作用在液压支架上的外载合力正好是同一直线，该液压支架对此采面围岩十分适应，对当前的综采工作面回采处理来说，液压支架的使用效果比普通的钢结构支架更好，不仅可以保障煤矿开采的安全，同时也有利于保证围岩的稳定性。

首先，在大倾角三软煤层的覆盖范围内设置多个监测节点，用于日常数据及信息的开采，将液压支架和顶板相连，在支架移动的过程中，会形成下滑力，所以尽量调整好支架的角度和支撑受力方向，在进行升架的过程中，控制支架的初撑力变动比在1.25～3.66 为最佳，此时，计算液压支架中的底座和底板的摩擦力，设定合理的支撑高度，一般为2.5m～3.5m，在预设的回采处理过程中，将防飞矸的结构与液压支架关联和搭接，形成组合性的支撑结构，如图1 所示。

根据图1 对液压支架与防飞矸组合支撑结构进行设计，以此为基础进行接顶处理，在支架的顶端固定，防止支架偏移，此时，液压支架在与防飞矸结构进行关联时有一定的支撑力，也可以结合实际的情况进行斜撑处理，利用侧护板面慢慢进行扶正，来构建预期的回采处理环境。

2.3 设定隔离墙及多阶超前回采支护处理

完成对移转载机及液压回采支架的设置后，接下来结合当前的建设回采需求，结合防飞矸及大倾角三软煤层的开采作业标准设定隔离墙，并建设多阶超前回采支护处理结构。通常情况下，隔离墙的建设仅针对防飞矸节后的后期接入及防护，可以结合部署的支撑回护点，合理调整回采支撑结构的覆盖范围，最大程度地降低回采下沉，进一步提高实际的回采处理安全程度[8]。液压回采后大倾角三软煤层将逐渐垮落，矸石在垮落、挤压、碰撞的过程中有向隔离墙窜出的趋势，同时碎石帮在未压实稳定时容易向隔离墙鼓出变形，因此实施过程中必须结合防飞矸及大倾角三软煤层进行挡矸支护。首先，需要确定设置隔离墙的位置，如图2 所示。

图2 工作面防飞矸回采隔离墙设置结构图

根据图2，完成对工作面防飞矸回采隔离墙设置结构的设计，以此为基础，还需要在隔离墙的后方设置防抽漏结构，对上方的回采层进行更有效地处理，避免严重倒架问题的出现。接下来，综合当前的施工近况，进行多阶超前回采支护的处理和设定，与传统的智支护结构不同的是，大倾角三软煤层的防飞矸回采情况较为多变，所以需要设置多阶的支护加固框架[9]。防飞矸回采隔离墙的岩体不稳定，完整性较差，且大倾角三软煤层周围环境多变，其变形产生的破坏力和松软的土质结构一样，具有一定的坍塌概率。由于大倾角三软煤层完整性不好、周围环境复杂，因此维护会比较困难。隔离墙受陷落柱的影响，支撑回护点会导致变形，将对防飞矸回采隔离墙造成严重毁坏，影响采煤工作生产进行。因此，当面对大倾角三软煤层的防飞矸回采情况时，必须采用针对性的支护加固技术。首先，需要设置此时综采工作面的回采支护标高值，见表1。

表1 综采工作面回采支护标高值设置表

根据表1，完成对综采工作面回采支护标高值的设置。接下来，根据支护的处理范围，对下设的支撑点位进行调整和转换，确保防飞矸回采结构保持稳定，回采的处理位置不再发生变化。但是这部分需要注意的是，防飞矸回采架可以采用间隔移架的方法，避免下滑，还可以量支护加固结构与实践应用的设备进行搭接关联，时刻遵循“初撑力第一”的回采处理原则，保证支撑力均匀，提高最终的防飞矸安全回采效果。

2.4 回护防飞矸加固实现回采目标

完成对设定隔离墙及多阶超前回采支护的处理后，接下来，采用回护防飞矸加固的方式实现最终的安全回采目标。在回采结构中加设防飞矸胶带，设置的高度值为2.5m～3.5m 为最佳，回采覆盖宽度值为1.2m，防飞矸作用的间隔控制在10.5m～12.3m。此时，当工作面设置的防飞矸结构和回采处理结构出现堆叠时，要在顶板位置设置挡煤板装置，对回护搭接链板进行封严处理，最大程度地减少回采处理所带来的安全隐患，同时达到加固与回采的双向施工目的。

但是这部分需要注意的是，对大倾角三软煤层的回采处理工作来说，需要对每个回采位置进行精准定点，尽量避免存在的防飞矸回采误差出现，可以根据要求适当加设上多道防飞矸限制用网，间隔控制在1.35m～2.21m，为后续煤矿的开采作业奠定夯实的基础，维护施工环境。

3 实例结果验证分析

根据上述测定，对测试结果进行分析，选定该高采煤工作面作为基础测定目标，具体标定出5 回采点测试研究，利用专业的设备和装置进行数据信息的采集，见表2。

表2 测试结果对比分析表

根据表2，对测试结果进行分析，针对选定的5 个回采点进行测定，最终得出的回采偏移值均控制在0.2m 以内，说明这种防飞矸回采技术的针对性与稳定性较高，回采的处理质量较高，误差可控，具有实际的应用价值。

4 结语

总的来说，以上是对大倾角三软煤层智能化采煤工作面防飞矸安全回采技术的设计与分析验证，与传统的回采形式进行比对，这次所设计的回采结构更稳定、多元，在复杂的背景环境下，也可以更好地满足设计的防飞矸需求及标准，此外，对回采支架所形成的弯曲、倾斜以及下滑等问题来说，结合大倾角三软煤层的开采方向及标定位置，制定相对应的回采方案，增设防飞矸装置，最大限度地保障施工人员的人身安全，提高煤矿开采的稳定性，为后续相关行业和技术的创新提供参考。