煤矿井下复杂地形条件综采面综采技术的应用研究

赵新建

（山西焦煤西山煤电镇城底矿，山西 太原 030203）

在我国煤矿产业的现代化建设和发展中，煤矿生产活动面对着愈发复杂的综采工作面地形条件，生产中工作人员需要结合煤层条件现状，突破传统的综采工艺技术的局限性约束，提高综采技术水平、工艺效果，促进煤炭回采质量和效率的进一步提升，防范顶板冒顶事故等安全问题的发生。

1 综采面巷道支护方案及技术优势

以山西省某煤矿为例，在综采工作面中，地形条件较为特殊，存在着煤层较厚、倾角大的情况，在该地形条件下，为了提高综采回采率，要以降低支架卧底风险为切入点，制定综采面巷道支护方案。在实施上下巷道的掘进生产活动环节，以破三角底的形式进行方案，破三角底设置为1 100 mm，井下4 500 mm 宽的巷道的目的是维护巷道稳定，提高锚杆支护水平。设置锚杆时，在全断面设计11 根，利用高强度螺纹钢，调整锚杆间距，间距保持80 cm[1]。设置预紧力矩是支护锚杆作业的重要环节，其预紧力矩为400 N·m，设定1 600 mm 顶板锚索排距，在每两排的锚杆上设置一排锚索，以达到加强支护效果的目的。每排锚所数量为3 条，在锚杆排的中间选择放置位置。

锚杆支护作业中，要保证外露一部分锚索，长度为30 cm，以达到快速拆卸的目的，为后续的拆卸作业创造便捷的前提条件。为了确保巷道支护作业的灵活性，要使用2 根锚索，与顶板相互垂直，满足煤层倾角支护要求，发挥锚索功能，从多个角度进行支护，增强支护的可靠性[2]。利用该支护方案，可以便捷的进行收撤作业，整体的支护结构较为简单，针对支护作业的时间成本、人力资源成本，均形成了一定的节约作用，在复杂地形条件下制定巷道支护方案，对煤炭综采率低问题进行改造，加强对冒顶事故风险的有效防范，改善煤炭综采经济效益不理想的问题，复杂地形条件下的巷道支护方案，如图1 所示。

图1 复杂地形条件下的巷道支护方案

为了在综采面进行综采作业，提高综采技术水平，要利用多种方法加强对不同类型工艺的合理运用，例如选择超前支护的方式，或是采取多工艺联合旋转综采作业等方法，取得了理想的效果，利用锚杆和锚索的联合功能，发挥多角度支护作用，支护可靠性强。根据井下的地质条件，利用多工艺联合旋转综采作业技术，立足于实际，可以灵活的进行综采作业，综合了单项综采技术、双项综采技术和旋转开采技术，提高井下综采活动的灵活性，将多种工艺技术联合在一起进行生产活动，提高了煤炭回采率，保证综采面顶板的安全性和稳定性效果。在复杂地形条件下的矿井生产作业中，制定综采作业技术方案时，要按照采煤机斜切进刀的方式进行逐步的施工，完成整体的综采作业任务，优化技术方案的应用效果，连续进行综采作业生产，提高生产质量、生产效率[3]。

2 煤矿井下复杂地形条件的综采面综采技术应用要点

2.1 巷道超前支护管理技术

地形条件复杂程度较高的情况下，利用综采技术，需要综合考量地形条件，借助DJZ2800 型单体柱，做好超前支护工作，提高井下巷道的支护管理水平。实施井下巷道超前支护作业环节，使用到了Π 型梁支护顶板，以垂直的形式对巷道进行布置，回风长度为2.8 m、运输顺槽梁长的长度为3.8 m。为了增强支护效果，应采取一梁三柱的支护形式，合理设置靠帮单体柱，选择的位置应以距梁端20 cm 的位置为主，常量间距的控制中，针对相邻的两长梁间距管控应调整为1 m。随着工作面的推进前移，两巷超前支护在支设支护结构的过程中，以古塘侧为三用阀的出液口。

单体柱初撑力应超过90 kN，在放顶煤之前需要确保已经完成初次来压，使用防倒装置，在超前单体支柱中做好防护处理，使用防坠装置，设置在顶梁位置，加强安全管控，防止出现安全事故风险。使用防倒装置时，要采取刚性连接的方法，对连接高度进行调整，对比支柱支设的高度，连接的高度应超过支柱支设高度的1/3，加强压力监测。对超前支护单体柱和端头支护单体柱的压力情况要加强动态监测，超前支柱的初撑力以及端头支柱的初撑力均应大于90 kN，增强井下巷道超前支护效果的稳定性[4]。

2.2 多工艺联合旋转综采技术

在复杂地形条件下，使用多工艺联合旋转综采技术进行生产作业，主要是结合复杂地形条件的具体情况，制定综采技术方案，由于复杂的地形条件下存在着综采面分布规则性不足的问题，使用采煤机进行生产时，很容易出现机头、机尾和煤壁之间产生互相干涉的现象，综采作业的顺利实施环境受到了破坏。因此需要加强对实际情况的考察、验证、分析，改善复杂地形条件下综采面分布不规则所带来的问题。利用多工艺联合旋转综采技术进行生产作业，集中多种技术和工艺手段，适应井下的地质条件情况和生产作业需求，包括单向动态工艺、双向综采工艺、旋转开采技术手段，综合利用多种工艺和技术方法，制定可行的技术方案，强化井下综采活动的灵活性和有效性，提高煤炭的回采率，确保综采工作面顶板具有一定的稳定性，煤矿井下旋转开采原理，如图2 所示。

图2 煤矿井下旋转开采原理

多工艺联合旋转综采技术作业方案的制定和实施中，工作人员要加强对复杂地形条件的综合考量，了解综采面分布不规则的客观情况，对旋转开采技术方案进行规划。旋转开采作为一种技术手段、技术方法，指的是在井下狭窄区域展开开采作业，在旋转开采环节，上下巷推刀的比例为3∶1。也就是在井下回风巷道内推进3 刀，其中涵盖了通刀和短刀两个部分，二者的比例为1∶2，使用2 个短刀向回风巷展开进刀作业，三刀推作业环节，运输巷相应的也会按照3∶1 的比例推进1 刀。在运输巷道位置进刀具有调整功能，可以对综采面各个支架的支护状态进行调整，防止出现应力集中的情况，将下端侧的应力集中区域避开，回风巷道内通刀和短刀相互协作形成了一定的有效作用，在狭窄巷道内进行调架旋转，提高煤矿井下旋转开采的效率[5]。

2.3 综采作业流程和采煤机进刀方式

在煤矿生产中，如果地质条件的复杂程度较高，煤炭井下生产的过程中，生产作业人员需要以提高综采综合作业效率为目的，保证综采作业安全性连续性，需要通过优化综采作业流程的方式，改进综采作业中存在的不足问题。对作业流程进行调整，优化综采作业的方案内容，按照采煤机斜切进刀、割煤、移架、推前溜、放顶煤、拉后溜、前移转载机、端头支回柱、超前支回柱的流程，对原有的综采作业流程进行改进。在采煤及进刀作业的环节，需要采取端头斜切进刀法，对综采工作面进行进刀处理和施工，控制进刀深度为0.5 m，牵引速度为秒0.5 m/s，无链电牵引。

在前期施工阶段需要在头部、尾部位置对采煤机进行移动，降低前滚筒的位置，推移运输机的过程中要确保距离工作面端头15 m 的位置。为了确保滚筒完全在煤壁内切入，应使用斜切进刀法进行切入处理，科学的控制斜切进刀长度，按照30 m 的标准，调整和互换滚筒上下位置，促使运输机的推移，在端部15m 处位置，采煤机向端部移动，对调采煤机前后滚筒的过程中要将上下位置作为处理要点，互换位置，基于具体的牵引方向，将三角煤段未被切割部分扫掉，处理时采取前滚筒割底的方式。最终采取反向牵引的方式进行采煤机生产，来回两次或三次扫清三角段的浮煤，在割煤生产中，采煤机正常到达尾部位置，选择与头部斜切进刀方式相同的方法进行尾部的斜切进刀处理[6]。

3 结论

在煤矿井下生产的复杂地形条件下，加强对综采工作面中综采技术的优化和创新，需要结合井下复杂地形条件的具体情况来制定技术方案，保证作业流程的规范性，在多工艺联合=旋转综采中完成生产任务。优化支护方案的实施效果，提高综采作业的生产安全、生产效益，发挥出先进的工艺和技术的功能，为我国煤矿事业的发展起到助推的作用。