復(fù)雜煤層地質(zhì)條件下綜掘技術(shù)探討

白艷冬

【摘 要】文章主要針對處于復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤層，采用綜掘施工技術(shù)，確保了煤礦采掘過程的安全性性，提高了采掘煤炭的采掘速度，增加了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效益。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜地質(zhì)；煤層；綜掘技術(shù)

1.木城澗煤礦掘進工作面概況

木城澗煤礦是一口大型礦井，其年總產(chǎn)原煤可以達到約200萬噸，其首次試驗綜合機械化掘進工作面，在礦井的+450m水平西四采區(qū)的二槽煤一壁下順槽，采掘工作面處于偏北向斜南的方位，煤層的傾角12～23°，平均傾角約為18°，區(qū)內(nèi)小部分有小斷裂發(fā)育，并且該采區(qū)處有多條小斷層穿過，煤層處于700m 埋深處。

此外，該煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，地層中含有0～2層的夾石，厚度為0～0.2m之間，多為碳質(zhì)粉砂巖。煤層的厚度變化差異大，煤厚2.0～4.55m，平均煤層厚度為3.6m，煤容重1182t/m3。其采掘工作面的主要設(shè)備布置如表1所示。

2.復(fù)雜煤層地質(zhì)條件采用綜掘技術(shù)的必要性

隨著煤礦掘進施工開采強度、開采深度的不斷加大，以及采礦工程所處的煤層地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，這就給煤礦的采掘施工增加了一定的難度，綜掘技術(shù)伴隨著機械化發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在復(fù)雜煤層地質(zhì)條件的開采施工中。

由于木城澗煤礦其地處于地質(zhì)條件較復(fù)雜的京西門頭溝山區(qū)，礦井內(nèi)的煤層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差， 并且煤層厚度差異較大， 且有斷裂構(gòu)造發(fā)育。若采用炮采采掘工作面，需要布置的炮眼較多，工作點相對較分散，工作量大，占用的人員較多，采掘工存在較多的不安全因素，導(dǎo)致采掘生產(chǎn)管理苦難，易發(fā)生安全事故，并且采掘工作面的產(chǎn)能效益較低，采掘工作面的機械化施工城垛較差，很大程度上制約了煤礦企業(yè)的發(fā)展。

為了提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效益，確保礦井的產(chǎn)量，確保煤礦的長久發(fā)展， 減輕采掘工人的勞動強度，保障礦井生產(chǎn)的安全進行，木城澗煤礦采取了綜掘采掘技術(shù)，其主要優(yōu)點：綜掘機的單進高、進尺快；礦井的巷道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且容易維護；進一步提高了礦井生產(chǎn)的安全保障措施；采掘中順利穿過地質(zhì)狀況復(fù)雜煤層，很大程度上提高了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效益，確保了采掘生產(chǎn)過程的安全進行，綜掘采掘技術(shù)普遍應(yīng)用在復(fù)雜煤層采掘生產(chǎn)中。

3.巷道斷面及支護設(shè)計

3.1巷道的斷面設(shè)計

針對該礦井采掘工作面煤層的基本情況、巷道頂層的巖石結(jié)構(gòu)、節(jié)理裂隙走向等詳細的地質(zhì)狀況，在確保原煤運輸設(shè)備布置合理的基礎(chǔ)上，并全面分析并充分利用巷道斷面使用情況， 最終決定采掘的巷道的基本走向為沿頂掘進，并應(yīng)用直墻斜頂梯形采掘斷面，采掘巷道橫斷面的詳細尺寸為410×215m，如下圖1所示 。

3.2巷道的支護設(shè)計

煤礦采掘巷道內(nèi)的錨桿支護的設(shè)計，可以采用預(yù)應(yīng)力錨桿支護設(shè)計法、圍巖松動圈設(shè)計法、軟巖巷道非線性力學(xué)設(shè)計法等，通過對煤礦巷道的頂板的研究發(fā)現(xiàn)，采用何種方式的工作面錨桿支護方式，主要是由煤層頂板的冒落高度以及端面距的長度確定的。根據(jù)施工經(jīng)驗，冒落高度與端面距一般約1米，可以采用在塌冒部位進行鉆眼插鋼針，加強棚頂?shù)姆€(wěn)定性。在采掘過程中，當(dāng)發(fā)生采煤工作面與局部厚煤層相遇時，煤層上部的壓力較大，造成受壓板壓力過大、下沉速度增大等，頂板會發(fā)生冒頂現(xiàn)象。這時應(yīng)該在局部厚煤層構(gòu)造帶回采時，換成具有較大的支撐力的支護方法，如采用支撐控制面積大、穩(wěn)定性高、支撐強度高的構(gòu)造帶兩側(cè)支護的方式，這樣很好的用局部充填法代替垮落法，從而大大提高了制成的穩(wěn)定性，確保了煤礦采掘的穩(wěn)定性。

根據(jù)錨桿支護相關(guān)公式可得：巷道的錨桿長度 L=119m，間距為a =1108m，桿體直徑d=1713mm 。根據(jù)各個基本參數(shù)的計算，借鑒相關(guān)巷道錨桿支護的數(shù)據(jù)可確定錨桿支護的各個參數(shù)如下所示：

頂板錨桿：桿體采用高強螺紋鋼f18mm×2000mm，蝶形托盤采用尺寸為120×120×10mm的。錨桿鉆孔尺寸為f28mm，間距為1m。為了使得頂板錨桿具有聯(lián)合支護的功效，并設(shè)置12mm鋼筋作為托梁。

巷道幫錨桿：根據(jù)巷道的基本特征，在巷道的兩側(cè)采用2m長的木錨桿，為了確保施工作業(yè)的順利進行，間距為1m，也可取0.90m。選用400×200×50mm木托盤。采掘巷道的錨桿支護具體形式如下圖1所示。

4.復(fù)雜煤層地質(zhì)條件綜掘施工工藝

（1）割煤：由于巷道采用全煤斷面的形式，因此掘進機可以采用直接進刀割煤的形式進行割煤施工。為了確保綜掘機在初刀割煤過程中，設(shè)備可以較快的達到穩(wěn)定狀態(tài)，綜掘機采用沿巷道的底板從左向右進行割煤采掘過程，到達巷道的右側(cè)以后，再改變?yōu)閺挠蚁蜃蟮母蠲哼^程，依次向上循環(huán)進行切割操作，如圖2所示。且綜掘機每次割煤的厚度控制在0.40～0.60m范圍以內(nèi)。

選用這種進刀割煤的形式，很大程度上可以利用割煤掏空的空間，減少了上層的煤層結(jié)構(gòu)的下部支撐力，較易使上層的煤層形成向下垮落的趨勢，從而大大較少了采掘機械的功耗，并且較少了巷道頂板暴露時間，提高了錨桿支護的穩(wěn)定效果，有利于綜掘機的安全生產(chǎn)過程。

（2）裝煤：裝煤過程由綜掘機的鏟板部進行操作。

（3）運煤：采掘下來的煤由綜掘機的刮板輸送機傳輸?shù)骄C掘機后邊的橋式轉(zhuǎn)載機，并將原煤放置在膠帶輸送機運輸?shù)酵该盒逼?，最后運送到煤倉，進行儲存。

（4）支護：在綜掘機經(jīng)過一個采掘循環(huán)之后，要停止綜掘機的繼續(xù)掘進，并及時進行巷道的臨時支護，可以采用圖3所示選用4.5m長工字鋼梁3根進行巷道的臨時支護，確保巷道的穩(wěn)定性。若綜掘機掘進2個割煤循環(huán)以后，需要采用錨桿鉆機施工頂板錨桿，進行巷道的永久支護，確保綜掘機采掘生產(chǎn)過程的安全性、順利性。

5.結(jié)語

綜上所述，本文就對復(fù)雜煤層地質(zhì)條件下的綜掘采掘技術(shù)的應(yīng)用進行研究，既確保了礦井挖掘生產(chǎn)的安全進行，又最大程度的保障了煤炭資源的開采，大大提高了煤炭企業(yè)的生產(chǎn)效益，并且為礦井的安全生產(chǎn)積累了豐富的開采經(jīng)驗，為采掘技術(shù)的發(fā)展提供了實踐基礎(chǔ)。 [科]

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