煤矿井下大斜度综采面高效综采技术的应用研究

刘 鹏

（阳煤集团寿阳开元公司综采二队， 山西 寿阳 045400）

大倾角煤层一般是指倾斜度大于35°的煤层，该类型的煤层在我国煤炭储量中占据了20%左右，由于该类型综采面地质结构复杂、人员劳动强度大、煤炭出采率低，因此是各煤炭企业长期以来的综采盲区，随着近年来各煤矿煤炭储量的不断减少，越来越多的煤矿开始研究大倾角综采面的煤炭回采技术方案，提升矿井经济效益[1]。传统的大倾角综采技术方案中多采用非机械化综采技术方案，人员劳动强度极大、危险性高，虽然以采煤机为代表的综采机械设备已广泛应用在煤矿井下综采作业中，但由于在大倾角综采面上极易出现液压支架滑架、采煤机打滑的事故，给煤矿井下的综采作业安全造成了严重的影响，因此限制了综采作业效率和经济性的进一步提高。本文结合大倾角煤层的实际情况和综采工艺流程提出了一种新的高效综采技术方案，充分的利用煤矿井下机械化开采技术，对岩层稳定性控制方案、关键回采技术方案等关键技术进行了分析，根据实际应用结果表明，采用新的大倾角综采技术方案能够将煤矿井下综采作业效率提升17%以上，显著提升大倾角综采作业时的稳定性和安全性，具有极大的应用推广价值。

1 综采面岩层控制方案

大倾角综采面上的斜度较大，给巷道顶板及岩层的控制带来了极大的挑战，传统的等高支护方案已经无法满足该特殊地形条件下的岩层控制安全性，因此本文提出了一种多段式的大倾角综采面巷道围岩控制方案[3]，该控制方案原理如图1 所示。

图1 多段式大倾角综采面巷道围岩控制方案

由图1 可知，在综采作业过程中，根据综采作业的进行，首先设置煤层I 第一区段工作面回风巷和煤层I 第一区段工作面运输巷，对煤层I 的第一区段进行开采，然后再设置煤层I 第二区段工作面回风巷和煤层I 第二区段工作面运输巷，实现对煤层I的第二区段进行开采。然后按照相同的方案逐步对煤层II 的第一区段和第二区段进行开采。在综采作业的过程中根据双巷并行、逐级推进的特点，开发了高强度液压连杆柔性支护技术，有效的降低了综采区域预留煤柱的支护作业，将前一区段经过采动作用的巷道顶板岩层和本区段综采扰动的岩层联系起来，形成了一个“大工作扰动面”，从而有效的延长了综采区段工作面的填充长度，提升了顶板－支架－底板的支护稳定性，确保了大倾角煤层综采作业下的岩层稳定性和安全性。

2 关键回采技术方案

为了解决传统综采液压支架在大斜度综采面支护作业时经常发生的支架支护失稳、滑移现象，本文结合多年综采作业工作经验，提出了一种新的大斜度综采面关键回采技术方案，该方案以液压支架工作阻力分区域控制为核心，同时为了满足液压支架的分区域支护控制稳定性的需求，提出了沿着综采面按1∶3∶1 的局部区域放顶煤控制方案，该关键回采技术方案结构如图2 所示。

图2 关键回采技术方案原理示意图

由图2 可知，在该关键回采技术方案中，将大斜角综采面分为上部区域、中部区域和下部区域，在上部区域属于高空顶率区，巷道顶板的矿压波动大、稳定性差，因此液压支架在支护过程中需要采用高支护阻力模式[3]，在下部区域和中部区域属于阻力较稳定区，因此液压支架在支护过程中可采用适当低的初撑力，保证综采过程中的稳定性。为了确保在放煤过程中液压支架的支护稳定性，采取了在不同区域设置不同顶煤放出量控制方案，在上部和下部区域放出量最小，在中间稳定区域顶煤放出量最多，从而有效的克服了支架载荷波动和空顶率高、稳定性差的难题，提升了综采作业过程中的支护稳定性。

3 大斜角综采面安全防护技术

在大斜度综采面上，由于顶板不稳定性大，因此经常出现飞矸、围岩垮落等异常，不仅给煤矿井下的综采作业安全带来了极大的隐患，而且导致需要频繁的对支护区域进行维护和清理，也极大的影响了井下综采作业效率的提升，因此本文结合大斜度综采面的实际情况，提出了一种新的综采面安全防护技术方案，该方案实际应用如图3 所示。

图3 大斜度综采面安全防护方案结构示意图

由图3 可知，该综采技术方案中，采用了井下刚性支护方案和井下柔性支护方案[4]，在综采面的上出口和下出口区域形成一个以全封闭液压支架为支护核心的封闭通道，满足在上部区域和下部区域的安全防护需求，在中间稳定区域采用了刚性防护和柔性防护相结合的方案，从而形成了以上端和下端防护飞矸为核心的全封闭防护结构和中部以防止落石为核心的刚柔结合防护体系，有效解决了大斜度综采面顶板稳定性不足，易垮落的难题，显著提升了综采作业的安全性和综采作业效率，根据实际应用表明采用新的高效综采技术方案后的综采效率比优化前提升了17%以上，极大的提升了井下综采作业的安全性和稳定性。

4 结论

针大斜度综采作业面地质条件复杂，极易出现液压支架滑架、采煤机打滑的事故，给煤矿井下的综采作业安全造成严重影响的现状，提出了一种新的高效综采技术方案，充分地利用煤矿井下机械化开采技术，对岩层稳定性控制方案、关键回采技术方案等关键技术进行了分析，根据实际应用表明：

1）多段式的大倾角综采面巷道围岩控制方案，能够有效地延长综采区段工作面的填充长度，提升了顶板－支架－底板的支护稳定性。

2）大斜度综采面关键回采技术方案，以液压支架工作阻力分区域控制为核心，结合局部区域放顶煤控制方案，有效地克服了支架载荷波动和空顶率高、稳定性差的难题，提升了综采作业过程中的支护稳定性。

3）大斜角综采面安全防护技术，采用了井下刚性支护方案和井下柔性支护方案，有效解决了大斜度综采面顶板稳定性不足，易垮落的难题，将综采效率提升了17%以上，极大的提升了井下综采作业的安全性和稳定性。