大傾角三軟煤層智能化采煤工作面防飛矸安全回采技術

苗 磊 張魯寧

（肥城礦業集團單縣能源有限責任公司，山東 荷澤 274300）

通常情況下，在煤礦開采作業的過程中，大傾角三軟煤層的處理難度是最大的，一般針對煤層埋深角超過35°的結構，在這樣的背景下，由于開采的震顫及振動，需要對各個工作面進行防護，尤其是進行防飛矸安全處理[1]。但是防飛矸方法多使用定向回采技術，雖然這類方法可以保障日常開采安全，但是缺少針對性和關聯性，回采的形式單一，再加上外部環境及特定因素的影響，導致最終獲取的回采效果受到限制。為此提出對大傾角三軟煤層智能化采煤工作面防飛矸安全回采技術。這次以較為真實的工程為例進行研究，針對大傾角三軟煤層的實際開采需求及標準，設計更靈活、多變的回采結構，結合當前的防飛矸要求，對具體的位置進行轉換標定，形成更穩定的開采環境。此外，通過最新的輔助技術與開采方法，更精準地計算防飛矸回采結構的埋深角度，控制在35°以內為最佳[2]。在短時間內形成完整、具體的回采防護工程結構，為后續環節的施工處理奠定堅實的基礎[3]。

1 工程概況

這次主要是對大傾角三軟煤層智能化采煤工作面防飛矸安全回采技術的實際應用效果進行分析，考慮到最終測試結果的真實性與可靠性，選定肥城礦業集團單縣能源有限責任公司下屬設置的A煤礦開采工程作為測試的主要目標對象，該煤礦的IV269 工作面屬于綜采工作面，經過開采前的調研及地質分析可知，該煤礦的煤層分布屬于單斜煤層。該煤層在地質環境的影響下經常會出現產狀變化和相互對稱等問題，部分構造還出現了全巖段的情況[4]。在初期的開采作業過程中，為了進一步保證工程順利實施，施工人員進行防飛矸結構建設，但是回采處理環節出現了一些不可控的問題，大傾角煤層地質構造錯綜復雜，構造帶較多，煤層厚度和頂板情況變化多，導致正常生產速度及生產量受到限制。因為傾角大飛研有較大的安全隱患，工作面正常生產和作業人員安全受到影響，經過對發生的事故調查，試圖找到一種解決消除大傾角綜采工作面的方法。由于煤層整體層狀結構較厚，IV429 工作面標高值設定的是-584m～715m，單向煤層為1.25m，測定得出的平均傾角為36°，甚至部分嚴重區域的傾角可以達到42°，超出預先設定的標準范圍，形成安全隱患，對工程的推進造成阻礙[5]。不僅如此，回采處理及結構搭接不合理，一定程度上還導致防飛矸結構的承載力及荷載值下降，采用工作面的循環進度值降至0.35 以下，內置結構支護加固效果受到限制[6]。

另外，在進行防飛矸回采處理的過程中，移架順序和防護的方向并不明確，導致防飛矸的標定點位出現誤差，當煤機在開采時，移動范圍較小，支護處理效果較難提升[7]?；夭商幚硪话銜捎糜上孪蛏系耐屏锓绞綄崿F后期的加固處理，但是這次工程由于性質是大傾角的三軟煤層，推溜加固結果并不理想，一定程度上也影響了同期的回采效果。綜合上述分析與施工概況的簡述，提取存在的問題，制定解決方案，實現預期的防飛矸回采處理工作。

2 設計大傾角三軟煤層防飛矸安全回采技術

2.1 交接處理及設備上竄及下滑設置

針對防飛矸回采處理目標及任務的設定，結合實際的施工作業需求和標準的變化，設置具體細化的交接流程，對所應用的施工回采設備及裝置進行竄及下滑設定，保證其處于最佳的運行狀態。將此時的煤礦工作面調整至偽斜形式，結合實際開采情況制定對應的回采交接標準，將偽斜角度設定為煤層的1/4，適當增加工作面的移動量，一定程度上可以抵消下滑量，避免后期回采出現下滑、沉降等問題，完成初始交接任務。

以此為基礎，對工作面中的設備進行基點位置的調節，結合當前的運行需求，進行自上而下的推溜處理，以機尾作為核心控制調基點，設置搭接的間距為1.5m，對使用過程中存在的阻力值進行控制，設置后拉的千斤頂，標定具體的應用位置，與輔助性的支架形成等承載的壓力，增加設備的穩定性，同時對支架進行固定處理。

2.2 移轉載機及液壓回采支架設置

完成對交接處理及設備上竄及下滑的設置后，接下來結合當前的施工要求，進行移轉載機及液壓支架的設置，轉載機的移動與應用是較為復雜且煩瑣的，需要有較強的針對性，所以，在進行割煤回采處理作業前，結合輔助支架的設定，先對倒架覆蓋范圍進行計算，如公式（1）所示。

式中：G為倒架覆蓋范圍；α為轉換比；?為輸送距離；o為移動間距；?為與支架的重合距離。

根據上述測定，對倒架覆蓋范圍進行計算，在該范圍內，進行轉載機的定向移動，對現場的浮煤進行清理，將裝載機和其他的設備進行搭接，形成循環性的應用控制結構。以此為基礎，還要設置液壓支架。液壓支架的工作原理是用來控制采煤工作面礦山壓力的結構物體。采面礦壓以外載的形式作用在液壓支架上。在液壓支架和采面圍巖相互作用的力學系統里，如果液壓支架的各支承件合力與頂板作用在液壓支架上的外載合力正好是同一直線，該液壓支架對此采面圍巖十分適應，對當前的綜采工作面回采處理來說，液壓支架的使用效果比普通的鋼結構支架更好，不僅可以保障煤礦開采的安全，同時也有利于保證圍巖的穩定性。

首先，在大傾角三軟煤層的覆蓋范圍內設置多個監測節點，用于日常數據及信息的開采，將液壓支架和頂板相連，在支架移動的過程中，會形成下滑力，所以盡量調整好支架的角度和支撐受力方向，在進行升架的過程中，控制支架的初撐力變動比在1.25～3.66 為最佳，此時，計算液壓支架中的底座和底板的摩擦力，設定合理的支撐高度，一般為2.5m～3.5m，在預設的回采處理過程中，將防飛矸的結構與液壓支架關聯和搭接，形成組合性的支撐結構，如圖1 所示。

根據圖1 對液壓支架與防飛矸組合支撐結構進行設計，以此為基礎進行接頂處理，在支架的頂端固定，防止支架偏移，此時，液壓支架在與防飛矸結構進行關聯時有一定的支撐力，也可以結合實際的情況進行斜撐處理，利用側護板面慢慢進行扶正，來構建預期的回采處理環境。

2.3 設定隔離墻及多階超前回采支護處理

完成對移轉載機及液壓回采支架的設置后，接下來結合當前的建設回采需求，結合防飛矸及大傾角三軟煤層的開采作業標準設定隔離墻，并建設多階超前回采支護處理結構。通常情況下，隔離墻的建設僅針對防飛矸節后的后期接入及防護，可以結合部署的支撐回護點，合理調整回采支撐結構的覆蓋范圍，最大程度地降低回采下沉，進一步提高實際的回采處理安全程度[8]。液壓回采后大傾角三軟煤層將逐漸垮落，矸石在垮落、擠壓、碰撞的過程中有向隔離墻竄出的趨勢，同時碎石幫在未壓實穩定時容易向隔離墻鼓出變形，因此實施過程中必須結合防飛矸及大傾角三軟煤層進行擋矸支護。首先，需要確定設置隔離墻的位置，如圖2 所示。

圖2 工作面防飛矸回采隔離墻設置結構圖

根據圖2，完成對工作面防飛矸回采隔離墻設置結構的設計，以此為基礎，還需要在隔離墻的后方設置防抽漏結構，對上方的回采層進行更有效地處理，避免嚴重倒架問題的出現。接下來，綜合當前的施工近況，進行多階超前回采支護的處理和設定，與傳統的智支護結構不同的是，大傾角三軟煤層的防飛矸回采情況較為多變，所以需要設置多階的支護加固框架[9]。防飛矸回采隔離墻的巖體不穩定，完整性較差，且大傾角三軟煤層周圍環境多變，其變形產生的破壞力和松軟的土質結構一樣，具有一定的坍塌概率。由于大傾角三軟煤層完整性不好、周圍環境復雜，因此維護會比較困難。隔離墻受陷落柱的影響，支撐回護點會導致變形，將對防飛矸回采隔離墻造成嚴重毀壞，影響采煤工作生產進行。因此，當面對大傾角三軟煤層的防飛矸回采情況時，必須采用針對性的支護加固技術。首先，需要設置此時綜采工作面的回采支護標高值，見表1。

表1 綜采工作面回采支護標高值設置表

根據表1，完成對綜采工作面回采支護標高值的設置。接下來，根據支護的處理范圍，對下設的支撐點位進行調整和轉換，確保防飛矸回采結構保持穩定，回采的處理位置不再發生變化。但是這部分需要注意的是，防飛矸回采架可以采用間隔移架的方法，避免下滑，還可以量支護加固結構與實踐應用的設備進行搭接關聯，時刻遵循“初撐力第一”的回采處理原則，保證支撐力均勻，提高最終的防飛矸安全回采效果。

2.4 回護防飛矸加固實現回采目標

完成對設定隔離墻及多階超前回采支護的處理后，接下來，采用回護防飛矸加固的方式實現最終的安全回采目標。在回采結構中加設防飛矸膠帶，設置的高度值為2.5m～3.5m 為最佳，回采覆蓋寬度值為1.2m，防飛矸作用的間隔控制在10.5m～12.3m。此時，當工作面設置的防飛矸結構和回采處理結構出現堆疊時，要在頂板位置設置擋煤板裝置，對回護搭接鏈板進行封嚴處理，最大程度地減少回采處理所帶來的安全隱患，同時達到加固與回采的雙向施工目的。

但是這部分需要注意的是，對大傾角三軟煤層的回采處理工作來說，需要對每個回采位置進行精準定點，盡量避免存在的防飛矸回采誤差出現，可以根據要求適當加設上多道防飛矸限制用網，間隔控制在1.35m～2.21m，為后續煤礦的開采作業奠定夯實的基礎，維護施工環境。

3 實例結果驗證分析

根據上述測定，對測試結果進行分析，選定該高采煤工作面作為基礎測定目標，具體標定出5 回采點測試研究，利用專業的設備和裝置進行數據信息的采集，見表2。

表2 測試結果對比分析表

根據表2，對測試結果進行分析，針對選定的5 個回采點進行測定，最終得出的回采偏移值均控制在0.2m 以內，說明這種防飛矸回采技術的針對性與穩定性較高，回采的處理質量較高，誤差可控，具有實際的應用價值。

4 結語

總的來說，以上是對大傾角三軟煤層智能化采煤工作面防飛矸安全回采技術的設計與分析驗證，與傳統的回采形式進行比對，這次所設計的回采結構更穩定、多元，在復雜的背景環境下，也可以更好地滿足設計的防飛矸需求及標準，此外，對回采支架所形成的彎曲、傾斜以及下滑等問題來說，結合大傾角三軟煤層的開采方向及標定位置，制定相對應的回采方案，增設防飛矸裝置，最大限度地保障施工人員的人身安全，提高煤礦開采的穩定性，為后續相關行業和技術的創新提供參考。