◎張曉楠
引言:伴隨著我國社會經濟的快速發(fā)展,煤炭需求總量連年攀升,因此,為確保生產生活秩序穩(wěn)定,煤礦開采技術手段也在不斷改進并升級。煤炭資源多深埋地下,其形成的地質環(huán)境十分復雜,加之持續(xù)多年的連續(xù)開采,煤礦資源已大幅減少,開采作業(yè)工作面所面臨的安全問題也愈發(fā)突出,內部結構很容易發(fā)生嚴重形變而失去平衡。因此,煤礦開采企業(yè)應積極探索更為合理的巷道布置方案,并從具體需求角度入手,不斷改進采煤技術,確保采煤工作的穩(wěn)定與安全。煤礦開采巷道布置階段,管理工作者與技術人員需重點分析礦井內部的當前結構狀態(tài)、采煤方式等條件,結合具體的采煤任務目標與需求,做好細節(jié)分析與處理。巷道布置環(huán)節(jié),支護方式的選擇至關重要,而這一環(huán)節(jié)應結合生產范圍的具體狀況進行調整,注重支護結構適用性的全面提升。此外,煤礦開采企業(yè)也要在采煤技術方面做出必要的改進與調整,確保技術自身與礦井開采作業(yè)現場的匹配效果。
我國煤炭資源十分豐富,但是,多數煤礦深埋地下,露天開采作業(yè)無法進行,因此,煤礦開采過程中應針對性建立起相對可靠的巷道體系,以煤層實際分布以及區(qū)域地質特征為設計出發(fā)點,注重開采效率與安全保障效能,最大限度提高開采工作穩(wěn)定性,避免煤炭資源浪費。近些年,我國煤礦需求總量連年攀升,而可開采煤礦數量卻在不斷減少,因此,針對地下煤層的深層次開發(fā)以及開采技術工藝優(yōu)化已成為行業(yè)工作者的關注熱點。
傳統(tǒng)的巷道布置方式是將大巷、采區(qū)準備巷道等服務時間較長的巷道布置在巖石中。雖然有利于巷道維護,但是帶來一系列問題:巷道掘進成本高,施工速度慢,增加了許多聯絡巷,掘進出現大量矸石,給礦井輔助運輸造成極大壓力。隨著巷道支護技術的發(fā)展與水平的提高,巖巷布置已逐步轉向煤巷布置。特別是現代化礦井,巖巷占的比例已經很小。雖然增加了巷道支護難度,但帶來很多優(yōu)點,顯著降低了巷道掘進費用,大大提高了施工速度,縮短了礦井建設周期,巷道掘進出煤,增加經濟效益。
綜采放頂煤工作面要求回采巷道沿煤層底板掘進,巷道頂板是煤層。隨著綜放開采技術的大面積推廣應用,煤頂巷道所占的比重逐年增加。一般情況下,煤層相對于巖石比較松軟、破碎,顯著增加了巷道的支護難度。此外,對于特厚煤層開采和急傾斜厚煤層水平分層開采等條件,不僅巷道頂板與兩幫為煤層,有時底板也是煤層,屬全煤巷道,支護難度進一步加大。
現如今,我國很多煤礦所在區(qū)域的煤炭資源已趨近枯竭,因此,進一步實施煤礦下煤層與更深層次的開采管理尤為重要。此外,深海煤層與淺層煤田在開采作業(yè)難度方面也存在很大差異,伴隨著開采工作的不斷推進,礦井內部巷道結構以及采煤作業(yè)技術措施也會隨之發(fā)生改變。通常情況下,煤礦深部采煤作業(yè)期間,現場管理人員需落實煤礦工作面拓展、鋪路等各項作業(yè)細節(jié),并結合開采工作面的實際情況,及時進行鋪路與安全支護,進而保證采煤工作的安全與穩(wěn)定。此外,針對礦井井下作業(yè)的特殊性,煤礦開采企業(yè)應充分借助各類巷道以保證井下開采得安全,避免出現坍塌與瓦斯泄漏。
高瓦斯煤層群應將瓦斯排放放在重點,綜合考量煤層不同區(qū)域的瓦斯含量,有選擇地布置具體的管控措施,優(yōu)化巷道布置,優(yōu)化現場安全保障機制,最大限度減少安全生產事故的發(fā)生概率。為進一步消除煤礦開采環(huán)節(jié)可能出現的安全問題,避免出現瓦斯爆炸等惡性事故,煤礦企業(yè)應在巷道布置階段將通風效果放在整體工作的核心,積極采取高可靠性的通風系統(tǒng),消除通風死角問題,并預留足夠的系統(tǒng)冗余,以免瓦斯含量突然增加而出現安全事故。采煤巷道通風系統(tǒng)設置過程中,設計工作者與管理人員應將開采作業(yè)面作為重點內容,最大限度確保開采工作流風流穩(wěn)定,優(yōu)化風門設置,避免風門影響到工作面單位時間內的風量輸入。此外,針對采煤區(qū)域風向巷道之間可能存在的沖突與影響問題,設計工作者應采取繞道設置模式,并確保不同巷道之間保持必要的間距距離,以免巷道之間瓦斯氣體相互影響而造成局部瓦斯氣體含量超標。
通常情況下,高瓦斯煤層的巷道布設,其通風系統(tǒng)應堅持一進二回的基本原則,并依照煤層布局變化,對巷道通風條件進行監(jiān)控。但部分煤礦企業(yè)為降低開采成本,通常會將輸送機巷道設置為回風巷道,此時,為避免通風系統(tǒng)運作受到影響,現場技術工作者應采取積極有效的保護措施,避免煤柱結構受到破壞,進而為后續(xù)各項開采作業(yè)奠定良好的基礎條件,削減煤層開采過程因瓦斯氣體泄漏而出現的著火或爆炸事故。
煤礦開采作業(yè)環(huán)節(jié),巷道布局將直接決定開采作業(yè)質量與安全系數,因此,開采管控人員應合理開展近距離煤層巷道布置方案。近距離煤層是指上下煤層之間的距離較短,此時,上煤層的開采作業(yè)必將會對下煤層產生影響,若巷道布局不合理,不僅會影響到煤炭采集水平,也會對巷道的結構安全性帶來不良影響。因此,工作人員應在現場科學布置巷道,可在上層設置煤柱結構,為下層頂板搭建創(chuàng)造有利環(huán)境,這樣不僅可以保證上層采煤作業(yè)的安全性,亦可避免下層頂板結構出現塌落問題??傮w而言,近距離煤層巷道布置措施可分為兩種模式:
(1)煤炭開采團隊可在上下煤層之間設置回環(huán)開采巷道重疊性布設措施?;丨h(huán)重疊性布設條件下,上下兩個煤層的巷道將保持長度一致,而巷道內部可設置多個煤柱,這樣又可避免出現煤炭資源浪費問題。
(2)另一種常見的近距離煤層布設模式為錯綜式布設。錯綜式布設是指上下煤層的巷道不再統(tǒng)一直線之上,此時,煤層巷道將組成回形工作面,巷道中間也會存在很多梯形煤柱,這樣不僅可降低開采作業(yè)難度,亦可提升采煤效率。此外,錯綜式布設機制下,運輸巷道被設計在不同直線條件下,開采運輸安全系數得到大幅提高。
無論是回環(huán)開采巷道重疊性布設法,抑或是錯綜式布設方法,其均有一定的應用優(yōu)勢與限制。若開采團隊采用回環(huán)開采巷道重疊性布設法,煤炭開采水平較高,可有效避免煤炭資源浪費現象,但與錯綜式布設方法相比,整體作業(yè)難度較大,開采效率相對較低。反之,錯綜式巷道布設方法可有效降低開采難度,提高安全系數與開采效率。但因其采用梯形煤柱作為輔助體系,開采完成后將出現很多煤炭資源無法繼續(xù)采集的現象。因此,近距離煤層巷道的布設工作應積極采取更為有效的技術措施,針對傳統(tǒng)方法存在的不利因素,煤礦開采企業(yè)應秉持因地制宜的基本方針,可在上層煤層設置沿空留巷與單孔送巷法,若割煤機運行至切眼位置,此時,上下巷道將被聯通,而下層切眼將會被作為新的開挖邊界。巷道斷面設計環(huán)節(jié),技術工作者可選擇機軌合一法,在各類金屬支護架構的幫助下,進一步擴大開采作業(yè)面,提高開采工作效率,提升了采集的便利性,降低開采難度與作業(yè)時間,充分發(fā)揮煤炭資源的社會經濟效益。
多層煤層巷道布設與近距離煤層布設在具體操作與方法層面存在一定的相似性,但是,多層煤層巷道布設工作更為復雜,技術工作者應同步考量多種因素的影響,以確保安全生產為基本目標,充分落實各項安全保障手段。多層煤層條件下,煤層巷道布設應考慮以下幾點要素:
(1)多層煤層條件下,上層煤層對下層煤層的擠壓效果將進一步增強,因此,開采團隊應對不同煤層之間的巷道距離進行合理控制,避免下層煤層的頂板結構出現問題。
(2)多層煤層條件下,煤層開挖前與開挖后的受力條件以及結構穩(wěn)定性都會出現較大改變,因此,為確保整體的安全性與作業(yè)持續(xù)性,開采作業(yè)團隊可在每一層煤層設置一個開采上限指標,注重對煤層整體的保護,充分利用中間的煤層柱。
(3)煤礦開采企業(yè)可落實分組開采巷道布置措施,綜合運用多種巷道布設技術工藝,以分組處理的基本理念,確定每一個煤層的具體開采傾角與高度,從而保證開采作業(yè)實施期間的地質結構穩(wěn)定性。分組開采作業(yè)可有效降低作業(yè)人員工作量,但管理人員需注意對不同煤層組的單獨處理,應做好現場調查分析,隨時調整割煤機作業(yè)參數,進而確保每一個煤層組都能得到良好保護。
現如今,殘煤開采已成為很多煤礦企業(yè)所避免面臨的重要課題,而在殘煤開采工作實施期間,相關工作者應對巷道布局進行科學調控。
首先,巷道布置工作應以成本節(jié)約利用為基本原則,盡量利用現有巷道體系,尤其是在煤層下部的煤槽中,應設置共用巷道體系,可讓多個煤層開采作業(yè)面使用相同的巷道,并適當增加共用巷道數量。殘煤開采在實際開采量方面要低于煤炭正常開采效率,且單一工作面的總產量可能只有幾萬噸。因此,借助原有的巷道體系可有效減少開采成本投入。
其次,殘煤開采作業(yè)環(huán)節(jié),煤炭企業(yè)應堅持煤炭高效回收的基本原則,應對殘煤進行全面收集,盡可能發(fā)揮煤炭資源的市場經濟效益。因此,巷道布局環(huán)節(jié)也要加強對各類原始材料的充分利用,可針對性優(yōu)化巷道原有的構造以及空間位置關系,盡可能聯通多個殘煤區(qū)域,實現對原有巷道資源的全面開發(fā)與利用。
此外,殘煤開采巷道布置方面應堅持通風防火的基本原則。巷道設置期間,為實現生產安全管控,避免發(fā)生火災或爆炸等事故,開采工作者應將掘進、采集與安全防火作為整個殘煤開采作業(yè)的切入點,盡可能優(yōu)化通風系統(tǒng),并及時獲取巷道內部可能存在的著火點數據,做好預先處理。作業(yè)經驗表明,層間殘煤的火災發(fā)生概率最大,因此,在對這些殘煤進行開采時,作業(yè)管理者與技術人員應對采掘區(qū)的實際尺寸進行精準計算。
割煤作業(yè)環(huán)節(jié)主要借助采煤機設備,而該類設備的進刀方式以及作業(yè)模式將直接影響工作面煤炭開采作業(yè)效率與安全穩(wěn)定性,因此,一線作業(yè)人員應對采煤機設備進行科學把控,最大限度發(fā)揮機械設備的工程價值,并及時消除作業(yè)環(huán)節(jié)可能出現的異常隱患。煤層開采作業(yè)相對平穩(wěn)的條件下,工作人員可采用雙向割煤的方式,這樣可以提升煤炭開采效率。采煤機作業(yè)期間,設備所屬的前滾筒將升起,后滾筒下落,此時,前滾筒將沿著頂板進行切割作業(yè),而后滾筒則沿著巷道底板進行割煤與裝煤,這種雙向同步割煤的工作模式可有效提高煤炭資源的開采效率與安全保障能力。采煤機可實現往返一次兩刀切割的目標,而在煤礦切割完成后,設備刮板裝置可將巷道底板的殘留煤進行收集與運輸。為確保采煤機運行穩(wěn)定,現場工作人員應提前做好各項準備工作,一旦設備運行出現問題,應及早進行處理與修復。同時,采煤機割煤作業(yè)的同時,工作人員也要根據煤層傾斜角度的變化,對上下滾筒進行適當調整,確保煤炭切割得干凈徹底,并在適當的情況下,實施單向割煤操作。
通常情況下,采煤機作業(yè)會從巷道尾部逐步推進至巷道頭部,隨后再從頭部返空刀至尾部。設備運行使用期間,前滾筒與后滾筒將會保持分工協(xié)作狀態(tài),此時,為避免滾筒在作業(yè)期間出現竄動問題,工作人員可將移架方式轉變?yōu)榉纸M式移架,且分組式移架在煤層傾斜角度較大的情況下擁有顯著優(yōu)勢。采煤機進刀方式通常為頂端斜切,當道具運行到一次作業(yè)的尾端時,左側滾筒將處于上升狀態(tài),右側滾筒處于下降狀態(tài),右側刮板也會隨之運行至煤壁處,開采下來的煤炭將伴隨著刮板的運動而被采集。割煤刀運行30 米后,原本處于左側的刮板輸送機將被推送到煤壁位置,刮板運輸機在整個巷道中始終保持一條直線,且左右滾筒相互配合使用。
煤礦開采作業(yè)實施環(huán)節(jié),工作人員可根據煤礦井下的具體條件,選擇更為合適的移架方式,如手動移架與分組式移架。手動移架作業(yè)模式相對簡便,可廣泛適用于各類煤礦開采巷道,其利用單架機制,將頂板支架按照特定的順序進行移動,每次移動的距離與煤層的截面高度基本相等。煤炭開采工作中,移架作業(yè)與割煤作業(yè)應保持良好的銜接效果,應注意采煤過程中的頂板保護,及時將暴露出來的頂板進行保護。安全生產是當前煤礦開采作業(yè)的核心要點,為進一步提高安全系數,工作人員應在割煤作業(yè)期間實時監(jiān)控頂板變化,支護體系所屬的頂梁與支架頂板之間應保持一定的距離,避免頂梁出現超限制沉降現象。為進一步保護頂板結構,工作人員可使用千斤頂對堅硬的頂板進行抬升,這樣可有效確保頂梁后端的支護強度,進一步提高采煤現場作業(yè)的安全保障效能。
刮板輸送機與采煤機將保持同步作業(yè)狀態(tài)。通常情況下,刮板輸送機需設置在采煤機后滾筒15 米之外,其完全部分的長度需超過18 米,并伴隨采煤機的前進而逐步推進,并做好現場秩序的管理,確保割煤工作的有序性與穩(wěn)定性。刮板輸送機使用環(huán)節(jié),其整體運行應盡量保持在一條直線之上,這樣可避免因刮板輸送機位置移動而影響到煤炭的輸送速率。
煤礦采煤作業(yè)實施環(huán)節(jié),移架操作通常會伴隨著割煤機的推進過程而同步實施,且移架操作對于現場開采安全穩(wěn)定性也有著直接影響,其操作規(guī)范性將直接決定采煤成功與否。因此,煤礦開采企業(yè)應從安全生產保障角度入手,堅持安全第一的基本原則,針對移架過程中的各類要點進行科學管控。
首先,工作人員在經過傘檐或移動端頭支架位置時,應注意對傘檐與支架端頭的具體情況進行分析與問題排查,確認其是否存在零皮或活石的現象。一旦發(fā)現問題,工作人員應及時上報,并交由專業(yè)的安全保障團隊進行處理。
此外,移架操作也要注意對現場環(huán)境的合理管控。移架作業(yè)開始前,工作人員及時清理結構周邊的浮煤,并在推移刮板運輸機的位置設置鄰架操作的把手,這樣可以隨時調整移架作業(yè)參數,一旦操作過程發(fā)現阻力過大,工作人員應立即停止移架作業(yè),并查明造成阻力增加的具體原因,帶全部處理完成后,方可繼續(xù)進行移架。此外,工作人員實施支架降柱作業(yè)階段,應遵循后柱先降的基本原則,隨后在將下前柱與橋梁。安全管理人員應對整個作業(yè)過程保持有效監(jiān)督,技術人員應保持注意力高度集中,避免移架工作出現異常問題。
綜上所述,煤礦開采巷道布置及采煤技術,直接影響現場作業(yè)效率與安全穩(wěn)定性,因此,相關工作人員應綜合考量煤礦開采的現場需求與地質特征,針對煤層分布的不同,采用與之相匹配的巷道布置措施,注意整體開采效率以及安全管理水平,并避免煤炭資源出現浪費。此外,煤礦企業(yè)應積極開展技術交流活動,廣泛借鑒其他企業(yè)的先進經驗與工作模式,并在實際作業(yè)中不斷改進與創(chuàng)新,以開采作業(yè)面的具體需求及場景變化,對巷道布置與開采工藝進行改良,并注意煤炭開采成本管理,最大限度發(fā)揮煤炭資源的社會經濟效益。