煤礦采掘接替緊張問題研究

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經過多年發展，中國煤礦開采技術得到了很大的改善，煤礦產量和安全性得到了大幅度提升。然而，目前中國煤礦面臨著不同程度的采掘接替緊張問題，主要體現在煤礦工作面的掘進速度低于開采速度。煤礦嚴重采掘接替緊張問題的出現，會導致礦井產量下降[1-2]。隨著煤礦生產進入深部開采，采掘接替緊張問題將變得更加嚴重。煤礦生產條件不同，引起的采掘接替緊張問題也會存在差異。本文分析了煤礦采掘接替緊張的主要原因，重點分析了緩解采掘接替緊張的措施。

1煤礦采掘接替緊張的主要原因分析

通過對大多數煤礦的采掘接替緊張問題進行分析，發現造成采掘接替緊張的原因主要有技術原因、地質原因和管理原因[3-4]。為了更深刻地認識這幾方面原因，下面將進行具體分析。

1.1技術原因

為了準備工作面，需要掘進大量巷道。巷道掘進時采用的掘進技術和支護技術對巷道掘進速度有著顯著影響。一般地，掘進技術越先進，掘進也就越快。但是掘進速度受到支護技術的制約。為了保證安全，必須對掘進后的巷道進行及時支護。在支護不當時，巷道不僅會存在巨大的安全隱患，還需要重新掘進斷面。也就是說，掘進和支護要匹配。然而，在實際生產中，很難做到二者的合理匹配，這導致巷道成形速度慢。

1.2地質原因

巷道掘進過程會受到地質條件不確定因素的影響。在掘進工作面穿過一些地質構造，例如斷層、陷落柱、導水帶時，需要采取大量的安全措施，使得進展速度緩慢。在一些特殊情況下，例如在不能保證安全支護的前提下，需要更換巷道位置，這使得掘進的巷道廢棄，浪費了大量的時間。此外，隨著進入深部開采，煤層瓦斯含量增加，煤與瓦斯突出的危險性增加，這使得在很多情況下不能直接掘進煤巷，而是需要掘進巖巷。巖巷掘進比煤巷掘進慢許多。當掘進工作面瓦斯濃度過高時，所有工人必須撤離，設備必須斷電，這使得高瓦斯巷道掘進速度受到巨大限制。當煤層中瓦斯含量過高或具有突出危險時，通常要對煤層中的瓦斯進行預抽。煤層透氣性比較低時，需要很長時間才能抽采達標，這使得工作面的準備需要花費較長的時間。

1.3管理原因

準備工作面的管理不善會導致工作面的掘進不能按照預定計劃進行，主要原因有以下幾方面：a)巷道位置設計不合理。在進行設計時未對巷道所在區域進行地質資料精查，導致掘進過程中面臨的地質構造較多，憑借現有的技術手段難以解決。b)人員配置不合理。由于沒有充分考慮掘進過程中的變化，巷道掘進各工藝的工人數量分配出現了失誤，使得整體的進度緩慢。c)難以有效地對工程進度進行監管，這使得掘進過程中很容易出現“磨洋工”現象。

2緩解煤礦采掘接替緊張的措施分析

以上分析了采掘接替緊張的原因。在實際生產中，需要針對這幾方面原因采取具體的改善措施，進而緩解采掘接替緊張。改善措施主要包括改善掘進技術、加強地質構造的勘探、采用無煤柱開采技術和加快新型支護技術的研發。下面將進行具體分析。

2.1改善掘進技術

為了緩解采掘接替緊張，應改善掘進技術。近幾十年來，采煤技術得到了飛速發展，但掘進技術的發展緩慢。目前，煤礦使用的掘進技術主要有鉆爆法掘進技術、綜掘法掘進技術（見圖1）及連續采煤機掘進技術。前兩種技術主要用于巖巷掘進，后一種主要用于煤巷掘進。隨著煤層瓦斯含量越來越高，煤巷掘進的風險也越來越大。在深部開采時，爆破引起的應力擾動會誘發一些動力災害，不利于煤礦掘進的安全。在未來應該大力發展巖巷掘進技術。煤礦巷道綜掘機雖然解決了破巖的機械化問題，但是并未解決掘進過程中的通風和支護問題。近幾年來，受到隧道盾構掘進的啟示，一些煤礦巷道也開始采用盾構機進行掘進。與隧道相比，巷道尺寸相對較小。為此，一些公司研發了適用于煤礦巷道掘進的盾構機（見圖2），并在一些煤礦中進行了應用。例如：華陽一礦采用江蘇神盾工程有限公司研發的EQS3000型小型盾構機進行巷道掘進，實現了巖巷日最高進尺51m和月最高掘進608m，不但巷道掘進速度快，而且粉塵濃度和工人勞動強度均大大降低[5]；淮南礦業集團采用北方重工集團研發的QJYC045M型盾構機進行巷道掘進，實現了巖巷日最高進尺30.7m和月平均進尺404m，比傳統掘進工藝進尺提高了4.5倍，經濟效益非常可觀[6]。

2.2加強地質構造的勘探

在煤礦巷道掘進過程中，地質構造對掘進速度影響極大。地質構造可能導致支護工藝流程變得十分復雜，也容易發生地質災害。為此，應該做好煤礦地質勘探。傳統的地質勘探多采用鉆探的方法，勘探數據非常有限，而且施工速度慢，成本高。為此，應該采用綜合探測的方法，即采用相應的物探方法進行探測。常用的物探方法主要有瞬變電磁法和無線電坑透法。瞬變電磁法可以用于對礦井水異常區域的探測（見圖3），而無線電坑透法多用于對孔洞和異常構造的探測。隨著科技的進步，瞬變電磁儀和無線電坑透儀的價格可以被企業接受。

2.3采用無煤柱開采技術

為了緩解采掘接替緊張問題，一種有效的方式就是采用無煤柱開采技術。目前，可以采用的無煤柱開采技術主要有沿空留巷和沿空掘巷兩種。沿空留巷通過將靠近采空區一側的巷道采用巷旁支護的方式保留下來，作為下一個工作面的回采巷道。這樣，在煤礦開采時可以少掘進一條巷道。但是在應用該技術時，需要考慮到沿空巷道受到二次采動的影響而出現較大變形的情況。為了提高沿空留巷的成功性，可采用柔模混凝土支護作為巷旁支護手段[7-9]。沿空留巷技術由西安科技大學研發，目前在許多礦得到了應用，并取得了不錯的效果。圖4所示為預應力裝配混凝土墻沿空留巷技術。目前，何滿潮院士提出的切頂卸壓沿空留巷技術，也稱“110工法”，在許多煤礦得到了應用[10-12]。該方法主要是采用一定的手段將靠近采空區一側巷道的頂板切斷，進而阻斷礦山壓力的傳遞，對沿空巷道采用預應力錨索進行加強支護（見圖5）。

2.4加快新型支護技術的研發在巷道掘進過程中，巷道支護占用了大量時間。由于煤礦開采過程中，回采巷道（服務于工作面回采的巷道，主要是開切眼、回風巷和運輸巷）的比例較高，多采用臨時支護方式。臨時支護需要回收支護材料，由人工完成，工人勞動強度非常大。因此，需要研發一種可裝配式臨時支護技術，在進行臨時支護時可快速完成支護材料的組裝，進而大幅度縮短支護時間。

3結語

在煤礦開采過程中，很多煤礦都面臨著不同程度的采掘接替緊張問題。煤礦企業亟需解決采掘接替緊張問題，進而提高煤礦開采效率。造成采掘接替緊張的原因主要有技術原因、地質原因和管理原因，應該從改善掘進技術、加強地質構造的勘探、采用無煤柱開采技術和加快新型支護技術的研發等方面入手，解決采掘接替緊張問題。

參考文獻：

［1］馮曉棟.緩解煤礦采掘接替緊張的途徑［J/OL］.能源科技，2020，18(6)：31-34［2022-09-15］.dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2020&filename=SBMT202006008&uniplatform=NZKPT&v=v5Z8M35Wyj7lIqYjFAQa2eDfDUExuqcwxSXEaawTM47YL8av_-vKRoBFiiWXou8I.

［2］曹海亮，何福勝.淺析煤礦開采過程中的采掘接替關系［J/OL］.內蒙古煤炭經濟，2019(24)：19-20［2022-09-15］.dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2020&filename=LMMT201924011&uniplatform=NZKPT&v=fZovH-pNX6f1cQixFc99ibLUWvbwCba-C8bS5265KmG-eqDLzrGykKzhYDJ-8GJ2.

［3］徐炳亮.淺析殘采礦井的采掘接替［J/OL］.中小企業管理與科技（下旬刊），2013(2)：181-182［2022-09-15］.dbcode=CJFD&dbname=CJFD2013&filename=ZXQX201302115&uniplatform=NZKPT&v=GCtc6_lRaa2uN6OKhg453AGqBzYoHaJ1AgjIvVgvLGqRfponRGiN_G7M6yL7I_M4.

［4］郭濤，張紅巖.鶴煤公司五礦采掘接替存在問題及解決辦法［J］.中州煤炭，2011，33(5)：81-82.

［5］王俊偉.華陽一礦81405工作面高抽巷全斷面盾構機掘進應用［J/OL］.能源與節能，2022(4)：182-184［2022-09-15］.dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2022&filename=SXJL202204061&uniplatform=NZKPT&v=eKiCcDDpYf4RysuUUnWipMn4UhAIRt6uuAA9oqIuDb0n2qe9ViyZOx8IIH_Y4vkh.

［6］王海超.盾構技術在煤巷掘進中的應用探討［J/OL］.陜西煤炭，2021，40(1)：128-130［2022-09-15］.

作者:高青鋼 單位:山西蘭花集團東峰煤礦有限公司