煤矿开采中的巷道布置以及采煤工艺探讨

＊王永星

（潞安化工阳泉五矿 山西 045000）

前言

在实际的煤矿开采过程中，采煤技术工艺容易受到各种因素的影响，比如：地质条件、自然气候、煤矿结构等方面。随着现代化科学技术的发展，许多技术工艺不断被开发和利用，有效提升了采煤的整体效率。但是，在一些地质条件以及自然气候比较复杂的地域，其采煤施工过程是极其复杂的，很多技术工艺都没能发挥有效作用。而在竞争激烈的市场中，要想不断提升自身优势，必须要通过优化采煤工艺以及改进技术设备等进行科学合理地开采，而合理进行巷道布置以及优化采煤工艺是解决煤矿开采复杂问题的重要方法，能够在很大程度上减少其中存在的安全隐患，为今后地下矿产开采和施工提供非常重要的借鉴意义。

1.煤炭开采中的巷道布置分析

(1)多煤层巷道布置技术

相比较而言，多煤层比单煤层的结构更为复杂，比如：多煤层结构拥有不同的岩石结构，整体中各个部分的稳定性都存在着差异性，需要多方面考虑问题，因此，在对多煤层进行实际开采时，必须先充分做好煤层结构的分析工作，通过制定科学合理的方案进行巷道布置，以减少各个因素的综合影响，保证巷道技术的有效性。首先要分析巷道的布置是否能够在煤炭开采过程中发挥有效作用，根据实际情况对其进行合理地优化和改进。其次，要对多煤层的地质结构进行勘察和测量，比如：岩石、土质等类型，考虑是否会因为岩层运动或土质偏移对巷道整体稳定性产生影响，进而对煤矿开采过程造成阻碍。最后要考虑的就是关于煤柱的问题，它在保证开采过程中的安全性起着决定性的影响作用，是整个巷道布置的核心部分。目前，在大多的多煤层开采过程中，分组巷道是最多被采用的布置方法，这种方法能够有效减少由于巷道开采对开采过程的影响，但这种方式多被利用在地质条件较为稳定的区域，受当地地理因素影响较为明显。

(2)残煤开采的巷道布置

针对残煤开采的巷道布置过程，首先应当对原有的巷道予以改进或保留，并根据实际开采需求对原有巷道进行合理安排和布置，然后对残余煤矿结构进行勘察，如果煤层下部拥有公共巷道，就需要重新布置多条新的巷道，以提升残煤开采的整体质量和效率为重要前提，保证其巷道布置的合理有效性，减少安全风险的发生。残煤开采的巷道布置应当以能够对煤矿资源进行回收利用为主要原则，实现煤炭资源的合理利用最大化。根据分析原有巷道的位置和结构，对其进行适当的改动，这样既能够减少经济投入，同时还能够有效提升残煤开采的质量，对整体开采效率都有着很好的促进作用。另外，由于残余煤矿可能会出现一定的结构变动，会出现各种各样的情况，如果勘察不当，将会对施工人员造成不可挽回的损失，因此，在布置巷道时，不仅要注重开采的质量和效率，更重要的要加强对安全制度的贯彻落实，确保开采过程中的安全性，这样才能真正显现出巷道布置的科学合理性。

(3)高瓦斯煤层巷道的布置

和其他煤层巷道的布置一样，高瓦斯煤层巷道的布置，要考虑的因素有很多，但最为关键的还是瓦斯，如果不能够采取合理的方式对其进行有效地处理，将会对煤矿开采造成严重的影响，对施工人员的生命安全产生很大的威胁，因此，针对高瓦斯煤矿结构的开采，必须要对瓦斯的分布位置和含量有着清楚的了解，这样才能根据实际情况制定合理的巷道布置方案。在高瓦斯煤矿开采过程中，首先要考虑的就是做好工作区域的通风问题，可以设置通风系统，但要明确保证通风系统的设置不会对煤矿开采造成影响，这样才能够确保煤矿开采的安全性，同时也能有效保证开采的有效合理性。

(4)近距离煤层的巷道布置

目前，随着现代化经济发展的不断加快，人们对煤炭资源的需求越来越大，为了增加煤炭资源的供求量，必须加大对煤矿的开采，因此，近距离煤矿开采的煤层之间的距离逐渐缩短，同时，为了确保煤矿开采的安全性以及提升整体的开采质量和效率，首先要对其巷道布置方法进行科学合理的优化和改进。首先，在实施对近距离煤层的巷道布置时，施工人员应当注重对下层顶板的承受力进行测量，确保上部顶板不会出现顶板冒落情况，这样才能保证煤层之间的安全开采。另外，重叠式巷道布置方式是近距离煤矿开采中最多使用的方法，主要是将统一长度的顶板放置在上下煤层之间的回采巷道中，但是，由于近距离煤矿的煤层之间相距较近，开采难度也比较大，因此，煤层开采的巷道布置方式也应根据实际情况来进行方案设计，保证煤层开采的合 理性。

2.巷道布置的建设方向研究

开采煤矿的巷道布置是在开采煤炭过程当中的重要环节，也是在煤炭开采技术当中的重要组成部分，结合当前先进的信息技术，巷道布置技术进一步发展，借助现代化的计算机工具，可对煤道进行建模分析，通过数据计算对巷道布置进行科学分析，能够极大的减少掘进程度，最大程度的开采煤炭。结合已有的巷道建设经验以及现有的巷道建设技术，当前巷道布置建设方向可以从以下几个方面进行。

(1)单巷道布置向多巷道布置发展

在现代技术应用之下，十分注重煤炭巷道建设的效率，传统的单行煤道布置已经不能满足当前现代化建设的需求，因此必须要实现从单巷布置向多巷方向发展。结合当前先进的信息技术，可以在计算机技术的帮助下，对多巷道之间的受力支护进行分析，得到精确的结果，在支护结构上可以根据数据分析结果建立起更合理、更具备关联性的支护建设，这样能够极大地降低各个巷道之间的干扰性，同时还提高了煤炭开采过程当中的效率。

(2)浅部巷道向深层巷道方向发展

我国煤炭开采已有一定的历史。当前浅层埋藏的煤层已基本开采完毕，为了确保煤炭需求的供应量，必须要加深煤炭开采的深度，尽可能多地获取相应的煤炭资源。相关数据表明，我国现今煤炭开展深度逐步加深，甚至有些煤矿已开采至近千米。随着煤炭开采深度的逐步加深，深层矿井大面积出现，在进行巷道建设中遇到了一定难题，例如围岩大变形、冲击矿压等这些问题急需解决。基于我国已有的先进技术，在大部分问题上已有解决措施，得到了良好的技术支撑。

(3)岩石顶板煤巷向煤层顶板巷道和全煤巷道发展

结合当前先进的巷道挖掘技术所得数据分析可知，在当前的开采过程中，煤顶巷道和全煤巷道正在以逐年增加的比率上涨。相比较岩石顶板煤巷方案，前者在支护上更具脆弱性，支护难度增加，且顶板并非岩石结构，因此煤道自身更容易出现坍塌、破碎。根据当前先进的现代化技术以及开采技术，针对煤层顶板巷道和全煤巷道存在的问题，在支护上已经有了极大的突破，即便支护成本有一定提升，但是确保煤道巷道的安全掘进，所得成效不可衡量，增加了煤层顶板巷道和全煤巷道的发展价值。

(4)拱形断面巷道向矩形断面巷道方向发展

传统的拱形断面结构可以针对巷道上部压力进行化解，能够极大地保证巷道内的安全性。但是在具体操作过程中，拱形断面结构所需的施工成本较高，相应的挖掘巷道的速度较慢，如果在挖掘过程中出现整块岩石，则巷道成型速度更加缓慢。在现代工艺基础上，随着现代支护技术的成型，矩形断面巷道可逐步应用到开采挖掘中，能够突破传统技术面临的难题，进行矩形断面巷道建设中具有极大的应用潜力。

(5)小断面横道向大断面巷道方向发展

在传统开采方案中，为避免人工挖掘巷道对地下结构造成无法挽回的影响，因此一般尽可能开设小断面隧道，在煤炭开采区域中，由采煤人员爬行进行煤炭开采，这样大大增加了工作难度，同时地下工作环境十分恶劣。随着现代机械化技术以及先进信息技术的发展与应用，在地下开设大断面巷道技术逐渐成熟，可通过相应机械采用大断面巷道技术，实现煤层巷道断面跨度的增加，即便在支护难度上明显提升，但是在开采效率上有了显著变化。对于开采人员来说，施工环境得到极大的改善，所以总体利大于弊。

(6)简单地质条件巷道向复杂地质条件巷道方向发展

在煤炭开采初期，我国的煤炭巷道建设只能从难度低、要求低的简单地质环境进行，但随着资源逐渐被开发，技术逐渐成熟升级，我国可以在复杂地质环境下进行巷道建设。针对复杂地形的巷道建设，需要在安全性原则的基础之上进行成本的控制。结合当前我国复杂的地形，巷道挖掘所需成本极高，并不符合煤炭资源经济性挖掘原则。结合先进的技术，能够一定程度上节省建设成本，确保煤炭资源经济性开采的原则。

3.煤矿开采中的采煤工艺分析

(1)进刀工艺分析

在实施进刀过程中，主要采用的是工作尾部倾斜形式，这样更有利于采煤机的工作效率。在此过程中，采煤机的返回刀会回到工作面的尾部，这使得工作面溜子也将被准确推到煤层边缘，这时，采煤机会以溜子被推动的方向开始相应的工作。但是，在此过程中，我们还要充分注意的问题是，必须要保证溜子能够呈一条线运动，因为只有这样，采煤机才能够将工作面尾部倾斜部分的煤层彻底割透，从而确保切割刀能够被循环工作，进而顺利进行开采。

(2)割煤和装煤工艺分析

在实际进行煤矿开采过程中，首先要选择合理的采煤机工作方式。双向割煤的工作形式经常会被用在相对平缓的煤层结构中。当采煤机正常运行时，前滚筒会启动并沿着煤层顶板进行割煤作业，后滚筒将沿着煤层底板进行割煤作业，同时进行装煤作业，这种双向割煤的方式会在工作面进行往返一次，一共进行两次进刀作业，而在完成割煤作业之后，会通过启动刮板输送机将工作面上剩余的煤渣全部移送至中部槽中，并采取人工清理的方式对浮煤进行有效清理。当每次进行采煤机割煤作业之前，相关工作人员应当首先做好开机准备工作，在采煤机冷却水打开的情况下保持空载运行5min，如果在运行过程中发现采煤机出现故障，应当立即进行处理。另外，采煤机一般都是同时对工作面上下方进行割煤作业，必须要控制好滚筒升降高度，确保割煤作业能够将两工作面上的煤割干净，并保证煤壁保持平整，割煤作业完成后，采煤机会由头巷返回至下尾巷，在此过程中，前滚筒会对顶部煤层进行割煤，而后滚筒则负责将同时进行割煤与装煤作业。另外，为了能够避免溜头出现下窜问题，可以用分组移架形式代替顺序式单架。

(3)移架操作

在煤矿开采过程中，手动邻架多被应用于工作面支架设置方案中，并当新暴露顶板支护采取单架依次顺序移架方式时，可以发现移动步距和截深相同。在完成部分煤层开采作业之后，应当立即对采煤机进行移架，并设置支护新暴露顶板。比如：在煤层顶板压力较小，安全性能较高时，移架可以滞后于采煤机后滚筒5架左右，但当顶板承受压力较大时，安全性能较低，这时，一架应当以滞后采煤机后滚筒 2架左右，并采取更高水平的支架保护方式。另外，如果在实际开采过程中，移架速度较慢，将要对采煤机速度进行控制，可以降低采煤机的整体移动速度，或者直接停止采煤机进行移架操作。在移架过程中，应该设置专人对于顶板进行监护，下降或上升过多都会对移架操作产生一定影响，其顶板应与顶梁之间的间距应当保持在150-200mm之间。当立柱下降过多，可以先不使用平衡千斤顶进行操作，可以同时进行降柱和移架操作。但是，如果煤层顶板的承受压力较大，完整度较低，移架操作完成之后要通过使用平衡千斤顶将顶梁前端顶起，提升顶梁的支护力，从而减少新暴露顶板的下沉等相关其他问题。如果顶板完整度相对较高，可以通过使用平衡千斤顶将支架后端顶起，提升后端支护力。为了确保煤层被开采过后仍能保持绝对的安全性，在完成移架作业之后，要充分做好接顶作业，保证移架后的支护力能够有效承受泵站压力。

(4)深矿井开采技术

根据以上巷道建设方向分析可知，深矿井开采技术在未来煤矿开采过程当中会越来越受到重视，该项技术可以解决两大难题。一方面，针对深井压力可以进行相应的压力把控，能够结合现代信息化技术和先进的支付技术，对庞大的自重力和构造应力问题进行解决；另一方面，解决散热问题。随着矿产深度的增加，温度会有明显的上升，出现高热现象。温度的提升对瓦斯气体造成直接影响，所以在进行开采过程中，不仅要注重瓦斯气体的疏散，同时还要加入额外的温度疏散系统。

另外，矿石压力控制技术以及煤炭地下气化技术在未来煤矿开采过程中都具备可挖掘性和广阔的应用性。当前我国着手准备建设相关的矿石数据库，实现对矿石压力控制的体系化。同时，将煤炭转化为煤气也是当下可利用的一项重要资源，该技术对于环境保护具备重要意义。

4.结语

总之，煤炭资源始终是我国经济发展中最重要的战略能源之一，对促进我国社会发展和进步有着重要的积极作用，因此，只有通过不断优化和改进采煤工艺，并引进先进技术和设备，才能不断提升煤炭开采质量和效率，才能进一步充分利用好煤炭资源。而面对如此复杂的煤矿开采项目工程，充分做好巷道布置工作能够有效提升采煤作业的质量和运输转移的效率，并以不断加强对采煤工艺的优化来提升采煤的施工效率，同时还能够减少煤矿开采过程中安全事故的发生。