煤矿采掘接替紧张问题研究

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经过多年发展，中国煤矿开采技术得到了很大的改善，煤矿产量和安全性得到了大幅度提升。然而，目前中国煤矿面临着不同程度的采掘接替紧张问题，主要体现在煤矿工作面的掘进速度低于开采速度。煤矿严重采掘接替紧张问题的出现，会导致矿井产量下降[1-2]。随着煤矿生产进入深部开采，采掘接替紧张问题将变得更加严重。煤矿生产条件不同，引起的采掘接替紧张问题也会存在差异。本文分析了煤矿采掘接替紧张的主要原因，重点分析了缓解采掘接替紧张的措施。

1煤矿采掘接替紧张的主要原因分析

通过对大多数煤矿的采掘接替紧张问题进行分析，发现造成采掘接替紧张的原因主要有技术原因、地质原因和管理原因[3-4]。为了更深刻地认识这几方面原因，下面将进行具体分析。

1.1技术原因

为了准备工作面，需要掘进大量巷道。巷道掘进时采用的掘进技术和支护技术对巷道掘进速度有着显著影响。一般地，掘进技术越先进，掘进也就越快。但是掘进速度受到支护技术的制约。为了保证安全，必须对掘进后的巷道进行及时支护。在支护不当时，巷道不仅会存在巨大的安全隐患，还需要重新掘进断面。也就是说，掘进和支护要匹配。然而，在实际生产中，很难做到二者的合理匹配，这导致巷道成形速度慢。

1.2地质原因

巷道掘进过程会受到地质条件不确定因素的影响。在掘进工作面穿过一些地质构造，例如断层、陷落柱、导水带时，需要采取大量的安全措施，使得进展速度缓慢。在一些特殊情况下，例如在不能保证安全支护的前提下，需要更换巷道位置，这使得掘进的巷道废弃，浪费了大量的时间。此外，随着进入深部开采，煤层瓦斯含量增加，煤与瓦斯突出的危险性增加，这使得在很多情况下不能直接掘进煤巷，而是需要掘进岩巷。岩巷掘进比煤巷掘进慢许多。当掘进工作面瓦斯浓度过高时，所有工人必须撤离，设备必须断电，这使得高瓦斯巷道掘进速度受到巨大限制。当煤层中瓦斯含量过高或具有突出危险时，通常要对煤层中的瓦斯进行预抽。煤层透气性比较低时，需要很长时间才能抽采达标，这使得工作面的准备需要花费较长的时间。

1.3管理原因

准备工作面的管理不善会导致工作面的掘进不能按照预定计划进行，主要原因有以下几方面：a)巷道位置设计不合理。在进行设计时未对巷道所在区域进行地质资料精查，导致掘进过程中面临的地质构造较多，凭借现有的技术手段难以解决。b)人员配置不合理。由于没有充分考虑掘进过程中的变化，巷道掘进各工艺的工人数量分配出现了失误，使得整体的进度缓慢。c)难以有效地对工程进度进行监管，这使得掘进过程中很容易出现“磨洋工”现象。

2缓解煤矿采掘接替紧张的措施分析

以上分析了采掘接替紧张的原因。在实际生产中，需要针对这几方面原因采取具体的改善措施，进而缓解采掘接替紧张。改善措施主要包括改善掘进技术、加强地质构造的勘探、采用无煤柱开采技术和加快新型支护技术的研发。下面将进行具体分析。

2.1改善掘进技术

为了缓解采掘接替紧张，应改善掘进技术。近几十年来，采煤技术得到了飞速发展，但掘进技术的发展缓慢。目前，煤矿使用的掘进技术主要有钻爆法掘进技术、综掘法掘进技术（见图1）及连续采煤机掘进技术。前两种技术主要用于岩巷掘进，后一种主要用于煤巷掘进。随着煤层瓦斯含量越来越高，煤巷掘进的风险也越来越大。在深部开采时，爆破引起的应力扰动会诱发一些动力灾害，不利于煤矿掘进的安全。在未来应该大力发展岩巷掘进技术。煤矿巷道综掘机虽然解决了破岩的机械化问题，但是并未解决掘进过程中的通风和支护问题。近几年来，受到隧道盾构掘进的启示，一些煤矿巷道也开始采用盾构机进行掘进。与隧道相比，巷道尺寸相对较小。为此，一些公司研发了适用于煤矿巷道掘进的盾构机（见图2），并在一些煤矿中进行了应用。例如：华阳一矿采用江苏神盾工程有限公司研发的EQS3000型小型盾构机进行巷道掘进，实现了岩巷日最高进尺51m和月最高掘进608m，不但巷道掘进速度快，而且粉尘浓度和工人劳动强度均大大降低[5]；淮南矿业集团采用北方重工集团研发的QJYC045M型盾构机进行巷道掘进，实现了岩巷日最高进尺30.7m和月平均进尺404m，比传统掘进工艺进尺提高了4.5倍，经济效益非常可观[6]。

2.2加强地质构造的勘探

在煤矿巷道掘进过程中，地质构造对掘进速度影响极大。地质构造可能导致支护工艺流程变得十分复杂，也容易发生地质灾害。为此，应该做好煤矿地质勘探。传统的地质勘探多采用钻探的方法，勘探数据非常有限，而且施工速度慢，成本高。为此，应该采用综合探测的方法，即采用相应的物探方法进行探测。常用的物探方法主要有瞬变电磁法和无线电坑透法。瞬变电磁法可以用于对矿井水异常区域的探测（见图3），而无线电坑透法多用于对孔洞和异常构造的探测。随着科技的进步，瞬变电磁仪和无线电坑透仪的价格可以被企业接受。

2.3采用无煤柱开采技术

为了缓解采掘接替紧张问题，一种有效的方式就是采用无煤柱开采技术。目前，可以采用的无煤柱开采技术主要有沿空留巷和沿空掘巷两种。沿空留巷通过将靠近采空区一侧的巷道采用巷旁支护的方式保留下来，作为下一个工作面的回采巷道。这样，在煤矿开采时可以少掘进一条巷道。但是在应用该技术时，需要考虑到沿空巷道受到二次采动的影响而出现较大变形的情况。为了提高沿空留巷的成功性，可采用柔模混凝土支护作为巷旁支护手段[7-9]。沿空留巷技术由西安科技大学研发，目前在许多矿得到了应用，并取得了不错的效果。图4所示为预应力装配混凝土墙沿空留巷技术。目前，何满潮院士提出的切顶卸压沿空留巷技术，也称“110工法”，在许多煤矿得到了应用[10-12]。该方法主要是采用一定的手段将靠近采空区一侧巷道的顶板切断，进而阻断矿山压力的传递，对沿空巷道采用预应力锚索进行加强支护（见图5）。

2.4加快新型支护技术的研发在巷道掘进过程中，巷道支护占用了大量时间。由于煤矿开采过程中，回采巷道（服务于工作面回采的巷道，主要是开切眼、回风巷和运输巷）的比例较高，多采用临时支护方式。临时支护需要回收支护材料，由人工完成，工人劳动强度非常大。因此，需要研发一种可装配式临时支护技术，在进行临时支护时可快速完成支护材料的组装，进而大幅度缩短支护时间。

3结语

在煤矿开采过程中，很多煤矿都面临着不同程度的采掘接替紧张问题。煤矿企业亟需解决采掘接替紧张问题，进而提高煤矿开采效率。造成采掘接替紧张的原因主要有技术原因、地质原因和管理原因，应该从改善掘进技术、加强地质构造的勘探、采用无煤柱开采技术和加快新型支护技术的研发等方面入手，解决采掘接替紧张问题。

参考文献：

［1］冯晓栋.缓解煤矿采掘接替紧张的途径［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，何福胜.浅析煤矿开采过程中的采掘接替关系［J/OL］.内蒙古煤炭经济，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.浅析残采矿井的采掘接替［J/OL］.中小企业管理与科技（下旬刊），2013(2)：181-182［2022-09-15］.dbcode=CJFD&dbname=CJFD2013&filename=ZXQX201302115&uniplatform=NZKPT&v=GCtc6_lRaa2uN6OKhg453AGqBzYoHaJ1AgjIvVgvLGqRfponRGiN_G7M6yL7I_M4.

［4］郭涛，张红岩.鹤煤公司五矿采掘接替存在问题及解决办法［J］.中州煤炭，2011，33(5)：81-82.

［5］王俊伟.华阳一矿81405工作面高抽巷全断面盾构机掘进应用［J/OL］.能源与节能，2022(4)：182-184［2022-09-15］.dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2022&filename=SXJL202204061&uniplatform=NZKPT&v=eKiCcDDpYf4RysuUUnWipMn4UhAIRt6uuAA9oqIuDb0n2qe9ViyZOx8IIH_Y4vkh.

［6］王海超.盾构技术在煤巷掘进中的应用探讨［J/OL］.陕西煤炭，2021，40(1)：128-130［2022-09-15］.

作者:高青钢 单位:山西兰花集团东峰煤矿有限公司