煤炭高效安全生产开发及加工技术
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摘 要：煤炭作为重要能源，已被广泛应用到工业发展以及人类生活中，起着它不可替代的重要作用。在工业生产和人们的日常生活中，煤炭能源作为生活基础能源，可以起到促进经济发展，提供热量等重要的作用，安全高效生产更是企业重中之重
关键词：安全；效益；科技创新
一、井工煤矿长壁式开采中，普遍在大巷与上山两侧留设保护煤柱，工作面末采期间需要提前留出设备回撤通道。
这种布置方式存在的问题包括：① 矿井回采率低；② 设备回撤速度慢；③ 回撤通道工程量大与支护困难等。峰峰集团梧桐庄矿182312综采工作面为三采区2#煤层最后一个工作面，计划在182312工作面开采结束后，对上山保护煤柱进行回收，如何实现182312工作面末采及支架回撤，直接关系到182312外工作面（回收上山煤柱的倾斜工作面）布置。针对上述问题，冀中能源峰峰集团有限公司与中国矿业大学（北京）合作，在梧桐庄矿开展了“走向与倾斜长壁工作面协同高效开采关键技术研究”。项目历经近三年时间，到达了预期目标，所提出的研究成果已在峰峰集团梧桐庄等矿得到推广实用。
项目以峰峰集团梧桐庄矿182312走向工作面与182312外上山煤柱回收工作面（图1）为工程背景，采用理论研究、数值分析、物理模拟与现场实测结合的方法，提出并成功应用了走向工作面无煤柱末采技术；在此基础上，利用已停采走向工作面液压支架对上山巷道进行巷旁支护，形成新型沿空留巷技术，为182312外上山煤柱回收工作面服务；利用182312外上山煤柱回收工作面沿倾斜方向推进与巷旁加强支护液压支架的空间关系，实现已停采走向工作面液压支架的有序、快速回收，形成了全套的走向与倾向长壁工作面协同高效开采技术。
二、项目取得的主要研究成果：
⑴ 提出并实施了走向长壁工作面末采贯通上山作为回采巷道和回撤通道的新技术，为倾斜长壁上山煤柱回收工作面提供回采巷道，保证了倾斜长壁工作面的衔接开采，提高了采区回采率、降低了巷道工程量。
⑵ 研发了以液压支架作为巷旁支护核心的沿空留巷技术，采用长锚索等补强支护方法，有效控制了所留巷道围岩变形，保障了回撤通道的安全复用。
⑶ 研究得到了综采工作面超前支承压力对采区煤柱稳定性的作用规律，提出了控制采高、提高推进速度的末采工艺，实现了上山煤柱回收与上山内液压支架快速、有序回撤协同作业。
3.推广应用情况、所取得的社会和经济效益
项目已于2018年12月通过中国煤炭工业协会组织的科技成果鉴定，研究成果已在峰峰集团梧桐庄三采区、八采区等处开展应用，取得了显著的经济和社会效益。
以梧桐庄三采区182312走向长壁工作面和182312外倾斜长壁工作面为例。与传统留设40m宽的保护煤柱相比，该技术可多回采煤炭资源量4.8万t，新增直接经济效益5760万元，新增利润4320万元；此外，该技术利用上山作为支架回撤通道，不必另外掘进专用回撤通道，可节省掘进维护及人工费用318万元；相比传统支架回撤，可节省巷道掘进工时和支架回撤工时，可产生近1.0亿元时间效益。
三、主要科技创新
以峰峰集团梧桐庄矿2#煤层三采区182312走向长壁工作面和182312外回收煤柱倾斜长壁工作面为工程背景，采用理论分析、数值计算、物理模拟、现场实测和工业性试验相结合的研究方法和手段，提出并成功應用了走向工作面无煤柱末采技术；在此基础上，利用已停采走向工作面液压支架对上山巷道进行巷旁支护，形成新型沿空留巷技术，为182312外上山煤柱回收工作面服务；利用182312外上山煤柱回收工作面沿倾斜方向推进与巷旁加强支护液压支架的空间关系，实现已停采走向工作面液压支架的有序、快速回收，形成了全套的走向与倾向长壁工作面协同高效开采技术。
创新1：提出并实施了走向长壁工作面末采无煤柱贯通上山作为回采巷道和回撤通道的新技术，为倾斜长壁上山煤柱回收工作面提供回采巷道，保证了倾斜长壁工作面的衔接开采，提高了采区回采率、降低了巷道工程量
传统走向长壁工作面末采时，停采线一般要与上山之间留设宽20～40m的护巷煤柱，造成大量煤炭资源损失。在传统支架回撤工艺中，无预掘回撤通道、预掘单回撤通道和预掘双回撤通道是最常用的三种方式，即在停采线处采用采煤机扩帮或者开掘专用回撤通道。无论采用哪一种回撤方式，停采处都要与上山之间留设护巷煤柱，且增加巷道掘进工程量，增加巷道掘进、支护材料及人工费用。
基于上述传统末采及回撤工艺存在的问题，结合梧桐庄三采区的工程背景和开采现状，提出走向长壁工作面无煤柱贯通上山技术，利用贯通上山作为支架回撤通道和倾斜长壁工作面的回采巷道，提高了采区回采率，降低了巷道工程量和支护成本。
⑴ 采用现场实测方法，获得走向长壁工作面的常规矿压显现规律。在182312走向长壁工作面的液压支架布置测站，自开切眼处至工作面推进100m的过程中，监测液压支架压力变化，得到了182312走向长壁工作面基本顶初次来压步距为42m、周期来压步距为20m，工作面中部支架阻力大于端头支架阻力，工作面下端头支架阻力略大于工作面上端头支架阻力等走向长壁工作面常规矿压显现规律。
⑵ 采用理论分析方法，结合采区煤柱、回撤通道与工作面空间位置关系（图3-1），建立了采场支承应力分布的力学平衡方程，并对煤柱稳定影响因素进行了分析。这些影响因素包括：① 埋藏深度H；② 侧压系数λ；③ 摩擦因素f；④ 断裂线距离回撤通道非开采帮距离d；⑤ 超前应力集中系数K；⑥ 采高h；⑦ 回撤通道宽度w1、工作面开采空间w2和煤柱尺寸w；⑧ 回撤通道阻力f1与工作面液压支架工作阻力f2。计算并分析了上述因素对煤柱稳定性的影响规律。
四、结束语
综上所言，煤炭经济已经成为国民经济的重要组成，煤炭的生产关系着社会现代化能源供应水平的高低。作为煤炭企业，在日常生产加工期间引进先进的加工工艺是不可缺少的，稳定煤矿安全生产的良好局面，必须大力加强安全生产管理工作，只有这样，才能促进煤矿安全生产的健康发展。
参考文献
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[2] 《煤矿安全风险预控管理体系》郝贵主等，煤炭工业出版社
[3] 黄秋民.从国外工业生产体系看国内煤炭加工技术[J].南京理工大学学报，2010，37（15）：25-26.
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