神東哈拉溝煤礦綜采工作面調斜開采技術與應用

李建軍

(神東煤炭集團公司哈拉溝煤礦，陜西 神木 719315)

0 引 言

當綜采工作面布置在采區不規則邊界時，一般通過調斜綜采工作面等方式以提高煤炭資源回收率[1-5]。調斜開采方法一般分為實中心調斜開采和虛中心調斜開采。實中心調斜開采通常以工作面某固定端點(如刮板運輸機機頭)為調斜中心，推進另一端點進行調斜的方法進行回采。優點是不損壞設備，工藝簡單，但調斜范圍較小，主要適用于頂板穩定、調斜角度較小的工作面。虛中心調斜開采的調斜中心位于工作面以外，刮板運輸機一端推進速度快于另一端推進速度進行調斜的方法進行回采。優點是調斜范圍大，近中心端移動，緩解頂板、煤壁維護困難，但工程控制難度較大，主要適合于工作面頂板條件差、調斜長度大的情況。屠世浩等[6]對綜采工作面旋轉調斜開采技術、工藝方式、礦壓顯現規律和支護技術進行了研究；李生生等[7]針對復雜條件下綜采工作面調斜開采技術，提出“虛心”旋轉調斜方式，并通過加強端頭支護和超前支護、合理控制工作面頭尾推進度，保證了調斜開采順利進行；馬旋[8]針對淮北礦業集團石臺煤礦3118工作面提出了“實中心旋轉，弧形甩面法”，解決了工作面回踩期間爬架、擠架、歪架等技術難題。

神東礦區哈拉溝煤礦22528綜采工作面切眼位于礦井邊界，礦井邊界與工作面兩平巷有一定的夾角，為最大程度回收邊角煤，提高回采率，將切眼布置為斜切眼。布置斜切眼后，通過調斜技術調整工作面兩端頭進尺，保證工作面與平巷垂直。22528綜采工作面采用在工作面開切眼處采取兩順槽沿工作面走向相差52 m布置，工作面調斜角度為11.5°，提高了煤炭資源回收和經濟效率，是神東煤炭集團首個大角度調斜開采綜采工作面，該工作面調斜開采設計、調整技術、礦壓規律等經驗對日后礦區類似條件下綜采工作面調斜開采具有非常重要的指導和借鑒作用。

1 工作面開采條件概況

22528綜采工作面位于哈拉溝煤礦22煤五盤區，工作面長度300 m，推進長度2 266.6 m。工作面開采煤層平均厚度5.17 m，設計采高5 m，傾角1～3°，煤層賦存穩定。直接頂為細粒砂巖，厚1.9～10.65 m，平均6.4 m；老頂為粗粒砂巖，厚8.05～21.3 m，平均10.8m；直接底為細粒砂巖，厚1.5～31.63 m，平均12.98 m。工作面采用鄭煤機ZY12000/25.5/5.5二柱掩護式液壓支架，共計177臺支架，中心距1.75 m，平均支護強度1.22 MPa，安全閥開啟壓力46.2 MPa。

2 22528綜采工作面調斜開采技術與安全措施

2.1 工作面調斜巷道設計

22528綜采工作面切眼寬8.7 m，高4.4 m。原設計切眼與巷道垂直，切眼長度300 m，布置177臺支架；現將22528布置斜切眼，切眼從運輸巷按照與運輸巷成92°夾角掘進，掘進55 m后，按照與運輸巷成101.5°夾角掘進與工作面回風巷貫通，斜切眼長度為305 m。若按照305 m切眼安裝支架，當切眼由305 m長度調整至300 m后，需回撤3臺支架；現將切眼按照300 m安裝支架，對22528回風巷正幫進行擴幫，從而避免回采期間回撤支架。由于擴幫后巷道空頂面積大，為確保生產安全，對正幫、頂板進行補強支護。調斜后切眼機頭超前機尾50 m，切眼后區域面積6 504 m2，按煤厚5.0 m計算，可多回收煤炭4.2萬t。具體斜切眼布置情況如圖1所示。

圖1 22528綜采面斜切眼布置圖

2.2 回風順槽擴幫與加強支護

為避免調斜期間回撤支架，按照300 m長度工作面進行安裝，并對回風巷進行擴幫處理，以保證工作面正常推采。擴幫段近似為三角形，兩邊長51 m，一邊長5 m，如圖2所示。由于擴幫后巷道空頂面積大，為防止大斷面巷道頂板事故發生，需對巷道進行補強支護。擴幫期間，及時對巷道正幫掛塑料網、打玻璃鋼錨桿支護，排距為1 m。同時，對擴幫頂板采取錨索+鋼帶補強支護，間距2 m。擴幫完成后，在22528回風順槽副幫側0.2 m處施工一排“井”字型木垛，間距1.8 m，并在木垛旁打設一排叢柱，在50聯巷口處施工一排木點柱，49聯巷內補強支護一排木垛。在工作面安裝時，將機尾超前支架安放在回風巷正幫側，在工作面機尾新增加一臺液壓支架。工作面安裝完畢后，在超前支架與木垛之間距端頭架頂梁護幫板3 m補強支護一排單體，共6根，單體間距1 m，距叢柱2.4 m，預留出足夠的行車空間，距工作面就近補打單體，隨工作面推進逐根回撤。當工作面推進4 m后，工作面進行初次放頂，為保證機尾頂板支護安全，在超前支架和木垛之間增加16根單體，間排距為1 m×1 m。隨工作面推進，22528回風順槽端頭支架與回風順槽副幫間距逐漸縮小，當工作面回順側推進21 m時，回撤177#架，因回撤支架過程中已施工的7個木垛對回撤有影響，需回撤木垛后再回撤支架，待支架回撤完畢后再對巷道進行單體補強支護，距端頭架護幫板2.2 m施工一排單體，單體間距1 m，距副幫1 m，共8根，距工作面就近補打單體，隨工作面推進逐根回撤。

2.3 實中心調斜開采技術工藝

哈拉溝煤礦22528綜采工作面是神東煤炭集團首個調斜綜采面，成功與否關鍵是采煤機能否順利通過工作面中部9.5°大轉角。22528綜采面調斜角度為11.5°，礦井第一次實施調斜開采，經驗不足，確定采用實中心調斜開采方式。

工作面調斜共分兩個階段十一個循環，第一階段為強制放頂階段，第二階段為工作面調斜階段，如圖3所示。

圖2 22528回風巷擴幫圖

2.3.1 深孔預爆破強制放頂技術

工作面整體按照切眼形狀向前整體推進4 m(5刀)，保證正常裝藥放頂，此期間為防止運輸機竄動，采取機尾向機頭單向割煤，支架工由機尾依次向機頭拉架，采煤機割至機頭后，空刀返至機尾，此時推溜工由機頭向機尾依次推溜。

開切眼深孔預爆破技術促使頂板垮落，減小初次來壓步距，確保初次來壓期間的安全生產。為增加深孔預爆破效果，22528切眼頂板深孔預裂爆破設計改變以往炮眼布置位置，將炮眼距離切眼副幫距離由4 m調整為3 m，炮眼布置呈“一”字型分布，炮眼間距為10 m，整體按22 m、28 m和34 m深炮眼為一組循環布置，垂深分別為11 m、14 m和17 m，共布置10組30個炮眼。工作面安裝完畢后，整體推進4 m，5刀煤，進入支架后方裝藥放頂。

放頂后，通過觀察發現支架后方頂板整體垮落充分，初次放頂效果良好，達到了預期效果。

2.3.2 工作面調斜技術

強制放頂施工完畢后，工作面進入第二階段——調斜階段，該段共分10個循環。以工作面35#架為實點，將35#架至機尾均分為5段，每段長50 m，對應為35#～63#架、63#～92#架、92#～120#架、120#～149#架、149#～177#架，每個循環割煤4 m(5刀)。

第一刀：推溜工先將工作面35#架至機尾段運輸機拉回，煤機停在145#處(以煤機機尾側滾筒為準)，推溜工將工作面149#架至機尾段運輸機逐步推出，使149#架至機尾推移行程由零逐漸增大，至機尾時確保支架推移行程為865 mm，且保證該段運輸機平直；煤機開始由149#架進刀向機尾割煤，割至機尾時煤機截深達到865 mm，煤機空刀返回至115#架，支架工自機尾依次向機頭拉架，此時第一刀結束。

第二刀：推溜工將120#架至機尾段運輸機推出，使120#架至機尾推移行程由零逐漸增大，至機尾時確保支架推移行程為865 mm，并保證該段運輸機平直；煤機開始由120#架進刀向機尾割煤，割至機尾時煤機截深達到865 mm，煤機空刀返回至88#架，支架工自機尾依次向機頭拉架，此時第二刀結束。

第三刀：推溜工將92#架至機尾段運輸機推出，使120#架至機尾推移行程由零逐漸增大，至機尾時確保支架推移行程為865 mm，并保證該段運輸機平直；煤機開始由90#架進刀向機尾割煤，割至機尾時煤機截深達到865 mm，煤機空刀返回至60#架，支架工自機尾依次向機頭拉架，此時第三刀結束。

第四刀：推溜工將63#架至機尾段運輸機推出，使63#架至機尾推移行程由零逐漸增大，至機尾時確保支架推移行程為865 mm，并保證該段運輸機平直；煤機開始由63#架進刀向機尾割煤，割至機尾時煤機截深達到865 mm，煤機空刀返回至30#架，支架工自機尾依次向機頭拉架，此時第四刀結束。

第五刀：推溜工將35#架至機尾段運輸機推出，使35#架至機尾推移行程由零逐漸增大，至機尾時確保支架推移行程為865 mm，并保證該段運輸機平直；煤機開始由35#架進刀向機尾割煤，割至機尾時煤機截深達到865 mm，煤機空刀返回至145#架，支架工自機尾依次向機頭拉架，此時第五刀結束。

至此，一個循環結束，機尾向前推進4.3 m，工作面沿35#架實點旋轉1°，以此類推，當10個循環全部完成，機尾推進43.3 m，工作面沿35#架拐點旋轉了9.5°，此時工作面已基本平直，對工作面進行細微調整即可。

2.4 調斜開采安全技術措施

2.4.1 工作面整體推進距測量

22528工作面長度較大，且工作面存在拐彎點，很難了解把握工作面整體推進進度情況。需由地測人員每天停機時對工作面整體推進距進行測量，即先在22528運輸順槽選取2個固定基準點，然后以這兩個點為起點，從工作面機頭向機尾方向測量，保證測量點之間間距小于10臺支架距離。通過查看測量工作面整體推進數據，跟班隊長和推溜工能夠準確了解工作面整體推進情況，掌握局部超前滯后情況，進而確定工作面調整方案，即確定如何加甩刀和加甩刀位置。

2.4.2 防止運輸機竄動措施

以運輸機向機頭竄為例，防止運輸機竄動措施如下：①加甩刀，采用機頭加刀、機尾甩刀；②改變推溜方向，從機頭向機尾順序推溜；③調整推溜間隔時間，將同步推溜調整為間隔0.5～1.0 s,逐臺先后動作；④工作面割通刀，煤機由機尾向機頭割煤時不推溜，當煤機與運輸順槽貫通后空刀返回至35架位置，由機頭向機尾將運輸機推出，此時跟班隊長觀察運輸機竄動情況，確定是否需要再進一步調整；⑤加甩刀后推溜工將支架逐臺調整成一條斜線，支架相鄰錯茬不大于100 mm為宜；⑥當竄溜形式得以緩解，有往回竄的趨勢不得再在機頭段加刀；當向機尾竄動明顯時在機尾可加2～3刀調直工作面；當運順安全出口達到700 mm時，在機尾連續加刀機頭甩刀，防止運輸機快速回竄。

2.4.3 防止支架倒架、擠架措施

1) 全面加強工作面工程質量管理。支架工、推溜工要嚴格按照措施中要求移架、推溜，跟班隊長堅持工程質量動態檢查，嚴格落實標準，確保工作面頂底板平整，架型正、溜子直，支架推拉桿與溜槽垂直。

2) 調整工作面時，要以整個工作面支架推拉頭受力情況為參照對象，確定每次適宜的回斜距離，回斜后要保證工作面“三直”，讓運輸機與支架同步調向移動。

3) 要求支架工正確使用支架側護板，保持支架合理的架間間隙。支架工要充分利用側護板調架功能，使支架及時隨著推拉頭改變，做到自身的調整找正。

4) 支架工拉架時，要以側護板間隙較大的支架為準，堅持分段由機尾向機頭拉架的方式，保證支架側護板合理的間隙，使每一臺支架都能擁有一個比較寬松的占據空間。

5) 支架推拉立銷斷裂后要及時更換，杜絕使用“軟連接”現象。

6) 支架檢修工加強支架的日常維護和檢修，確保支架液壓系統穩定，各動作正常可靠。

7) 煤機司機合理控制好采高，確保支架重心不偏離底座。

3 調斜開采期間礦壓特征

當工作面機尾推進61m時，工作面120#～155#支架區域來壓，來壓強度不大，來壓期間支架安全閥開啟很少，來壓持續5刀。當工作面推進至81 m時，110#～140#支架區域來壓，來壓強度同樣不大，來壓持續長度5刀。當工作面機尾推進至91 m時，機頭推進27 m，此時工作面從機尾165#支架至機頭40#支架大面積來壓，局部來壓強烈，整體來壓強度不大，來壓支架阻力普遍小于43 MPa。工作面機尾先來壓，然后逐漸發展至機頭。從機尾來壓至機頭來壓，工作面未發生明顯的頂板下沉現象，也未發生安全閥大面積開啟現象，即初采期間工作面來壓不劇烈。

礦壓觀測結合地表觀測分析表明：22528工作面調斜開采，機尾側推進速度遠大于機頭側，即工作面兩端頭推進不一致，導致機尾側先達到頂板初次來壓垮落距離。工作面機尾推進至63 m位置時，工作面機尾側先初次來壓，隨著工作面不斷推進，工作面分多次來壓，直至機頭側推進至約27 m位置時，機頭側發生初次來壓，即機頭來壓步距為36 m，機尾來壓步距為71 m。

4 結 論

通過神東礦區哈拉溝煤礦22528綜采工作面實心調斜開采技術研究與應用，表明哈拉溝煤礦調斜開采技術成功通過工作面中部9.5°大轉角，完成了工作面調斜11.5°轉角，一方面對回風順槽進行擴幫加固技術處理，避免調斜期間回撤支架，保證了工作面正常推采；另一方面提高了煤炭資源回收和經濟效率。

1) 對回風順槽進行擴幫加固技術處理，避免調斜期間回撤支架，保證了工作面正常推采。

2) 開切眼深孔預爆破技術有利于頂板垮落，減小初次來壓步距，確保初次來壓期間的安全生產。

3) 調斜階段共分10個循環。以工作面35#架為實點，將35#架至機尾均分為5段，每段長50 m，每個循環分為5刀。一個循環結束，機尾向前推進4.3 m，工作面沿35#架實點旋轉1°，以此類推，當10個循環全部完成，機尾推進43.3 m，工作面沿35#架拐點旋轉了9.5°，工作面基本平直。

4) 調斜開采期間安全技術保障措施包括：工作面整體推進距測量、防止支架倒擠架、運輸機竄動等安全工藝技術措施。

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