綜放工作面多階段復合開采工藝的應用

趙延冰 董慶寶

(兗州煤業股份有限公司興隆莊煤礦，山東省濟寧市，272100)

1 基本情況

兗州煤業股份有限公司興隆莊煤礦行政區屬于山東省濟寧市兗州區興隆莊鎮，是我國“六五”期間自行設計和建設的大型現代化礦井，煤礦東西寬6.8 km，南北長13.1 km，井田面積56.23 km2，于1981年12月21日正式投產,隨著礦井生產年限的增加和儲量的不斷減少，礦井范圍內能正常布置的工作面越來越少，將陸續對斷層附近、邊角煤區域等不規則塊段進行回采。

2 工作面設計

1307(上)綜放工作面位于興隆莊煤礦一采區上部，工作面位于巨王林、大苑莊3#斷層之間，兩條斷層落差均在10～20 m之間，該面周圍地質條件復雜，周邊斷層數量多且位置集中，受斷層影響，進風巷按五段折線布置，運輸巷按兩段折線布置。切眼與1309工作面停采線相鄰，進風巷靠近切眼段260 m為沿空巷道，進風巷外段緊鄰巨王林及1308 F2斷層，運輸巷緊鄰大苑莊3#斷層，工作面布置平面圖如圖1所示。

圖1 工作面布置平面圖

1307(上)綜放工作面最大埋深382 m，工作面長度77～175 m，推進長度1060 m，煤層厚度9.2 m，煤層平均傾角5°，地質儲量176萬t，工作面等長段推進250 m，其余塊段均為不等長布置。工作面回采過程中，根據回采階段不同，需要采用多種采煤工藝，有邊采邊撤、旋轉開采、邊采邊加等，工作面分階段回采工藝和參數如表1所示。

表1 工作面分階段回采工藝和參數

3 工作面設備配置

1307(上)工作面采用綜放開采工藝，設備總體考慮礦井現有設備的通用性和可互換性，對拐彎帶式輸送機按照現場條件進行重新設計，其余設備均為礦井通用設備。因運輸巷為兩段折線布置，在運輸巷布置一部19°拐彎帶式輸送機，轉載機長度考慮拐彎需要按43.5 m長度進行配置，工作面設備配置如表2所示。

表2 工作面設備配置

4 工作面邊采邊撤工藝

4.1 邊采邊撤工藝流程

從切眼開始，隨著工作面的推進，工作面長度逐漸變短，逐漸由237 m縮減為77 m，需撤除47組支架及刮板輸送機中部槽等。支架及刮板輸送機中部槽的撤除工作由檢修班進行，按照輸送機和支架前后空間位置，先撤除前部刮板輸送機中部槽，后撤除支架,最后撤除后部刮板輸送機中部槽。

為提高機尾端頭撤除區域支護強度，減少單體支柱的使用和減輕職工勞動強度，利用機尾最后一組液壓支架對機尾端頭區域進行支護，并隨工作面推進同步前移，提高機尾端頭區域支護效果。

4.2 前部輸送機撤除位置、撤除數量和撤除方式

前部輸送機起始撤除位置為前部機尾超出回采側煤幫一節正常刮板輸送機中部槽時，最晚撤除位置為當工作面推進到前部輸送機機尾、與非工作面側巷幫距離200～300 mm時。

在起始和最晚撤除位置區間內根據生產進度和工作面實際推進位置選擇撤除一節或兩節前部刮板輸送機中部槽。撤除前部刮板輸送機中部槽后，需將待撤除的前部刮板輸送機中部槽與周邊的連接全部斷開，使之處于游離狀態，使用回柱機將之拉移到進風巷單軌吊機車處，用單軌吊機車運至邊采邊加階段按設定位置存放。

4.3 邊采邊撤階段

2018年2月1日至4月20日，1307(上)工作面順利地完成了邊采邊撤階段的全部撤除工作，實現了工作面正常生產，撤除過程中實現了支架和刮板輸送機中部槽的全部回撤。撤除過程中，采用已撤除液壓支架代替單體支柱對機尾端頭區域進行加強支護，增加了支護強度，減少了巷道變形，隔絕了鼓幫傷人的隱患，為撤除工作創造了安全的作業空間。

針對后部撤除作業空間狹小，采用“緩改造、撤多節、少作業”的方式，在條件允許的情況下，暫緩后部刮板輸送機中部槽的撤除，積累到一定程度，一次性撤除多節后部刮板輸送機中部槽，減少進入后部的作業次數。撤除的后部刮板輸送機中部槽可固定于撤除的支架后，隨支架一起外運，支架撤出過程中增加了刮板輸送機中部槽的調整空間，減少了撤出中部槽的難度。

5 工作面旋轉開采工藝

5.1 支架旋轉工藝

旋轉開采階段，為保證支架旋轉的需要，支架的旋轉需要在拉移支架時，使用單體支柱和側護板對支架進行調向，旋轉開采過程中，工作面每推進3～5刀，工作面割通刀平推一次，以舒緩支架間的作用力，避免支架之間互相擠架及歪架等問題出現。平推過程中，拉移支架前，需觀察支架間的間隙及支架歪斜，并確定支架運動趨勢和下步拉移支架時調整重點，對架間隙較小或可能擠架段進行重點調整。對支架的架間隙較小地段，則需要將側護板收回，以利于支架的旋轉和調向。

5.1.1 旋轉開采時上竄下滑控制

旋轉開采時由于支架始終給輸送機向機尾方向的力，導致輸送機有向機尾明顯竄動的趨勢，因此開始旋轉前，需使前機頭在運輸巷內長度盡可能長，以抵消旋轉過程中輸送機向機尾竄動，保證前后部和轉載機的搭接需要。

5.1.2 旋轉開采過程

2018年4月13日，工作面進風巷推進252 m，運輸巷推進221 m時開始旋轉開采，此時工作面剩余支架57組，斷層位于48#支架，受斷層影響，48#～57#支架全部割全巖，機頭與轉載機搭接合理，機頭人行路寬度正常，開采過程中，兩端頭進尺按750 mm進行考核，采高控制在3.6～3.8 m。

為保證旋轉開采轉載機和拐彎裝置帶式輸送機架桿搭接需要，最大限度增大拐彎半徑,在機頭旋轉開采前，通過多進機尾的方式使輸送機下滑，機頭至少兩組端頭支架完全進入運輸巷內。

達到旋轉位置后，機頭和機尾兩頭進尺按6∶1比例進行旋轉回采，旋轉初期，后機頭因搭接較長，通過更改帶后部鏈條的方式使后部輸送機向機頭方向竄動，保證了后機頭搭接。

運輸巷推進到250 m位置時，生產中采取了機頭方向吃刀、單向推溜和架前打單體液壓支柱的方式使輸送機向機尾方向移動，同時通過拉移支架過程中使用側護板靠架方式使支架調向逐步擺正。

2018年4月19日，工作面進風巷推進至265 m，運輸巷推進至262 m，工作面剩余支架53組，斷層位于49#支架，進風巷合計推進7 m，運輸巷合計推進41 m。輸送機有向機尾竄動趨勢，旋轉開采基本結束，工作面開始平推。

5.1.3 旋轉開采經驗

旋轉過程中，機頭端頭架與小支架頂梁間距始終保持在300 mm以內，沒有出現超寬現象，減少了頂板事故。機頭架與轉載機搭接能夠保證出煤空間，旋轉初期通過改帶后部鏈條的方式使之平穩后基本保持，減少了機頭添加后部刮板輸送機中部槽的工序。旋轉開采時，為控制前部輸送機向機尾滑動，可在支架前打單體支柱的方式，調整輸送機的運動，防止上竄下滑失控。生產過程中，輸送機向機尾運動量較大，機頭出現較大面積空頂時，則需將支架整體平移的方式進行調整。

旋轉初期，現場沒有使用單體液壓支柱和單向推溜等方式抵緩輸送機向機頭方向滑動，導致支架旋轉角度比計劃減小。旋轉期間機頭推進較快，移動變電站至轉載機頭段電纜長度較短，沒有充足富余系數，拉移移動變電站工作較為緊張。部分區段巷道寬度變窄，巷道內支架雖能夠拉移，但人行路暢通性沒有保證，需停機過人。

工作面旋轉開采歷時一周，工作面生產保持連續性，支架旋轉到位，為類似條件工作面回采積累了寶貴的實踐經驗，特別是條件復雜無法布置正規工作面的區域和斷層較多區域以及邊角煤區域等地方。

5.2 轉載機和超前支架旋轉工藝

考慮到轉載機和超前支架拐彎需要，轉載機長度按43 m進行配置，轉載機頭推進到帶式輸送機拐彎位置時，每天對帶式輸送機拐彎裝置進行改造，為生產班轉載機向前拉移創造條件。

轉載機頭推進到距離運輸巷拐點時，轉載機開始拐彎，為盡量增大轉載機的拐彎半徑，需要將轉載機外靠。經計算轉載機的彎曲半徑為238m，巷道安設膠帶前按曲率半徑300 m進行了擴寬，考慮人行路寬度等因素，轉載機推到此位置時，需對非工作面側進行局部擴寬以保證轉載機能夠通過。

轉載機頭推進到距離運輸拐點時，轉載機進行拐彎，為盡量增大轉載機的拐彎半徑，需嚴格控制工作面刮板輸送機的上竄下滑，使前后部輸送機向機頭方向滑動。

5.3 帶式輸送機拐彎的改造

5.3.1 帶式輸送機拐彎的改造工藝及方法

改造前對工作面進行調面，使輸送機向機頭方向滑動，為轉載機與帶式輸送機的搭接創造有利條件，煤機速度進行了限速，嚴格控制生產過程中最大瞬時采煤量。

當帶式輸送機機尾只剩3組正常架桿時，將與之相鄰的6組轉彎裝置過渡架桿中的第2、3、4、6組(從里向外數)過渡架桿拆除。然后將第1、5組過渡架桿向外移動，并與轉彎裝置對接。

用4組正常架桿將拆除過渡架桿空出的部分補齊，并且在過渡架桿向里的所有正常架桿上安裝自動糾偏托輥。根據工作面推進進尺，每天在里側過渡架桿以外拆除與之相鄰的轉彎裝置3～5組。

每次拆除轉彎裝置后，將原第1、5組過渡架桿向外移動，并與轉彎裝置對接。用正常架桿將空出的部分補齊，并且在過渡架桿向里的所有正常架桿上安裝自動糾偏托輥。

轉載機進入運輸巷拐彎段后，整體向非工作面側調整拐彎段架桿，帶式輸送機自移機尾隨轉載機后進行調整，保證轉載機與帶式輸送機的正常搭接。依照上述方法，一直到將全部轉彎裝置拆除后，將剩余的過渡架桿更換為正常架桿。

5.3.2 帶式輸送機拐彎改造經驗

工作面旋轉開采階段，為保證轉載機順利過彎和正常搭接，轉彎裝置需進行平移，耗費人力較多，實施改造后，膠帶可能會出現跑偏現象，需調整馬鞍架以調節膠帶跑偏。

轉彎裝置改造后，膠帶有跑偏現象，需不斷地及時進行調偏，改造之初，在帶式輸送機機尾側保留2組轉彎裝置過渡架桿，起到了很好的緩沖作用。改造末期，在帶式輸送機機頭側保留1組轉彎裝置和6組過渡架桿，對順利完成改造起到關鍵作用。經過改造，轉彎裝置良好地完成了任務，滿足了工作面生產需要，使得工作面順利完成了旋轉開采，取得了較好的使用效果。

5.4 工作面邊采邊加工藝

5.4.1 撤除支架的放置位置

在邊采邊撤階段，工作面合計撤除47組支架，邊采邊加階段需要添加54組支架，工作面撤除的支架按照從里向外的方式放置，從里側拐點按照6.53 m的間距放置支架，以支架頂梁頭為定位點，在現場對支架放置位置進行標識。

從地面下井的7組支架，在工作面回采后期進行添加。工作面撤除支架用單軌吊機車運出后，用單體支柱將支架靠到非工作面側，支架主頂梁緊靠煤壁，給單軌吊留出足夠的運行空間。到位后的支架進行供液，并對支架存在的問題進行逐架檢修和處理。

此階段工作面超前支護使用撤除的支架進行支護，超前支護段不再需要使用單體液壓支柱。

5.4.2 邊采邊加支架工藝

支架的添加工藝相對撤除相對簡單容易，邊采邊加支架工藝的前后部刮板輸送機中部槽和支架添加的基本順序為：先加支架，再加前部刮板輸送機中部槽，最后添加后部刮板輸送機中部槽。支架和前部刮板輸送機中部槽每次添加一組，后部刮板輸送機中部槽每次添加兩節，以提高工效。

工作面支架推進到與待添加支架對齊后，將待添加支架旋轉15°并使用單體支柱進行平移到工作面新位置與原支架對齊，連接到對應魚口上并恢復支架的正常供液。

工作面向前推進過程中，采煤機無法割透機尾煤壁時，則開始進行添加前部刮板輸送機中部槽工作，前部刮板輸送機中部槽的 添加應在支架添加完成之后，后部刮板輸送機中部槽應在添架完成后進行。

2018年5月3日開始，工作面進入邊采邊加階段，8月10日順利完成最后一組支架添加，邊采邊加階段順利完成，98 d內完成添加支架54組，期間各項生產指標完成考核，未發生影響生產的問題。

6 結語

1307(上)工作面經過12個月的回采，累計推進1060 m，完成原煤產量198.5萬t。回采過程中成功應用了邊采邊撤、旋轉開采、邊采邊加等復合回采工藝，各項工作進展順利。工作面的順利回采為不規則區域及邊角煤區域回采積累了實踐經驗，實現了礦井邊角煤回采及不規則煤柱的合并回采，減少了搬家倒面次數和人員占用，采用復合開采工藝實現了綜放工作面的安全高效回采，具有很高的推廣應用價值。