采煤工作面旋轉回采的實踐研究

曹秀龍

（霍州煤電集團河津騰暉煤業(yè)有限責任公司，山西 霍州 043300）

1 工程概況

騰暉煤業(yè)1301工作面走向長度平均為2525m，傾斜寬220m。3煤層平均厚9.03m，直接充水含水層為3煤層頂?shù)装迳皫r、底板“三灰”。1301工作面預計正常涌水量為401m3/h，最大涌水量為723m3/h。由于工作面涌水量過大，為實現(xiàn)自然疏排水，當巷道掘進1800m時，改沿煤層走向掘進，從而造成工作面開采時需要轉向，并由此帶來一系列難題：

（1）生產(chǎn)運輸系統(tǒng)困難。因轉載機不能拐彎，導致工作面推采至轉向位置時，工作面煤炭無法通過轉載機運輸，造成生產(chǎn)運輸困難。

（2）綜放面設備位態(tài)改變帶來的困難。一是綜放面轉向時前部輸送機的“上竄”和后部輸送機的“下滑”，不僅改變前、后兩部輸送機的間距，而且使兩部輸送機的有效布置長度發(fā)生變化，從而造成割煤和轉運困難；二是綜放面支架方位需要作30°的轉向，在轉向過程中，容易造成擠架、咬架現(xiàn)象。

（3）頂板控制難度大。工作面轉向期間，綜放面上部推進近乎停采，導致頂板壓力和支架位態(tài)控制困難。

2 工作面運輸系統(tǒng)的改造

1301工作面采用兩套運輸系統(tǒng)，在工作面轉向時，需要考慮900m膠帶運輸系統(tǒng)的拆除，只使用外段的1800m膠帶運輸系統(tǒng)。要完成綜放面旋轉回采，需要將運輸及超前支護系統(tǒng)等隨工作面旋轉回采同步完成轉向，因此，需對綜放面系統(tǒng)進行改造，完成超前支架及轉載機的轉向。工作面歷經(jīng)了兩次系統(tǒng)改造。

2.1 第一次系統(tǒng)改造

第一次系統(tǒng)改造方案：補掘工藝巷。工藝巷的位置從工作面上平巷導線點A55點往北3.5m開門（巷中），按方位角56°掘進53.2m后再按方位角326°掘進100m，與工作面二號聯(lián)絡巷及上平巷貫通。工藝巷平面布置圖如圖1所示。

圖1 工作面工藝巷平面圖

2.2 第二次系統(tǒng)改造

當系統(tǒng)改造開始后，首先是900m膠帶外延進入工藝巷內，與第二段工藝巷內的膠帶搭接，之后再與l800m上巷中膠帶搭接，組成新的運輸系統(tǒng)。隨著工作面的推進，轉載機逐步進入工藝巷內，前兩組超前架則從中間分開，靠近上幫的一側進入上平巷，靠近下幫的則進入工藝巷內，當前部運輸機的機頭到達內、外膠帶中心線交叉點時，進行第二次系統(tǒng)改造。將轉載機拆卸移入上平巷，與1800m膠帶機機尾重新搭接，將進入工藝巷內的第二組超前架后撤進入上平巷與第一組超前架組合，將工藝巷內的第一組超前架與上平巷的第二組進行組合。第三組超前支架直接轉入1800m上巷段，從而形成新的超前支架支護系統(tǒng)，至此，完成運輸系統(tǒng)及超前支護系統(tǒng)的第二次改造。

3 旋轉回采工藝方案的設計

3.1 旋轉回采方案的設計原則

回采過程中設計需要完成30°的轉向角度，根據(jù)綜采工作面旋轉回采設計及1301工作面的實際情況，提出以下設計原則：

（1）最短時間內實現(xiàn)里段運輸機撤除與外段運輸機的安裝使用；

（2）選擇正確的運輸機機頭運動軌跡線，根據(jù)軌跡線確定旋轉回采起始位置；

（3）運輸系統(tǒng)改造后，需要確保兩部運輸機卸載點同時處于外段膠帶運輸機卸載線上；

（4）每推采一個循環(huán)，須采取相應措施調整運輸機與支架狀態(tài)；

（5）工作面上部采用旋轉回采與推進相結合的方式，使上部端頭支架處于間歇前移狀態(tài)，確保頂板支護可靠。

3.2 旋轉回采方案設計

3.2.1 旋轉回采方案

通過對旋轉回采工作面循環(huán)內切割刀數(shù)的分析，實現(xiàn)工作面迅速旋轉回采，控制前后輸送機出現(xiàn)“上竄”和“下滑”及綜放支架擠架、咬架現(xiàn)象，提出工作面旋轉回采方案為：自工作面推進到皮帶中心線交點以北（北西）5.4m處時開始旋轉回采，采用虛實結合的旋轉回采方法，每10個短刀后割1個長刀，共需要14個調斜循環(huán)來完成工作面轉向。此方案的優(yōu)點在于旋轉回采工藝較簡單，現(xiàn)場易于操作控制，工期適中，每次調斜循環(huán)都有一個通刀用于調整支架，支架位態(tài)控制較好。缺點是前、后運輸機有一定的滑移量；頂板控制難度較大。

3.2.2 旋轉回采方案技術參數(shù)

旋轉回采方案中將前部運輸機機頭、上端頭支架和后部運輸機機頭按整體設計，隨著工作面方向調整、推移前部運輸機導致機頭上移，后部運輸機相應下滑。保持支架中心線與煤壁垂直，前、后運輸機與煤壁平行。計算出每推采循環(huán)前、后運輸機機頭與里段膠帶運輸機卸載線距離，由回歸方程計算得出前、后運輸機機頭的位置，實現(xiàn)準確定位，掌握每個切割循環(huán)前、后輸送機的位置。通過計算，前、后運輸機頭與卸載線夾角、間距如表1所示。

根據(jù)旋轉回采方案設計原則，結合前部運輸機機頭運動軌跡線，確定旋轉回采起始點位于膠帶中心線交點以北（北西）5.4m處，工作面垂直里段膠帶中心線，終止點位于膠帶中心線交點以南6m，工作面垂直外段膠帶中心線。

旋轉回采循環(huán)總刀數(shù)的確定。要完成工作面旋轉30°，14個推采循環(huán)共需要總刀數(shù)（不包括推移機頭通刀數(shù)）為：每個推采循環(huán)移溜頭、松機割通刀一茬，共14刀。旋轉回采總刀數(shù)為：140+14=154（刀）。

旋轉回采時間計算。工作面旋轉回采期間后部運輸機不放頂煤，“三八制”生產(chǎn)，早班8：00至12:00檢修。每天按一個推采循環(huán)組織生產(chǎn)，推十一茬8.8m溜尾、移一茬溜頭0.8m，共需要14d。工作面在旋轉回采期間，需要進行兩次系統(tǒng)改造，時間大約需要4d，另外考慮1～2d的富裕系數(shù)，因此，此次旋轉回采需要時間大約為19～20d。

4 旋轉回采期間頂板控制措施

（1）為保證調采期間工作面上部頂板的完整性，在工作面開始調采前12m，自溜頭向下15個支架（即114#～128#支架）開始鋪設“金屬菱形網(wǎng)+防雨布”，防雨布鋪設在金屬網(wǎng)上，所鋪金屬網(wǎng)及防雨布搭接處使用金屬條連接，不得漏連。

（2）調采前必須加強工作面上部前方三岔門、四岔門處及超前支架撤除后的頂板支護，及時采取補支液壓單體支柱等加強支護措施，需要控制好前、后部運輸機，盡量將前部運輸機機頭下移，增大機頭到卸載線的距離。后部運輸機機頭則盡量超出卸載線，使旋轉回采過程中前部運輸機機頭運動軌跡與膠帶中心線保持最小間距，后部運輸機機頭在最短推采距離接近外段膠帶卸載線。

（3）當發(fā)現(xiàn)壓力較大時，應適當增設π型鋼進行補強支護。π型鋼橫跨運輸機使用，長度不低于3.6m，一梁兩柱，柱下穿鐵鞋，初撐力不低于50kN，拴緊防倒繩，并確保接頂充分有勁。

（4）調采開始位置需加強礦壓觀測，預測工作面調采期間的頂板動態(tài)。當工作面推至距皮帶中心線交點40m位置時，工作面90#～128#支架停止放煤；當工作面推至距膠帶中心線交點30m位置時，工作面60#～90#支架停止放煤；當工作面推至距膠帶中心線交點20m位置時，工作面30#～60#支架停止放煤；當工作面推至距膠帶中心線交點10m位置時，工作面30#支架以下停止放煤，以防止復合巖梁作用，改善上覆巖梁位態(tài)。

（5）旋轉回采開始后，后部運輸機卸載點距轉載機超過卸載距離時，將后部尾梁與插梁放至最低位，最大限度地控制頂煤進入運輸機。

（6）調采期間，當工作面揭露二號聯(lián)絡巷（已充填）后，出現(xiàn)頂煤滑落、支架不接頂?shù)痊F(xiàn)象時，應用半圓木或方木等材料接頂，保持初撐力不低于24MPa，并及時拉超前支架，保證暴露的頂板得到及時支護。調采期間，調刀茬處發(fā)現(xiàn)片幫及有來壓現(xiàn)象時，應及時拉超前支架，前梁全部伸出到位，接頂接實，支架初撐力不低于24MPa，前后立柱活柱伸出量不低于400mm，護幫板完全打開護住煤幫。

5 效益分析

（1）1301綜放工作面旋轉開采作業(yè)歷時3個月結束。旋轉幅度大，在轉向過程中，無咬架、擠架事故，月產(chǎn)量均達到了8萬t以上。

（2）工作面旋轉開采技術的實施使得1301工作面多采出4.3萬余t煤，取得了較好的經(jīng)濟效益。

（3）騰暉煤業(yè)為下一步優(yōu)化采區(qū)設計打下了堅實的基礎，具有極大的社會效益。