大傾角“三軟”煤層綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采研究與實踐

衛(wèi)其松

摘 要：淮北礦業(yè)集團公司神源煤化工3404外工作面的煤層屬于典型大傾角“三軟”煤層，由于斷層F51（∠40～60°H=0～72m）影響，為了提高煤炭資源回收效率，工作面里段與外段采用不平行布置，回采過程中需要進行旋轉(zhuǎn)開采。借鑒淮北礦區(qū)大傾角“三軟”煤層綜采工作面回采和近水平煤層旋轉(zhuǎn)開采經(jīng)驗，通過不斷研究與實踐，形成了一套大傾角“三軟”煤層綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采工藝技術(shù)體系。

關(guān)鍵詞：大傾角;三軟煤層;旋轉(zhuǎn)開采

0 引言

隨著煤炭資源的高強度開采，綜采工作面旋轉(zhuǎn)式采煤法在我國一些礦區(qū)開始應用，近年來取得較大進展提高了煤炭資源回收效率。根據(jù)國內(nèi)開采經(jīng)驗，煤層傾角在25°以下，煤層硬度系數(shù)f﹥1時，旋轉(zhuǎn)開采的工藝難度較小，但煤層傾角大于25°時，特別是“三軟”煤層，旋轉(zhuǎn)開采難度大，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)開采工藝不能大傾角“三軟”煤層旋轉(zhuǎn)開采要求。結(jié)合神源煤化工實際地質(zhì)條件，并借鑒淮北礦區(qū)大傾角“三軟”煤層綜采工作面回采和近水平煤層旋轉(zhuǎn)開采經(jīng)驗，通過研究和實踐應用，在3404外大傾角工作面取得甩采成功，形成了一套大傾角“三軟”煤層綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采工藝技術(shù)體系。

1 工作面慨況

神源煤化工3404外工作面東臨F51斷層，南到工業(yè)廣場保護煤柱，西臨3402工作面（未施工），北到F120斷層。該面采用走向長壁布置，可采走向長576m，傾斜長202m（見圖1），煤層厚度1.4m～3.0m，平均2.34m，煤層結(jié)構(gòu)簡單—復雜，局部含一層厚度約0.1～0.2m的碳質(zhì)泥巖夾矸，直接頂?shù)装鍘r性均為泥巖，煤層普氏系數(shù)f=0.5，煤層傾角26～40°，平均為34，屬于典型的“三軟”大傾角煤層。

工作面由于受F51（∠40～60°H=0～72m）影響，為了提高煤炭資源回收率，里段與外段采用不平行布置，夾角27°，該工作面從2020年1月10日開始甩采，到2020年2月19日結(jié)束，機巷進尺33.5m，風巷進尺118.5m，機尾比機頭多進尺85m，實現(xiàn)了大傾角工作面安全高效回采。

通過3404外工作面大傾角“三軟”煤層旋轉(zhuǎn)開采工藝的成功應用，解決了大傾角“三軟”煤層旋轉(zhuǎn)開采的技術(shù)難題，在工作面設(shè)備選型、旋轉(zhuǎn)工藝及現(xiàn)場管理等方面，進行了有益的探索，為類似條件下的安全高效開采積累了寶貴的經(jīng)驗。

2 工作面設(shè)備布置情況

神源煤化工3404外工作面煤層傾角平均34°，局部超過40°，結(jié)合該礦井3408、3101及3404里已回采大傾角工作面實踐經(jīng)驗，并綜合考慮煤層頂?shù)装鍘r性為泥巖，底板軟且易泥化的特征，在支架選型上由原來的掩護式液壓支架（ZY6800/17/36）改為支撐掩護式液壓支架（ZZ7600/18/36），煤機由原來的800mm截深（MG500/1150-WD）改為630mm小截深（MG400/920-WD）煤機。

通過液壓支架的選型優(yōu)化，一方面四立柱支撐掩護式液壓支架比兩掩護式液壓支架穩(wěn)定性更可靠，更適應大傾角“三軟”煤層支架咬架、擠架及歪架的調(diào)整;另一方面四立柱支撐掩護式液壓支架現(xiàn)場操作更安全，煤機割煤或拉移支架時人員站在架檔內(nèi)操作，可以防止矸石滾落碰傷人員，更適合大傾角工作面的安全管理。

通過煤機選型上的優(yōu)化，使用630mm小截深煤機配合800mm步距的支架推移千斤頂，支架護幫板可以抵實煤壁，可以很好控制片幫掉頂現(xiàn)象發(fā)生，實現(xiàn)安全高效開采。

在大傾角“三軟”煤層旋轉(zhuǎn)開采過程中，控制運輸機機頭搭接是關(guān)鍵，3404外工作面甩采期間機巷采用轉(zhuǎn)載機配合150鏈板機出煤，每天檢修班對150車機尾臥底靠車，保證了出煤系統(tǒng)正常，為旋轉(zhuǎn)開采成功創(chuàng)造了條件。（工作面主要設(shè)備明細見表1）

3 旋轉(zhuǎn)開采工藝

3.1 旋轉(zhuǎn)初始位置的確定

該工作面里段與外段采用不平行布置，夾角27°，為了防止旋轉(zhuǎn)開采期間，運輸機和支架下滑導致運輸機機頭不能出煤，待工作面運輸機頭過過拐點后，就進行旋轉(zhuǎn)開采，此時工作面機頭超前機尾35m。

3.2 旋轉(zhuǎn)最終位置的確定

根據(jù)該工作面煤層角度和機風巷超前關(guān)系，并結(jié)合現(xiàn)場管理得出的經(jīng)驗，最終確定工作面旋轉(zhuǎn)結(jié)束時，機巷超前風巷40m，按照1：4進行甩采，即機巷進尺約30m，風巷進尺約120m，機尾比機頭多進尺約90m，完成整個旋轉(zhuǎn)開采過程。

3.3 旋轉(zhuǎn)開采循環(huán)比例及循環(huán)數(shù)

根據(jù)該工作面運輸機可彎曲允許長度及工作面頂板巖性，循環(huán)比例采用1：4，即機頭進一刀，機尾進四刀，則每一循環(huán)工作面調(diào)斜角度為 arcsin[（4-1）×0.7/202]=0.6°，循環(huán)數(shù)為n=27°/0.6°=45（個）（見圖2）。

3.4 旋轉(zhuǎn)工藝

（1）工作面拉通線，第一、二、三刀機尾各進700mm，機頭不動;第四刀工作面平推一硐，局部退后地段加大進尺，保持工作面運輸機始終呈一條直線，依次類推，進行下一個循環(huán)。

（2）為了防止工作面運輸機下竄，工作面必須從機頭向機尾方向單項抵車，以確保工作面運輸機與轉(zhuǎn)載機正常搭接。

（3）工作面抵車必須拉線進行，保證工作面運輸機、煤壁成直線，確保支架推移桿始終垂直運輸機，架間距不大于100mm，運輸機彎曲度不超過5°，彎曲段長度不小于20m。

（4）工作面旋轉(zhuǎn)開采過程中，工作面每推進一硐，要及時調(diào)整支架側(cè)護板，使支架推移方向與工作面走向方向保持一致，確保支架狀態(tài)完好，能夠有效支撐頂板。

（5）旋轉(zhuǎn)開采過程中，工作面距離將變長，當機尾支架與風巷間隙距離超過500mm時，及時進行人工使棚管理。

3.5 旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)管理和現(xiàn)場管理

在技術(shù)上要求做到“兩控三直三保證”，即控制采高，活柱伸縮量控制在500-1000mm之間，保證煤機正常通過即可;控制運輸機機頭搭接，機巷采用轉(zhuǎn)載機配合150鏈板機拉煤，每天檢修班對150車機尾臥底靠車，保證了出煤系統(tǒng)正常;動態(tài)調(diào)整運輸機、支架狀態(tài)，要求運輸機要平直;支架要直，嚴禁出現(xiàn)咬架歪架現(xiàn)象;工作面運輸機和支架推移桿要垂直;同時旋轉(zhuǎn)開采過程中保證安全，保證質(zhì)量，保證進度。

在現(xiàn)場管理上高標準、嚴要求的將制定的方案措施落實到現(xiàn)場中，拉移支架嚴格從機頭向機尾方向順序移架，并執(zhí)行從下往上單向抵車措施;工作面旋轉(zhuǎn)開采過程中，每推進一硐，都必須調(diào)整支架側(cè)護板，使支架推移方向與工作面走向方向保持一致，同時移架降立柱時不超過鄰架的側(cè)護板，升柱時觀察與相鄰支架的架間距，避免了咬架歪架現(xiàn)象發(fā)生。

4 ?結(jié)論

大傾角“三軟”煤層旋轉(zhuǎn)開采研究和實踐在3404外工作面回采期間得到了應用，通過不斷研究和實踐，及時調(diào)整旋轉(zhuǎn)開采工藝和施工組織，形成了一套大傾角“三軟”煤層綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采工藝技術(shù)體系，值得同等條件下全面推廣。下一步將繼續(xù)攻關(guān)大傾角“三軟”煤層旋轉(zhuǎn)開采在防治水、防突、防火等災害更加嚴重條件下的研究，努力實現(xiàn)淮北礦區(qū)復雜地質(zhì)條件下旋轉(zhuǎn)開采工藝應用新模式，提供煤炭資源回收率。

參考文獻：

[1]徐永圻.采礦學[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2003.