綜采工作面大角度旋轉回收煤柱技術實踐

郭可可

（山西晉煤集團晉圣礦業投資有限公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

松峪煤業2103 工作面位于2 號煤一采區，東為2014 工作面采空區，西為礦界，南為一采區西回風巷、軌道巷、原膠帶巷及新掘膠帶巷，開采2號煤層，井下標高位于1193～1245m，地面標高在1310～1370m 之間，工作面布置如圖1 所示。為回收煤柱，決定在2103 工作面尾端旋轉作業。進風巷旋轉長度178m，回風巷走向長度20m，工作面傾向平均長108m，煤層平均厚2.02m，平均傾角6°。煤層直接頂多為砂質泥巖、砂巖，局部為砂質泥巖或粉砂巖，厚度2.5～4.2m；基本頂為深灰色粉砂巖及砂巖，厚度10m；煤層直接底、基本底為灰黑色或深黑色泥巖、砂質泥巖，局部為粉砂巖或深灰色砂質泥巖。工作面整體呈一單斜構造，回采過程中局部地段節理比較發育。根據物探結果顯示，在工作面距切眼約210～250m，局部地質構造異常，造成煤層變薄。

圖1 工作面布置示意圖

2 工作面旋轉方案

2103 工作面采用長壁綜采一次采全高采煤方法，全部垮落法管理頂板。為了盡可能多回收工作面大巷保護煤柱，提高資源回收率，需對2103 工作面尾部進行旋轉作業[1-2]，如圖2 所示，具體旋轉方案如下。

（1）旋轉開始前，要提前對聯絡巷口外軌道巷、膠帶巷進行補強支護并超前50m（至運煤橫川口處），采用一梁三柱的方式對巷道進行支護。在旋轉前5m，工作面開始鋪頂網加強支護直至工作面旋轉完成，煤柱工作面開始回采。

（2）當2103 工作面回風順槽推進至距一采區西回風巷還剩20m 時，采用偽傾斜開采，開始旋轉、調斜。工作面采用磨三角的方式，以工作面溜子機頭為圓心進行磨機尾旋轉開采。

（3）旋轉期間，由于聯絡巷為斜巷，必須保證支架不能頂住煤幫，保證500～800mm 的間距，及時回撤多余支架及溜槽，用單體柱加π 型梁對機尾三角區進行支護，機頭機尾三角區按正常“四梁八柱”進行支護。

圖2 工作面旋轉示意圖

（4）旋轉至聯絡巷與新掘運輸巷交叉口時，停止作業。調整出煤系統，即將工作面回風出煤溜及地溝溜拆除；在新掘運輸巷安裝膠帶輸送機、出煤溜子至膠帶上山輸送機；然后把工作面溜子機頭機尾再次進行位置互換，工作面采用偽傾斜開采，采用磨機頭的方式逐步將工作面調整成直線，至回收煤柱工作面初采位置，進行正規循環作業，旋轉結束。

3 巷道布置及頂板維護

3.1 巷道布置

2103 工作面旋轉階段采用一面兩巷形式布置，2103 工作面旋轉進風巷為新掘聯絡巷，與一采區西軌道大巷、原膠帶大巷、新掘膠帶大巷相連；2103工作面旋轉回風順槽巷鋪有一部出煤溜、一部地溝溜，與一采區西回風巷、一采區西軌道巷、一采區西膠帶巷相連。

3.2 頂板維護

（1）超前支護

進風巷、回風巷超前支護20m 范圍內，在原鋼棚基礎上采用單體液壓支柱加板梁進行加強支護。距工作面煤壁前10m 為一梁四柱，10～20m 為一梁三柱，進風巷排距1m，回風巷排距0.85m，所打單體柱成一直線，超前支護范圍始終不小于20m，并采用防倒繩防倒，超前支柱初撐力不小于90kN。隨著工作面推進，逐步回棚，回鋼棚距離從工作面煤壁算起不超過5m。如圖3 所示。

當工作面旋轉臨近一采區西軌道巷、膠帶巷時，需提前對這兩條巷道加強支護并超前20m，支護方式和參數與工作面兩順槽超前支護一致。

（2）端頭頂板維護

由于工作面需進行旋轉，面長不固定，因此，工作面端頭[3-4]采用如下支護方式（圖3）：

① 工作面端頭采用機頭、機尾支架與單體液壓支柱配合4.0mπ 型鋼梁相結合的方式支護頂板，實行邁步前進式加強支護。

② 機頭、機尾支架與巷道支護間距不大于0.5m，若大于0.5m 架板梁補強支護，即將順槽巷道原超前支護架板梁順延至支架切頂線前，要求一梁三柱，排距1.0m。支架切頂線處打1 排密集柱，戧柱不少于2 根，柱距不大于0.3m。1 排加強柱，柱距不大于0.5m，兩排柱柱距不大于1.0m。每次移機頭、機尾架前先回里面一排密集切頂柱，將本循環的加強柱補齊成下一循環的密集柱，再打設下一循環的加強柱。密集柱、加強柱按上述要求打設好，再移架，放頂步距不大于1.0m，嚴禁超前回柱放頂。若現場頂板破碎，巷道變形嚴重的情況下，根據現場情況應在原基礎上挑料護頂補強支護。

③ 為保證兩端頭頂板垮落充分，采取提前工作面煤壁1～5m 回兩巷鋼棚的措施，確保端頭懸頂面積小于10m2。當懸頂面積大于10m2時，應進行強制放頂。工作面兩巷的頂板破碎或壓力大時，可不進行回棚工作。

④ 在采煤機距機尾（頭）30m 時，停止采煤機割煤，端頭工進入三角區準備替柱、放柱（一次一排），完成后恢復設備運轉。

⑤ 當采煤機割透煤壁返回進刀后，端頭工按上述要求開始移密集切頂柱。放頂先移切頂柱，步距不大于1.0m，必須保證過一次放一次，放頂到位后按端頭移架程序移端頭架。

4 采煤工藝

工作面采用機頭機尾1:5的推進比例進行旋轉，在機尾磨三角割煤，人工調架，使機尾形成大邁步，逐步旋轉。將工作面分成5 段，旋轉期間采煤機采用長短刀相結合的切割方式，分別在距工作面機尾20m、40m、60m、80m 處依次進刀向機尾方向割煤，最后一刀為工作面全長割煤。工藝過程采用短刀斜切、單向割煤、及時支護、先零后整割煤方式。第1 刀采煤機從距機尾20m 處向機尾割煤，隨后移架、人工調架，至工作溜子機尾后，采煤機空刀返至距機尾40m 處，從采煤機位置自下向上順序推移工作溜子；第2 刀從距機尾40m 處開采向機尾割煤，隨后移架和調架，采煤機至機尾后空刀返回至距機尾60m 處。以此類推，最后在機頭完成線切進刀，完成工作面全長割煤，并為下個循環做準備。每過一次機尾，人工調架，逐步旋轉，每循環最后割長刀時，將煤壁割直，溜子移直。

圖3 工作面端頭及兩順槽超前支護平面圖

5 應用效果分析

自2019 年9 月10 日至2019 年10 月11 日，2103工作面尾部進行旋轉回收保護煤柱，總計耗時31d，回收煤炭資源2.8 萬t。在工作面旋轉開采期間，通過優化割煤工藝、人工調架的方式，并在每個循環結束時調直工作面、溜子，且使支架與溜子垂直，并對工作面端頭及超前區順槽巷道頂板進行加強維護，保證了工作面旋轉開采過程中頂板和煤壁的安全。

6 結論

通過在松峪煤業2103 工作面尾部階段進行旋轉工作面開采，多回收煤炭資源2.8 萬t，且旋轉開采期間工作面頂板得到穩定控制，機電設備運行良好。采用旋轉工作面開采，提高了資源回收率，減少了撤架通道和擴刷切眼的巷道掘進量，以及搬家倒面的費用，降低了礦井生產成本。