朱集東礦綜采工作面大比例甩采技術應用研究

任 禹

（淮南礦業集團朱集東煤礦，安徽 淮南 232001）

為應對不規則工作面的回采，甩采技術應運而生。甩采技術的關鍵在于抑制運輸機的“上竄下滑”、頂板管理控制、三角煤合理回收。本文基于朱集東煤礦1121（3）工作面現場條件，應用大比例甩采技術，優化甩采比例，采取針對性措施控制輸送機，加強機尾加長段管理，確保了工程實踐取得預期效果[1]。

1 概述

淮南礦業集團朱集東煤礦1121（3）工作面切眼長度207 m，平均回采長度1 362.9 m，其中軌順停采線位置1 404.7 m，運順停采線位置1 361.2 m，工作面甩采起始位置確定為軌順1 331.1 m、運順1 336.1 m，軌順甩采長度60.6 m，運順甩采長度12.1 m，工作面甩采結束后機尾超前機頭43.5 m，工作面面長增加4.4 m，如圖1。工作面共計安裝120 架液壓支架，平均每架中心距1.75 m，支架總長度210 m。主要機電設備：MG750/1860-WD 型采煤機雙滾筒落煤，SGZ-1000/1710 刮板輸送機，SZZ1000/400 型轉載機，ZZ13000/24/50 液壓支架。

2 甩采工藝

2.1 甩采前準備

工作面正式甩采前，工作面機頭適當多進刀，使運輸機盡可能上竄，為機尾甩采準備條件。甩采前及時調整好支架及運輸機，使運輸機與轉載機搭接合理。

2.2 甩采比例的確定

甩采比例為1:6（圖2），即運順回采1 硐，軌順回采6 硐，結合機組截割深度，采用“長、短”相結合的方式，滿足工作面兩端推進度不同的要求。

為精準控制采煤機截割方式，統一截割循環標準，明確了“長、短”刀截割線位置，且每次截割后拐點的彎曲度（即截割循環轉角a）應在輸送機設計允許彎曲度（運輸機允許彎曲角a'）內，由此得出：

式中：N為每循環刀數；B為截割深度；L為工作面長度。

將相關參數代入式中后，可得每循環刀數為：N=207 tan2°/0.8=9 刀。

根據工作面實際條件，綜合考慮液壓支架完好度、推進進度等因素，確定機頭、機尾調斜比例為1:6，即機尾甩采時，機尾進刀數為6 刀 ，機頭進1刀。在工作面回采推進度到調斜起始線后，從第24架開始，每24 架開始向機尾連進5 次，直到第120架，始終保持液壓支架垂直于輸送機，此過程稱為一次調斜循環。

圖1 工作面甩采起止位置示意圖

2.3 工作面運輸機、支架下滑控制

（1）工作面甩采時采用從機頭向機尾單向抵車，拉架過程中合理調整架向，控制運輸機下滑量，使運輸機機頭與轉載機搭接合理。

（2）工作面每10 架安設一根斜撐單體支柱，單體支設在相近支架上：一端生根在下一架架腳，另一端支撐在上一架導向桿連接銷上。

（3）甩采期間，為了控制運輸機下滑，機頭抵車前，在運輸機機頭與運順非回采側幫部之間打設（2～4）根單體，單體兩端使用防倒繩固定牢固。

（4）每班安排1 名班長專門管理支架，務必使支架成直線，防止因車彎曲造成齒條與煤機齒軌輪的嚴重磨損。

圖2 甩采比例圖

2.4 機尾加長段的管理技術

工作面甩采調斜加長了工作面傾向長度，甩采后期造成煤機無法割透軌順回采側，則采取超前對軌順回采側刷幫的措施[2-3]。

（1）刷幫最大距離計算

式中：X1為軌道順槽甩采長度，60.6 m；X2為軌道順槽甩采長度，12.1 m；L為工作面長度，207 m。

將相關順槽及工作面長度代入上式中（因為甩采前，運順比軌順多5 m，而式中取值為甩采差值，需減去5 m），可得調斜角：β=arctan[（60.6-12.1-5）/207]=11.8°。

工作面末采時，運輸順槽刷幫寬度X達到最大，即：

式中：X3為聯網聯繩時刷面寬度，13 m。

上式代入數據可得運輸順槽刷幫寬度為X=13tan11.8°+（207-207cos11.8°）=6.8 m。

（2）刷幫支護方式

刷幫區域采用錨梁網支護方式，頂、幫部支護為錨桿（索），幫部支護為笆片單體。高強錨桿規格：Ф=22 mm，L=2500 mm， 間 排 距1600 mm×800 mm；錨索規格：Ф=22 mm，L=6300 mm。梁規格：M4 鋼帶，L=3000 mm；金屬網采用10#鐵絲制成，規格為5 m×1 m。

3 數值模擬

隨著1121（3）工作面的推進，受回采時采動應力影響，工作面四周原巖應力場發生變化，出現超前支承應力區[4]，即工作面前方出現高于原巖應力的應力區域。其應力峰值及影響范圍隨工作面推進向深部移動。因此有必要對回采過程中的應力場分布進行數值模擬。本數值模型基于1121（3）工作面回采條件，建立密集網格，整個模型長寬高為100 m×100 m×20 m，在模型上方施加25 MPa載荷，并約束水平、垂直方向位移，以此來分析回采過程中超前支承應力場分布情況[5]。

圖3 回采工作面前方支承應力云圖

由圖3 回采工作面前方支承應力云圖可知，從支承應力場分布來看，1121（3）工作面前方支承應力峰值出現在工作面中部，此時支承應力峰值能達到36 MPa，接近于3 倍的原巖應力，距工作面下端頭10 m 及20 m 處的支承應力分布云圖基本重合，工作面下端頭超前支承應力約為29 MPa，均小于工作面中部支承應力。

4 礦壓觀測

在1121（3）工作面軌道巷27.8 m 及35.8 m 處采用“十字布點法”布置測點，對頂底、兩幫移近量進行測量，研究巷道圍巖變形。

由圖4 可知，在距工作面5～35 m 左右，巷道變形量隨著距離減小而增加，速率越來越大，在5～10 m 到最大，兩幫最大變形速度為128 mm/d，頂底最大變形速度為98 mm/d，且兩幫變形速度普遍大于頂底變形速度。同時發現隨著距工作面距離的減小，巷道收斂率在允許的范圍之內，收斂后的巷道斷面能夠滿足安全生產的需要。

圖4 1121（3）軌道巷表面位移變形曲線

5 總結

在采用確定甩采比例、控制工作面運輸機、支架和加強機尾加長段管理等方式后，甩采過程中順槽兩幫最大變形速度為128 mm/d，頂底最大變形速度為98 mm/d，能夠滿足安全生產的需要。同時，應用大比例甩采技術，可適當多回收三角煤，增產煤量達3.8 萬t，延長礦井服務年限。