綜采工作面特殊條件下轉(zhuǎn)采技術(shù)應(yīng)用

高 誠

(霍州煤電集團(tuán) 辛置煤礦， 山西 霍州 031400)

旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)起源于德國，20世紀(jì)70年代在前進(jìn)式和Z型采煤法基礎(chǔ)上發(fā)展起來，20 世紀(jì)80年代以后，我國首先在孤島工作面開采過程中應(yīng)用了轉(zhuǎn)采技術(shù)[1]. 近幾年，旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展,王惠風(fēng)等[2-4]采用轉(zhuǎn)采技術(shù)減少了搬家次數(shù)多、提高了煤炭資源回采率。李順順等[5]根據(jù)蘆嶺礦Ⅱ104東翼采區(qū)煤層賦存條件及原巷道布置特點(diǎn)，采用進(jìn)刀比為1∶8的旋轉(zhuǎn)開采方案，實(shí)現(xiàn)了工作面在復(fù)雜條件下不搬家,連續(xù)推進(jìn)，保證了工作面的正常回采。

霍州煤電集團(tuán)有限公司辛置煤礦2-216工作面井下回采設(shè)計(jì)時(shí)受復(fù)雜地質(zhì)條件影響，為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)將安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)降至最低，造成了工作面呈多種形式形狀規(guī)格布置，特別是“刀把”形狀布置的工作面，將面臨著縮短切巷長度、回撤部分液壓支架與回采溜槽、工作面調(diào)斜等工藝。這些問題將影響到工作面的服務(wù)年限、正規(guī)循環(huán)作業(yè)率以及礦井2#煤的銜接等。鑒于此，擬采用轉(zhuǎn)采技術(shù)進(jìn)行回采，以提高資源回收率。

1 工作面概況

辛置煤礦2-216工作面位于310水平二采區(qū)正前軌道巷左側(cè)，東北面緊鄰二采區(qū)正前軌道巷，距210設(shè)計(jì)工作面310 m，其余方向無任何工作面，由于布置受310二采區(qū)50 m斷層防水煤柱邊界影響，工作面設(shè)計(jì)為不規(guī)則形狀(梯形與矩形組合圖形)。該工作面采用走向長臂后退式采煤工藝，工作面平均走向長度為669 m，可采長度為610 m，循環(huán)進(jìn)度0.8 m，工作面傾角9°，切巷一切巷長203 m，二切巷長140 m，安裝支架116架，煤層厚度3.8～4.3 m，平均為4.1 m，基本頂為K8細(xì)砂巖，平均厚度為7.2 m，直接頂為泥巖、砂質(zhì)泥巖，厚度為3 m. 回采工作面示意圖見圖1.

2 工作面轉(zhuǎn)采方案

根據(jù)《2-216綜采工作面作業(yè)規(guī)程》設(shè)計(jì)及工作面推進(jìn)情況，由于工作面呈不規(guī)則形狀，兩巷推進(jìn)至344 m處工作面采取兩次機(jī)頭、一次機(jī)尾進(jìn)刀方式進(jìn)行調(diào)斜推進(jìn)，調(diào)斜長度運(yùn)輸順槽調(diào)斜距離30 m，回風(fēng)順槽調(diào)斜距離15.2 m，調(diào)斜夾角4°. 當(dāng)工作面調(diào)斜后推進(jìn)至一切巷停采位置，在距停采線前14.4 m處鋪設(shè)金屬網(wǎng)和鋼絲繩，末采長度203 m. 末采期間與二切巷回風(fēng)順槽末端進(jìn)行貫通，末采結(jié)束對(duì)后半段83#—116#支架，機(jī)頭處5#、7#架進(jìn)行回撤，1#—6#架向機(jī)尾方向靠架回縮機(jī)頭。工作面剩余80架形成完整生產(chǎn)系統(tǒng)后，進(jìn)刀方式變?yōu)槿螜C(jī)頭，一次機(jī)尾進(jìn)行推進(jìn)，調(diào)斜角度運(yùn)輸順槽調(diào)斜距離38.4 m，回風(fēng)順槽調(diào)斜距離12.8 m，旋轉(zhuǎn)開采夾角10°，共計(jì)16個(gè)調(diào)采循環(huán)工作面兩巷才能持平。

圖1 辛置煤礦2-216回采工作面示意圖

2.1 確定調(diào)斜、轉(zhuǎn)采比例

根據(jù)工作面布置，采用長短刀相結(jié)合的切割循環(huán)作業(yè)方式。工作面每調(diào)斜一個(gè)角度，需要一組“長”、“短”刀配合割煤，以保證推進(jìn)度小的地方，支架的移動(dòng)次數(shù)也相應(yīng)減少。“長”刀即工作面全長割煤，如圖中 m1～m2、m5～B；“短”刀即采煤機(jī)割煤距離短于工作面長度，見圖 m3～m4. 上述一個(gè)完整過程稱為一個(gè)切割循環(huán)，見圖2.

圖2 工作面調(diào)采切割循環(huán)示意圖

為了有效地利用采煤機(jī)截深和保證切割順序不變，圖2中AB線段的長度是采煤機(jī)有效截深的整數(shù)倍。為了保證切割出標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)面積，每一短刀的切割線必須平行于長刀切割線，而每次切割之后必然在工作面出現(xiàn)拐點(diǎn)，每個(gè)拐點(diǎn)的彎曲角度不能大于工作面輸送機(jī)設(shè)計(jì)允許的彎曲角度。由于每個(gè)拐點(diǎn)的彎曲角度與整個(gè)切割循環(huán)的轉(zhuǎn)角相等，因此切割循環(huán)的轉(zhuǎn)角α也不得大于工作面輸送機(jī)設(shè)計(jì)允許彎曲的角度α′，即：

式中：

N—循環(huán)內(nèi)刀數(shù),刀；

b—采煤機(jī)截深，m；

L—工作面長度，m.

因?yàn)?AB 線段的長度是采煤機(jī)截深的整數(shù)倍，因此有 AB=N·b，代入前式可得出一次循環(huán)內(nèi)采煤機(jī)截割刀數(shù)為：

旋轉(zhuǎn)工作面使用的是 SGZ-1000/2*855 型刮板輸送機(jī)，根據(jù)該輸送機(jī)技術(shù)特征，允許彎曲的角度α′=2°～3°，旋轉(zhuǎn)過程中工作面長度L=140 m，采煤機(jī)實(shí)際截深b=0.8 m，可計(jì)算出循環(huán)內(nèi)刀數(shù)應(yīng)小于6刀，根據(jù)工作面實(shí)際取3刀。調(diào)面比例為1∶3，即工作面機(jī)頭處進(jìn)三刀，機(jī)尾處進(jìn)一刀。

2.2 調(diào)斜、轉(zhuǎn)采回采刮板輸送機(jī)位移進(jìn)度

調(diào)斜期間，調(diào)斜比例1∶2，設(shè)計(jì)19個(gè)循環(huán)(38刀)，工作面切巷長度為A=203 m，每刀循環(huán)進(jìn)度0.8 m，則調(diào)斜對(duì)邊長為B=15.2 m，根據(jù)三角函數(shù)公式計(jì)算調(diào)斜斜邊C,即：

Tanα=B/A，帶入公式得α=4.4°(調(diào)斜夾角4°).

C2=A2+B2，帶入公式得C=203.58 (m).

因調(diào)斜比例為2倍，即：

調(diào)斜回采刮板輸送機(jī)位移進(jìn)度=0.58×2=1.16 m

因回采機(jī)頭調(diào)斜比例較多，推進(jìn)速度快，所以工作面回采溜子向機(jī)尾推移，移近量為1.16 m. 轉(zhuǎn)采期間，調(diào)斜比例1∶3，設(shè)計(jì)16個(gè)循環(huán)(48刀)，工作面切巷長度為A=140 m，每刀循環(huán)進(jìn)度0.8 m，三次機(jī)頭一次機(jī)尾，根據(jù)三角關(guān)系，機(jī)頭為0 m，機(jī)尾進(jìn)度1.6 m，則三角對(duì)邊長為B=25.6 m，根據(jù)三角函數(shù)公式計(jì)算調(diào)斜斜邊C，即：

Tanα=B/A，帶入公式得α=10.5°(調(diào)斜夾角10°).

C=A/sinα，帶入公式得C=142.15 m.

調(diào)斜回采刮板輸送機(jī)位移進(jìn)度=142.15-140=2.15 (m)

因工作面轉(zhuǎn)采期間支架整體上調(diào)3.53 m，所以調(diào)整完畢支架距幫為3.53-2.15=1.38 (m).

2.3 工作面轉(zhuǎn)采循環(huán)工藝

工作面調(diào)面比例選擇1∶3，設(shè)計(jì)在工作面運(yùn)輸順槽推進(jìn)到11#導(dǎo)線點(diǎn)后79 m開始轉(zhuǎn)采，有利于工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)面期間調(diào)整刮板輸送機(jī)平直度及機(jī)尾頂板控制。一個(gè)轉(zhuǎn)采循環(huán)為機(jī)頭推進(jìn)3刀，機(jī)尾推進(jìn)1刀。進(jìn)刀方式：工作面轉(zhuǎn)采期間進(jìn)刀方式，由機(jī)頭進(jìn)刀，工作面整體機(jī)頭向機(jī)尾推移、拉架，第一刀煤整體割通，第二刀煤機(jī)頭割至42#架處，第三刀煤整體煤壁割平割直。刮板輸送機(jī)推移步距：割煤前1#—40#架全部推移到煤壁，60#—80#架向落山側(cè)后退，60#架距煤壁0.1 m，70#架距煤壁0.15 m，80#架距煤壁0.2 m；第一刀割煤后1#—30#架全部推移到煤壁，40#架推移0.75 m，50#架推移0.6 m，60#架推移0.45 m，70#架推移0.35 m，80#架推移0.2 m；第二刀割煤后1#架推移至煤壁，5#架推移0.7 m，10#架推移0.6 m，20#架推移0.4 m，30#架推移0.2 m，39#—80#架不推移；第三刀煤割煤后將回采刮板輸送機(jī)推移至與剛開始割煤前推移步距一致開始下一個(gè)循環(huán)。工作面進(jìn)刀比例示意圖見圖3.

圖3 工作面進(jìn)刀比例示意圖

3 工作面轉(zhuǎn)采技術(shù)的控制措施

綜采工作面轉(zhuǎn)采技術(shù)控制中：1) 控制好工作面刮板輸送機(jī)、支架直線度，進(jìn)而保障支架方向，支架出現(xiàn)歪斜時(shí)，用單體柱輔助調(diào)整支架方向。2) 工作面調(diào)斜期間，控制好機(jī)頭機(jī)尾進(jìn)刀方式，采取從機(jī)尾向機(jī)頭推移方式抵消上竄，機(jī)頭、機(jī)尾無法割透時(shí)，采取在機(jī)頭、機(jī)尾變線槽處加設(shè)溜槽，保證機(jī)頭正常搭接。3) 工作面煤壁出現(xiàn)片幫、冒頂時(shí)，采取頂板注漿加固加強(qiáng)頂板支護(hù)。4) 工作面一切巷后半段及工作面機(jī)頭回撤完畢后，利用單體柱進(jìn)行靠架調(diào)整二切巷支架距幫距離，控制回采機(jī)頭轉(zhuǎn)采下滑量，確保二切巷巷道正常推進(jìn)。

4 經(jīng)濟(jì)效益

在2-216工作面實(shí)施旋轉(zhuǎn)開采技術(shù),實(shí)現(xiàn)了不規(guī)則工作面連續(xù)開采，確保了采掘銜接正常，并提高了煤炭資源回收率，減少煤炭資源浪費(fèi)，增加工作面煤炭資源回收2.17萬t，同時(shí)采用該技術(shù)少施工一條140 m切巷，減少搬家倒面次數(shù)，可節(jié)約資金1 140余萬元。

5 結(jié) 語

在綜采工作面中使用轉(zhuǎn)采技術(shù)有著很高的技術(shù)要求，必須根據(jù)綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)情況準(zhǔn)確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)采方案，在轉(zhuǎn)采過程中應(yīng)注意以下方面：

1) 工作面轉(zhuǎn)采前要及時(shí)調(diào)整回采刮板輸送機(jī)上竄下滑，避免轉(zhuǎn)采期間回采機(jī)頭向內(nèi)回縮造成回采機(jī)頭無法割透。運(yùn)輸巷超前20 m范圍內(nèi)刷擴(kuò)回采煤壁巷幫，保證刮板輸送機(jī)的正常搭接運(yùn)行。

2) 刷擴(kuò)后的巷道較寬，需及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)載機(jī)緊靠刷擴(kuò)側(cè)煤壁幫，與回采刮板輸送機(jī)機(jī)頭正常搭接，在轉(zhuǎn)載刮板輸送機(jī)行人煤柱幫側(cè)施工木垛，控制刷擴(kuò)后巷道頂板，同時(shí)運(yùn)輸巷超前施工一梁兩柱加固頂板支護(hù)。

3) 為避免轉(zhuǎn)采期間支架出現(xiàn)擠架咬架現(xiàn)象，轉(zhuǎn)采期間，回采刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾必須嚴(yán)格按照轉(zhuǎn)采循環(huán)工藝進(jìn)行推進(jìn)，并在推進(jìn)期間及時(shí)利用支架側(cè)護(hù)板和單體柱調(diào)整支架間隙，保證支架垂直頂?shù)装逯ёo(hù)。