闡述復雜地質條件下綜采工作面調向回采技術

王振龍

山西保利平山煤業股份有限公司 山西 晉城 048205

引言

加強煤礦安全生產管理建設，健全煤礦安全開采整治體系，必須結合采煤環境，科學選用采煤方法。

1 井下采煤方法

我國目前常用的采煤方法有：走向長壁采煤法、傾斜長壁采煤法、大采高一次采全厚、放頂煤長壁采煤法、掩護支架采煤法、傾斜分層走向（傾斜）長臂下行垮落采煤法、臺階采煤法、水平分層采煤法、斜切分層采煤法、房柱式采煤法、房式采煤法、倉儲、巷道長臂采煤法、傾斜分層長臂上行填充采煤法、刀柱式采煤法、水力采煤法等50多種類型。各煤礦根據自身地質條件選擇合適的采煤方法，目前常用的多為綜合機械化采煤法，在實際工作過程中，使用綜合機械化采煤方法具有明顯的優點，例如：采用相應的機械設備進行具體工作，能夠連續完成各項工作，在一定程度上提高了整體工作的安全性能和工作效率，有效解放了勞動力，降低了企業的資金投入。因為綜合機械化采煤方法的特點和優勢使得其在當下煤炭行業的使用頻率和應用范圍越來越廣泛，成為一項主要的采煤工藝[1]。

2 綜采工作面調向回采技術應用方案

2.1 合理設計采煤工作面

山西保利平山煤業股份有限公司采煤區域為3#煤層，3號煤為無煙煤，屬低灰～中灰、特低硫分、高～特高熱值之動力和化工用煤。水分含量為4.2%，灰分含量為12.98%，揮發分含量為6.94%，發熱量為30.82MJ/kg，固定碳含量為75.88%，硫份含量為0.43%，牌號為WY3。采區共劃分為31采區、32采區，現回采工作面31采區31017工作面，采用走向長壁綜合機械化采煤方法，工作面底板標高為+368～+404m，地面標高+866～+995m，31017運輸順槽設計推進長度為645m，31017回風順槽設計推進長度為699m，設計推進長度平均為672m，工作面長度為181.5m，面積121968m2；該工作面位于井下主系統大巷東翼，為本礦第六個綜采工作面，其北部為實體煤（工作面北部10m處，煤層底板下15～20m巖層中布置有東翼膠帶大巷），東鄰礦井井田東翼邊界，南部為31015工作面采空區，西鄰31采區主系統大巷（回風大巷、軌道大巷、膠帶大巷）。該工作面煤層厚度為4.9～6.4m，平均厚度5.4m，煤層結構簡單，煤層傾角2°～9°，平均傾角為6°，該工作面內煤層為黑色半亮型，油脂光澤，鱗片狀結構，塊狀構造，質地較硬，內生裂隙發育，煤層硬度f=1.5。本工作面內地質構類型簡單，煤層賦存穩定，發育的構造有在31017運輸順槽掘進過程中揭露的K9正斷層，31017回風順槽掘進中揭露的K14正斷層，回采過沖中工作面將揭露一處沖刷帶。31017工作面回采至S2向斜軸部柱附近時可能發育有伴生小斷層，頂板破碎、瓦斯賦存異常，對工作面回采有一定的影響；煤層內部剪節理發育。綜采工作面的工作模式為八小時輪班，有兩班負責煤礦開采生產，另一班負責機械設備檢修和安全管理工作。

在煤礦開采工作中，配備的機械設備如下：ZT14000/22/45型端頭液壓支架1組兩架、ZYG7200/28/48過渡架7架、ZY7200/28/55中間架116架、MG500/1180-GWD型采煤機1部、SGZ900/800型刮板輸送機1部、SZZ800/315轉載機1部、PCM-200型破碎機1部、ZY2300型自移機尾1部、DSJ100/80/2×250膠帶輸送機皮帶機1部、BRW400/31.5型乳化液泵2臺、RX2500S型乳化液泵箱1臺、KJZ-2400/3.3/12D型動力負荷中心1套、KJZ-1800/1140（660）-12Y型動力負荷中心1套。同時，為了解決綜采工作中的調面問題，煤礦企業對調面原因進行了綜合分析。分析結果表明在綜采工作面設計中，回風順槽和采煤運輸順槽呈平行關系，切眼和兩順槽呈垂直關系。

綜采工作面通常以兩巷平行等長，切眼與兩巷垂直方式進行布置，以充分發揮綜采設備優勢，使工作面始終按照正規循環作業有序推進。

本設計為了提高礦井煤炭資源采出率，回收工作面與井田邊界三角區煤炭資源，將31017工作面切眼沿井田邊界保護煤柱布置、對回風順槽方位進行了合理調整，造成工作面兩巷不平行布置，切眼與回風順槽呈82°32’20”夾角、與運輸順槽呈107°27’40”夾角，工作面呈不規則布置。因此，31017綜采工作面在初采階段實施調斜回采，使工作面完成由初采階段向正常回采階段的過渡。根據31017綜采工作面頂板穩定條件，考慮到實中心調斜液壓支架反復支撐機頭（旋轉中心）頂板，容易造成機頭附近頂板管理困難，因此，確定選用虛中心調斜工藝，即將機頭對應的旋轉中心點設置在工作面范圍之外，旋轉機尾端的同時機頭端也保持了一定的前移量，這在一定程度緩解了機頭端頂板和煤壁維護的困難，有利于改善頂板與煤壁支護狀況。

依據工作面長度及切眼與回風順槽夾角計算調斜比例，即機頭端比機尾端多推進54.01m，完成調斜角度為17°27’40”。將調斜角劃分為若干個相等的小角，工作面每旋轉一個小角即完成一個調斜循環，而合理確定每一調斜循環中機頭機尾進尺比例，才能保證調斜工作順利完成。

通過計算得出調斜角度和調斜量：目前工作面采用的SGZ900/800型刮板輸送機水平可彎曲角度（1°）、彎曲段長度要求（大于21m）、MG500/1180-GWD型采煤機截深（600mm）及液壓支架靈活性等三機設備性能、切眼長度（181.5m）和頂底板巖性、現場管理等因素綜合考慮，確定工作面調斜比例為5∶1，即每各調斜循環機尾推進5刀，機頭1刀，凈計算可得調斜角度為0°45’50”，刮板輸送機最小彎曲段長度45m。完成整個調斜工作需23個循環，機尾總前移量為69m，機頭為13.8m。

圖1 切眼實測剖面圖

31017工作面進入沖刷帶、K14斷層時，因工作面機頭機尾存在高差，刮板運輸機的機頭端所處高度低于機尾端，所以刮板運輸機會沿著煤層的傾向下滑，不及時調面就會導致機頭長而機頭短，這樣會使機頭和轉載機搭接不合理，無法正常推進采煤工作。為了避免運輸機出現下滑問題，特意調斜了工作面，加快工作面機頭推進度，將工作面調整為機頭超前于機尾，對運輸機下滑問題進行有效控制。在綜采工作面沿著工作面傾斜方向垂直方向持續推進，就很有可能使刮板運輸機上竄，造成運輸機機尾常，而機頭短，也會出現刮板運輸機和裝載機搭接不合理問題，采煤機無法正常工作。為了緩解運輸機的上竄問題，就需要調向回采，多加推進機尾，使運輸機的機頭能與轉載機有效搭接，做好大量的調向回采工作[2]。

2.2 優化綜采工作面調向回采技術措施

優化煤礦綜采工作面調向回采技術措施，首先要遵循三項基本原則：第一，運輸機的機頭和裝載機的搭接必須合理，調面時不能以機尾的長短為基準。第二，結合機頭和機尾之間高差準確計算機頭超前于機尾的距離。從圖2可以看出高差簡稱為BF，機頭超前于機尾的距離簡稱EH，一般情況下，EH=BF/2。如果刮板運輸機處于下滑狀態，EH可能大于BF/2。如果刮板運輸機處于上竄狀態，EH可能小于BF/2。第三，如果機頭巷道的兩幫并非筆直，巷道存在彎曲與變形現象，就要設置好精準線，如圖3所示，同時，要隨時注意基準線和機頭大架基準點之間的水平距離（L）變化情況，以此判斷是多加推進機頭還是機尾，或者采取平行推進措施。通常，要將基準線設置在頂板上，使其和巷道的中線保持平行關系。

圖2 運輸機塔接圖

圖3 精準線設置圖

其次，要注意把握以下4項要點：

第一，因31017工作面運輸順槽為沿空掘巷，運輸順槽受頂板壓力較大，巷幫變形較為嚴重，不易作為基準線。如果運輸順槽處于沿空順槽狀態，因為頂板承受的壓力較大，機頭巷道的兩幫移近量也比較大，巷道會出現嚴重的變形，所以此時就不能將巷幫作為基準線，以免影響準確性，而是要在頂板上設置一條和運輸順槽的中線相重合或者保持平行的基準線。通常，隨著綜采工作面的持續推進，需要結合基準線和機頭大架基準點的水平距離來選取隨時量，并結合水平距離L的變化來實施調采。圖4是延長回采技術結構圖。

圖4 延長回采技術結構圖

第二，如果回風順槽和運輸順槽未處于平衡關系，就會出現這樣一種現象——隨著綜采工作面的推進，工作面的長度會縮短或者變長，進而導致運輸機會延長或者縮短，液壓支架也會增加或者減少，機頭工作會受阻，只有機尾才能繼續工作。此時，就要合理搭接機頭和轉載機，減少上竄與下滑問題，科學實施調采方案。例如31017工作面受沿空掘巷小煤柱影響及工作面礦壓影響，工作面長度增加，工作面內液壓支架數量由原有的121架增加為123架，刮板數量由121個增加為123個。

第三，如果綜采工作面出現了傾斜或者背斜，就不易控制上竄與下滑問題，此時，要確保運輸機的機頭大架和轉載機的合理搭接，在工作中全方位監測搭接情況以及支架推移框架的具體擺向，結合擺向和搭接水平距離分析運輸機此時處于上竄還是下滑狀態，并根據偽斜調采的方案實施采煤工作。其次，如果出現了向斜構造地段，就要讓運輸機和液壓支架保持順直，不能拖后[3]。

第四，如果運輸機出現了嚴重的上竄下滑問題，就要采取單向推溜和單向移架的方式予以控制。一般情況下，當運輸機上竄現象明顯，就可以在多進機尾的同時，從機頭來說移動支架，將其移至機尾，然后，從機尾開始進行推溜。當運輸機存在嚴重的下滑問題，為了迅速調采，就需要在多進機頭的同時從機尾開始對支架進行移動，將其移至機頭位置。

3 結束語

綜上所述，全面優化煤礦資源安全生產管理方案，必須結合采煤環境科學選用采煤方法，堅守綜采原則，著重優化綜采措施，不斷提高采煤技術含量，充分發揮綜采工作面調向回采技術的作用。