綜放工作面旋轉(zhuǎn)回采的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐

陳 貴,常聚才

(1.淮北礦業(yè)股份公司朱仙莊煤礦,安徽宿州 234111;2.安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院,安徽淮南 232001)

開采與設(shè)計(jì)

綜放工作面旋轉(zhuǎn)回采的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐

陳 貴1,常聚才2

(1.淮北礦業(yè)股份公司朱仙莊煤礦,安徽宿州 234111;2.安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院,安徽淮南 232001)

Key Technology and Practice of Rotation M in ing in Full-mechan ized CavingM in ing Face

為了減少綜放面搬家次數(shù)和多回收煤炭資源,淮北礦區(qū)朱仙莊煤礦 871綜放面采用旋轉(zhuǎn)開采。根據(jù)具體的地質(zhì)條件,確定了旋轉(zhuǎn)開采工藝參數(shù),制定了一系列綜放旋轉(zhuǎn)回采及技術(shù)安全保障措施,解決了綜放旋轉(zhuǎn)開采帶來的技術(shù)難題,保證了旋轉(zhuǎn)期間正常回采,達(dá)到了良好的效果。

綜放;旋轉(zhuǎn)回采;工藝;旋轉(zhuǎn)中心;保障措施

朱仙莊礦主采煤層為 8煤,為特厚煤層,其儲(chǔ)量占礦井可采儲(chǔ)量 75%以上,但是地層巖性差,域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,褶曲、斷層發(fā)育,巖漿巖侵蝕嚴(yán)重,影響工作面的正規(guī)布置。871綜放工作面位于 87采區(qū)第一區(qū)段,南至朱仙莊礦與蘆嶺礦井田邊界的保護(hù)煤柱線,北到 F5斷層附近,上鄰未開采面及 8煤層回采上限 -240m,下鄰二區(qū)段 873和874工作面 (已回采完畢)。面長140m,煤層厚度 3.63～11.32m,平均 10.03m,煤層傾角 5～12°,直接頂為砂質(zhì)泥巖,厚 1.5～3.0m,基本頂為細(xì)砂巖 6.0～8.0m,直接底為泥巖,厚 1.0～2.5m,基本底為中細(xì)粒砂巖,厚 10.0m。871中段工作面走向與 871南段工作面走向不在同一方向,為了減少綜放面搬家次數(shù)和多回收煤炭資源,決定采用旋轉(zhuǎn)回采技術(shù),旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到 31°07′。巷道布置示意如圖 1所示。

圖 1 871綜放工作面巷道布置平面

1 工作面設(shè)備布置情況

871綜放面布置 94架 ZF6000/17.5/28型液壓支架,1部MG2-300/720型采煤機(jī),SGZ-764/ 630型前、后刮板輸送機(jī)各 1臺(tái),機(jī)巷設(shè)有 PLM-1500型破碎機(jī)、SZZ-830/200型轉(zhuǎn)載機(jī)各 1部及DSJ100/100/2×125型膠帶機(jī)。設(shè)備可靠性較強(qiáng),能夠滿足旋轉(zhuǎn)回采的要求。

2 旋轉(zhuǎn)回采工藝

2.1 旋轉(zhuǎn)方式及旋轉(zhuǎn)中心的確定

在旋轉(zhuǎn)中,工作面可以繞一個(gè)固定中心,也可以變換中心,并使各中心沿直線排列。一般工作面旋轉(zhuǎn)角度較小時(shí)可以繞一個(gè)固定中心旋轉(zhuǎn)。固定旋轉(zhuǎn)中心可分為實(shí)旋轉(zhuǎn)中心和虛旋轉(zhuǎn)中心。實(shí)旋轉(zhuǎn)中心就是旋轉(zhuǎn)中心設(shè)在扇形塊段頂端的巷道轉(zhuǎn)折點(diǎn)處,在巷道內(nèi)能確切地測出其位置。而虛旋轉(zhuǎn)中心設(shè)在扇形塊段之外,只能用作圖法畫出其確切位置。實(shí)旋轉(zhuǎn)中心工藝過程簡單,好掌握,但由于旋轉(zhuǎn)端,移架步距逐步變小,頂板所受反復(fù)支撐次數(shù)增多,造成旋轉(zhuǎn)中心附近頂煤 (板)及煤壁破壞程度嚴(yán)重,中心附近頂板控制困難。因此,為改善旋轉(zhuǎn)中心附近的頂板控制狀況,使旋轉(zhuǎn)工作面的中心端也保持一定的前移量,采用虛旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)方式。

本工作面由南段進(jìn)入中段時(shí),工作面需向下旋轉(zhuǎn),風(fēng)巷超前機(jī)巷一定距離,機(jī)尾端推進(jìn)距離要大于機(jī)頭端,因此,以工作面機(jī)頭端為旋轉(zhuǎn)中心,旋轉(zhuǎn)機(jī)尾端。

2.2 風(fēng)巷轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置的確定

由于工作面轉(zhuǎn)角開采,工作面機(jī)頭端為旋轉(zhuǎn)中心,旋轉(zhuǎn)機(jī)尾端,機(jī)尾推進(jìn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)頭推進(jìn)度,導(dǎo)致工作面支架和刮板輸送機(jī)有較快向機(jī)頭滑動(dòng)趨勢,所以選擇開始轉(zhuǎn)角位置距轉(zhuǎn)折點(diǎn)越近越好,故選擇留有一定提前量及延后量的虛心分段割煤旋轉(zhuǎn)方式。本次設(shè)計(jì)提前量和延后量相等,ABCO′等于A′B′C′O′,如圖 2所示。

圖2 旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)折點(diǎn)布置

所以,旋轉(zhuǎn)α1=31°07′的角度時(shí),風(fēng)巷超前機(jī)巷的距離 CD為:

式中,CD為風(fēng)巷超前機(jī)巷距離,m;L為工作面長度,m,L=140m。

求得:CD=39(m)

即,工作面以機(jī)頭為圓心,在機(jī)頭不動(dòng)的情況下機(jī)尾要多進(jìn) 78m,才能保證調(diào)向后工作面垂直于機(jī)風(fēng)巷。

2.3 循環(huán)內(nèi)刀數(shù)的確定

根據(jù)工作面布置,工作面采用長短刀相結(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。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α1′也不得大于工作面輸送機(jī)設(shè)計(jì)彎曲角度β。即:

式中,B為采煤機(jī)截深,m;n為循環(huán)內(nèi)割煤刀數(shù)。871工作面使用的是 SGZ-764/630型刮板輸送機(jī),根據(jù)該輸送機(jī)技術(shù)特征,允許彎曲角度β=

2～3°,旋轉(zhuǎn)過程中工作面長度 L=140m,采煤機(jī)實(shí)際截深B=0.6m。則:

循環(huán)內(nèi)刀數(shù)越多,調(diào)采速度越快,但工作面輸送機(jī)及支架滑移現(xiàn)象越嚴(yán)重,導(dǎo)致工作面擴(kuò)幫工作量大。而 SGZ-764/630型刮板輸送機(jī)最小彎曲段長度為 15m,考慮到本工作面實(shí)際長度為 140m及復(fù)雜地質(zhì)條件,因此,選擇循環(huán)刀數(shù)為 5刀,即機(jī)巷進(jìn) 1刀,風(fēng)巷進(jìn) 5刀,進(jìn)刀比例為 1∶5。

2.4 工作面旋轉(zhuǎn)起始位置的確定

由于機(jī)尾比機(jī)頭要多進(jìn) 78m左右,才能保證調(diào)向后工作面垂直于機(jī)風(fēng)巷,根據(jù)確定的循環(huán)內(nèi)刀數(shù) 5刀,可計(jì)算出工作面旋轉(zhuǎn)起始點(diǎn)到機(jī)巷拐點(diǎn)的距離AO′,即:

所以,AO′=9.75m,但考慮到工作面旋轉(zhuǎn)起始點(diǎn)到機(jī)巷拐點(diǎn)的距離一般為采煤機(jī)截深的整數(shù)倍,所以選擇為 9.6m,即工作面在距機(jī)巷拐點(diǎn)9.6m處開始甩采。

2.5 旋轉(zhuǎn)循環(huán)數(shù)目的確定

采煤機(jī)截深為 0.6m,旋轉(zhuǎn)過程中機(jī)巷推進(jìn)距離為 19.2m,因此旋轉(zhuǎn)循環(huán)數(shù)目為 32,每個(gè)循環(huán)旋轉(zhuǎn)的角度α′1為:

因此,32個(gè)循環(huán)共旋轉(zhuǎn)的角度為 31°25′。

2.6 回采工藝

在工作面推進(jìn)距機(jī)巷拐點(diǎn) 9.6m時(shí),工作面進(jìn)人旋轉(zhuǎn)狀態(tài),此時(shí)所有支架不歪、不擠,支護(hù)狀態(tài)好,并且與刮板輸送機(jī)垂直,設(shè)備均保持完好狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)采用長、短刀的比例為 1∶5,即機(jī)頭進(jìn) 1刀,機(jī)尾進(jìn) 5刀。進(jìn)刀地點(diǎn)可根據(jù)截割刀數(shù)將工作面平均分為 5段,以此確定進(jìn)刀點(diǎn),即分別在距工作面機(jī)尾 28m,56m,84 m,112m,140m處進(jìn)刀,向機(jī)尾方向割煤。工藝過程采用長短刀斜切、單向割煤、及時(shí)支護(hù)、先零后整回采方式,如圖 3。

圖 3 工作面調(diào)斜切割方式 (第一循環(huán))

3 旋轉(zhuǎn)回采時(shí)保障措施

(1)工作面機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)的搭接 871工作面旋轉(zhuǎn)端是機(jī)頭端,在機(jī)巷膠帶機(jī)掀掉以后,改鋪一部 40×2kW刮板機(jī),當(dāng)工作面下端頭采至機(jī)巷轉(zhuǎn)折處后,沒有將該刮板機(jī)掀掉,而是繼續(xù)延伸至中段機(jī)巷,繼續(xù)搭接在轉(zhuǎn)載機(jī)上。由于機(jī)頭上竄,在機(jī)巷轉(zhuǎn)折處向工作面內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)幫,將 40×2kW刮板機(jī)向上靠,沒有影響工作面兩部車正常搭接。

(2)防止液壓支架擠架、倒架 旋轉(zhuǎn)回采期間,支架將不可避免地出現(xiàn)支架咬架、爬架、歪架、支架下滑等現(xiàn)象,拉架人員必須及時(shí)調(diào)架,用單體支柱配合調(diào)架千斤頂及時(shí)進(jìn)行調(diào)架,調(diào)架時(shí),支架尾梁盡量向機(jī)巷方向靠,避免支架調(diào)斜和尾梁插入后部刮板輸送機(jī),移架和調(diào)架時(shí),人員必須站在安全地點(diǎn)。

(3)防止輸送機(jī)上竄下滑 旋轉(zhuǎn)回采期間,工作面刮板輸送機(jī)將會(huì)出現(xiàn)一定程度的下滑,因此,抵車時(shí)必須是單向抵車,從下向上抵,嚴(yán)禁從上向下抵,同時(shí),機(jī)巷下幫進(jìn)行不同程度擴(kuò)棚,轉(zhuǎn)載機(jī)盡量向下幫靠,確保工作面刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的搭接合理。過了機(jī)巷拐點(diǎn)以后,要及時(shí)調(diào)整抵車方向,從上向下抵,防止工作面刮板輸送機(jī)搭不上轉(zhuǎn)載機(jī)。

4 結(jié)論

(1)871綜放工作面實(shí)現(xiàn)了安全旋轉(zhuǎn)開采,旋轉(zhuǎn)回采期間的產(chǎn)量為正?；夭善陂g的 87%左右,達(dá)到了良好的效果。

(2)871綜放工作面旋轉(zhuǎn)開采的成功實(shí)施,減少了工作面的搬家次數(shù),多回收了煤炭資源219784.5 t,創(chuàng)造利潤 4490萬元;實(shí)現(xiàn)了工作面的連續(xù)推進(jìn),為復(fù)雜地質(zhì)條件下回采工作面布置及開采積累了寶貴經(jīng)驗(yàn),創(chuàng)新了開采工藝,鍛煉了職工隊(duì)伍,提高了復(fù)雜條件下管理水平,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

[1]吳士良,安伯超 .綜放工作面扇形區(qū)域調(diào)采工藝研究 [J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),2007,26(1):4-7.

[2]劉 鋒,鄭召強(qiáng).工作面旋轉(zhuǎn)回采技術(shù)研究 [J].煤炭工程, 2009(12):47-48.

[3]徐新亮,裘世軍.大幅度調(diào)斜技術(shù)在綜采工作面的應(yīng)用 [J].煤礦開采,2008,13(6):26-27.

[責(zé)任編輯:王興庫]

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1006-6225(2010)05-0026-02

2010-07-26

陳 貴 (1967-),男,安徽桐城人,高級工程師,碩士,從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)與管理工作,現(xiàn)任朱仙莊煤礦總工程師。