薄煤層不等長綜采工作面80°旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)研究

王 俊

(四川省華鎣山煤業(yè)股份有限公司李子埡煤礦，四川廣安638607)

李子埡煤礦1978年建成投產(chǎn)，隨著開采范圍的不斷延伸，地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，受地質(zhì)構(gòu)造和井田邊界不規(guī)則等因素影響，礦井在相鄰工作面區(qū)段巷道斜交位置布置了一些不規(guī)則的殘采小面，若按照傳統(tǒng)工作面方式留設(shè)保安煤柱、工作面搬遷，不僅影響煤炭資源采出率，而且也不利于綜合機(jī)械化設(shè)備的效能發(fā)揮。

為加強(qiáng)煤炭資源回收，減少工作面接替影響，李子埡煤礦于2011年7月在23071工作面和23071西工作面首次運(yùn)用了旋轉(zhuǎn)式開采方式對(duì)2個(gè)不等長綜采工作面進(jìn)行了80°旋轉(zhuǎn)開采試驗(yàn)，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

1 工作面慨況

23071工作面傾斜長172m，走向長540m，煤層傾角5～14°，平均厚度1.27m。23071工作面以西為加強(qiáng)邊界資源回收布置的殘采23071西工作面，該面區(qū)段巷道與23071工作面區(qū)段巷道呈80°夾角布置，走向長度280m，傾斜長度82m，煤層傾角4°。2個(gè)工作面地質(zhì)情況大致相同，直接頂為粉砂巖、泥巖厚度為10.09m，f=4～5，屬Ⅱ類頂板;直接底為灰色泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖，遇水膨脹，易泥化，厚度為3.83m;基本頂為石灰?guī)r，厚度為6.55m。工作面采用單一走向長壁采煤法，綜合機(jī)械化采煤工藝，全部垮落法管理采空區(qū)頂板。工作面巷道布置平面見圖1。

2 旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)難點(diǎn)分析

圖1 工作面平面布置

(1)旋轉(zhuǎn)開采由于工作面調(diào)斜的反復(fù)扭曲和擠壓，對(duì)綜采設(shè)備的性能及其可靠性要求較高。

(2)旋轉(zhuǎn)開采回采工藝較為復(fù)雜。

(3)2個(gè)工作面長度不等，旋轉(zhuǎn)前工作面長度從172m增長至185m，需延長工作面刮板輸送機(jī)并需對(duì)無架空間段頂板進(jìn)行支護(hù);工作面旋轉(zhuǎn)時(shí)長度從185m縮短至82m，工作面需邊旋轉(zhuǎn)開采邊回撤出多余的綜采設(shè)備。

3 旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)研究

3.1 設(shè)備配置

23071工作面采用MG2×100/456－WD雙滾筒大功率采煤機(jī)，“雙向割煤”能夠完成自開缺口進(jìn)刀;工作面頂板支護(hù)采用ZY3200/09/21型掩護(hù)式液壓支架，具備防漏矸、竄矸和調(diào)整直線度的側(cè)向調(diào)節(jié)等裝置;工作面煤炭運(yùn)輸采用SGZ730/320型可彎曲刮板輸送機(jī)，對(duì)工作面調(diào)斜和防斷鏈適應(yīng)性強(qiáng)。23071工作面設(shè)備配置見表1。

表1 23071工作面設(shè)備配置

3.2 調(diào)斜切割循環(huán)刀數(shù)及間距參數(shù)確定

工作面以機(jī)頭為虛圓心，利用采煤機(jī)有效截深和刮板輸送機(jī)允許彎曲度，采用“長”、“短”刀相結(jié)合穿梭割煤方式，逐步完成工作面80°角旋轉(zhuǎn)切割。工作面調(diào)斜循環(huán)切割示意見圖2所示?！伴L”刀即工作面全長割煤，如圖2中第7個(gè)循環(huán)刀，“短”刀即采煤機(jī)割煤距離短于工作面長度，如圖2中第1～6個(gè)循環(huán)刀，1～7循環(huán)刀稱為1個(gè)調(diào)斜切割循環(huán)。

圖2 工作面調(diào)斜循環(huán)切割示意

每個(gè)切割循環(huán)為1個(gè)小扇形，每次短刀的切割將會(huì)在工作面中部出現(xiàn)拐點(diǎn)，每次短刀機(jī)尾推進(jìn)距離是采煤機(jī)的有效截深，同時(shí)拐點(diǎn)的彎曲角度大小必須與輸送機(jī)允許彎曲度相適應(yīng)，因此，整個(gè)切割循環(huán)的轉(zhuǎn)角α也不能大于工作面輸送機(jī)允許彎曲的角度α＇，則切割循環(huán)轉(zhuǎn)角:由此可得出1次循環(huán)內(nèi)采煤機(jī)平均截割刀數(shù)為:

式中，M為循環(huán)內(nèi)刀數(shù);B為割煤機(jī)截深，m;L為2個(gè)工作面平均長度，m。

23071工作面采用的MG2×100/456－WD型采煤機(jī)，實(shí)際有效截深0.60m，SGZ730/320型可彎曲刮板輸送機(jī)允許彎曲角度為2～3°，取最小值2°，2個(gè)工作面平均長度127m，可計(jì)算出每循環(huán)內(nèi)工作面機(jī)頭處與機(jī)尾的比例為1∶6進(jìn)行調(diào)斜，取值為7刀，依次從機(jī)尾向機(jī)頭26m，52m，78m，104m，120m，156m，182m斜切割小扇形，其為機(jī)頭處少移，多推機(jī)尾，直至工作面與巷道相垂直為止。

3.3 工作面調(diào)斜工藝要求

(1)第1調(diào)斜循環(huán)短刀調(diào)斜時(shí)，采煤機(jī)停在距機(jī)尾26m處向機(jī)尾割上刀煤，隨后及時(shí)移架不推溜，然后采煤機(jī)返空刀收浮煤至52m處，拉架工將支架往刮板機(jī)尾部傾斜推溜，推溜過程中刮板機(jī)嚴(yán)禁出現(xiàn)死彎。其余調(diào)斜循環(huán)短刀按照上述方法依次調(diào)斜切割循環(huán)，完成工作面旋轉(zhuǎn)推進(jìn)。

(2)第7調(diào)斜循環(huán)長刀時(shí)，采煤機(jī)在機(jī)頭段割完三角煤，從機(jī)頭向機(jī)尾全長切割，隨后跟機(jī)移架但不推溜，割煤機(jī)收底刀至機(jī)頭，拉架工將整個(gè)工作面支架調(diào)直，但不全部推溜至煤壁，割煤機(jī)返空刀至距機(jī)尾26m位置，將下個(gè)調(diào)斜循環(huán)第1次短刀段刮板機(jī)移攏煤壁，做好下一個(gè)切割循環(huán)準(zhǔn)備。

(3)在旋轉(zhuǎn)推進(jìn)過程中，工作面長度逐漸縮短，切割循環(huán)內(nèi)刀數(shù)隨之減少，取值分別為7，6，5，5，4，3，2 等。

3.4 短工作面至長工作面開采技術(shù)

3.4.1 延長刮板輸送機(jī)

旋轉(zhuǎn)前調(diào)整好工作面直線度，工作面機(jī)頭與機(jī)尾呈真傾斜推進(jìn)，為工作面延長刮板輸送機(jī)和旋轉(zhuǎn)開采創(chuàng)造良好條件，以工作面長度每增長1.5m增加1節(jié)中部槽對(duì)刮板輸送機(jī)不斷延長。延長輸送機(jī)中部槽時(shí)先將工作面輸送機(jī)、采煤機(jī)停電閉鎖，利用開窗槽斷開面鏈與底鏈鋸齒環(huán)和機(jī)尾傳動(dòng)部，采用2根單體液壓支柱配合抵移出需增加中部槽的位置。中部槽安裝利用3T導(dǎo)向滑輪以原刮板輸送機(jī)中部槽為固定點(diǎn)，采用風(fēng)巷超前內(nèi)的JH－14T回柱絞車將中部槽牽引至預(yù)定位置，再將3T葫蘆吊掛在對(duì)應(yīng)支架頂梁下方，將中部槽起吊下放至安裝地點(diǎn)，局部調(diào)整再采用單體液壓支柱抵移完成中部槽安裝。按照上述方法逐步延長刮板輸送機(jī)，保證短工作面過渡至長工作面時(shí)的煤炭運(yùn)輸。

3.4.2 無架空間段頂板支護(hù)

無架支護(hù)空間段頂板采取“花架”和鉸接頂梁及長鋼梁配合單體液壓支柱方式進(jìn)行支護(hù)。

(1)工作面機(jī)尾4架液壓支架以間距3m調(diào)整為“花架”支護(hù)形式。

(2) “花架”間采用DZ－2.2，DZ－2.5單體液壓支柱配合HDJA－1200絞接頂梁正懸臂支護(hù)，共設(shè)3組，每組2架，架間距0.6m，距支架間距和組間距均為0.3m，以“先支后回”的原則逐一掛梁支護(hù)。

(3)每組鉸接頂梁間再增設(shè)1根11號(hào)礦用工字鋼制作的3.3m長鋼梁配合單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)，割煤后先及時(shí)前移長鋼梁保證無架空間段頂板超前支護(hù)。圖3為無架空間頂板支護(hù)示意圖。

圖3 無架空間頂板支護(hù)示意

3.5 長工作面至短工作面開采技術(shù)

3.5.1 縮短工作面輸送機(jī)

工作面縮短時(shí)需相應(yīng)縮短工作面刮板輸送機(jī)，以工作面長度每縮短1.5m回撤1節(jié)中間槽對(duì)輸送機(jī)不斷縮短?；爻非跋葘⒐伟遢斔蜋C(jī)、采煤機(jī)停電閉鎖?；爻饭伟遢斔蜋C(jī)中部槽以機(jī)尾竄至風(fēng)巷巷道內(nèi)為準(zhǔn)，回撤輸送機(jī)中部槽時(shí)先采用人工機(jī)械方式將刮板輸送機(jī)機(jī)尾傳動(dòng)部及機(jī)尾架的連接螺栓以及鏈條面鏈撤出，再將待撤中部槽啞鈴撤除。采用單體液壓支柱將中部槽抵開使之與鄰近溜槽完全分離，先采用風(fēng)巷超前外14T回柱絞車配合150型鏈條將待撤溜槽拉開一定距離到達(dá)底鏈鏈環(huán)接頭處時(shí)，停止絞車運(yùn)行，拆除底鏈接頭，然后再啟動(dòng)絞車將中部槽拉至風(fēng)巷超前外裝運(yùn)出地面。按照上述方法逐步回撤刮板輸送機(jī)中部槽，防止旋轉(zhuǎn)時(shí)刮板輸送機(jī)竄至風(fēng)巷煤柱。

3.5.2 液壓支架回撤

工作面每次回撤3～4架支架，保證足夠的旋轉(zhuǎn)推進(jìn)距離。液壓支架回撤由機(jī)尾向機(jī)頭方向逐架進(jìn)行，先回撤竄至巷道內(nèi)的支架，然后再逐一采取人工方式將其余支架撤至巷道內(nèi)。撤架前先降下被撤支架和臨近支架150mm左右，與臨近支架頂梁垂直等距伸入4根3.3m的11號(hào)礦工鋼，11號(hào)礦工鋼與臨近支架頂梁搭接長度為300mm，長鋼梁另一端支設(shè)2根單體液壓支柱，排距為800mm，同時(shí)在待撤支架后方采用長鋼梁配合單體支柱打密集支柱擋矸。圖4為液壓支架回撤空間支護(hù)圖。

圖4 液壓支架回撤空間支護(hù)

4 旋轉(zhuǎn)回采中出現(xiàn)的問題及采取措施

(1)旋轉(zhuǎn)中心段頂板壓力大 工作面旋轉(zhuǎn)中心推進(jìn)慢、支護(hù)時(shí)間長，頂板壓力大、破碎，為保證機(jī)頭段頂板有效支護(hù)，采用了長鋼梁配合單體液壓支柱，以排距0.6m，柱距0.3m打密集支柱加強(qiáng)支護(hù)。

(2)工作面支架出現(xiàn)擠架，咬架現(xiàn)象 轉(zhuǎn)采期間，由于轉(zhuǎn)角較大、工作面支架前移不同步，造成支架不能保持垂直于工作面煤壁，部分支架出現(xiàn)擠架、咬架現(xiàn)象。通過在推移過程中及時(shí)利用支架側(cè)護(hù)千斤頂和采用單體液壓支柱調(diào)整支架，保證了支架直線度。

(3)工作面刮板機(jī)下竄 旋轉(zhuǎn)期間由于工作面刮板機(jī)多推機(jī)尾，少移機(jī)頭，導(dǎo)致刮板機(jī)向下竄動(dòng)，機(jī)頭與機(jī)巷內(nèi)輸送機(jī)下煤困難。為解決刮板機(jī)下滑和下煤問題，一是在機(jī)頭煤壁處適當(dāng)擴(kuò)幫，使機(jī)頭有一定前移量;二是在工作面刮板機(jī)可彎曲的范圍內(nèi)將中間部分支架和刮板機(jī)超前移出0.3～0.6m步距，使刮板機(jī)呈微鼓形推移，以支撐作用防止刮板機(jī)下竄;三是在刮板機(jī)機(jī)頭與機(jī)巷搭接處安裝一臺(tái)SGB630/150型轉(zhuǎn)載機(jī)，隨著工作面旋轉(zhuǎn)推進(jìn)及時(shí)調(diào)整機(jī)尾，保證工作面旋轉(zhuǎn)時(shí)煤炭運(yùn)輸。

5 實(shí)施效果

通過合理組織實(shí)施，在旋轉(zhuǎn)期間共延長8塊中部槽，回撤60架液壓支架，生產(chǎn)原煤114296t，同時(shí)多回收煤柱、減少采面搬家費(fèi)用、減少開切眼擴(kuò)巷等創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益108.69萬元。

6 結(jié)論

通過運(yùn)用旋轉(zhuǎn)式開采工藝，實(shí)現(xiàn)了薄煤層不等長綜采工作面80°旋轉(zhuǎn)連續(xù)推進(jìn)，最大限度地提高了礦井邊角資源回收，為礦井旋轉(zhuǎn)式開采積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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