大傾角厚煤層綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)研究

（淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜礦，安徽 淮南 232072）

大傾角厚煤層綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)研究

邵洪杰

（淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜礦，安徽 淮南 232072）

本文結(jié)合新莊孜礦66211工作面開采實(shí)踐，分析了綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采工藝，提出旋轉(zhuǎn)開采期間關(guān)鍵過程控制。實(shí)踐證明，旋轉(zhuǎn)開采實(shí)現(xiàn)工作面連續(xù)推進(jìn)，可以減少搬家次數(shù)，緩解采掘銜接緊張的局面，有利于綜采工作面發(fā)揮高產(chǎn)高效的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)為工作面的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

大傾角；厚煤層；綜采工作面；旋轉(zhuǎn)開采；過程控制

1 工程背景

66211綜采工作面位于新莊孜礦六六采區(qū)，呈“刀把式”布置，上限標(biāo)高-699m，下限標(biāo)高-810m，短面傾斜長(zhǎng)135m，長(zhǎng)面傾斜長(zhǎng)198m，由南向北回采。該面回采的B11b煤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度0.5～5.1m，平均4.3m，煤層傾角28°。工作面直接頂砂質(zhì)泥巖，厚2.5m，直接底為2.6m厚的砂質(zhì)泥巖。工作面采用后退式走向長(zhǎng)壁一次采全高綜合機(jī)械化采煤法，全部垮落法管理頂板。受采場(chǎng)布局影響，工作面兩巷呈折線布置，需進(jìn)行旋轉(zhuǎn)開采，旋轉(zhuǎn)角度為31°，如圖1所示。

2 旋采進(jìn)尺比例的確定

66211綜采工作面傾角大，頂板條件差，旋轉(zhuǎn)開采選擇以虛線為中心，多甩采下部的方式進(jìn)行。

為便于及時(shí)調(diào)整旋轉(zhuǎn)開采期間的支架狀態(tài)，做到支架不擠、不咬，對(duì)旋轉(zhuǎn)回采做到過程控制，需合理確定每個(gè)調(diào)斜循環(huán)的割煤刀數(shù)，并確保循環(huán)內(nèi)最大旋轉(zhuǎn)角度不得大于工作面輸送機(jī)設(shè)計(jì)允許彎曲的角度。

式中：

B——采煤機(jī)截深，0.8m；

L——工作面斜長(zhǎng)，135m；

N——為一個(gè)循環(huán)內(nèi)機(jī)頭割煤刀數(shù)；

β——刮板運(yùn)輸機(jī)允許彎曲角度，取3°

計(jì)算知：

圖1 66211工作面旋轉(zhuǎn)開采示意圖

即旋轉(zhuǎn)開采期間每循環(huán)進(jìn)尺比例不得超過1:5，循環(huán)內(nèi)機(jī)尾機(jī)頭進(jìn)尺比例越大，調(diào)斜速度越快，工作面輸送機(jī)及支架滑移現(xiàn)象就越嚴(yán)重，導(dǎo)致工作面擴(kuò)幫工作量大，所以循環(huán)內(nèi)刀數(shù)不宜過大。

（1）不同旋采進(jìn)尺比例支架架尾下甩位移量

工作面在扇形調(diào)面過程中，支架每個(gè)循環(huán)雖然都沿切線方向前進(jìn)，但是支架本身有6. 9m的長(zhǎng)度，所以支架架尾有向下甩動(dòng)的相對(duì)位移。選擇不同的進(jìn)刀比例，根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算比較推進(jìn)一峒時(shí)支架架尾向下甩動(dòng)的位移。

式中：

N——循環(huán)數(shù)；

L1——推進(jìn)一硐時(shí)支架架尾向下甩動(dòng)的位移；

L——支架架尾旋采前至旋采后向下甩動(dòng)的總位移；

α——支架從旋轉(zhuǎn)開始至旋轉(zhuǎn)結(jié)束的旋轉(zhuǎn)角度31°；

圖2 順槽擴(kuò)幫量計(jì)算圖

r——支架自身長(zhǎng)度，6.9m。

圖3 順槽刷擴(kuò)示意圖

式中：

X——機(jī)尾與機(jī)頭進(jìn)刀比例；

L上——風(fēng)巷旋采長(zhǎng)度；

L上=0.8N （煤機(jī)截深為0.8m）；L下——順槽旋采長(zhǎng)度。

分別取機(jī)尾與機(jī)頭進(jìn)刀比例為1:2、1:3、1:4和1:5時(shí)進(jìn)行計(jì)算，得出支架架尾向下甩動(dòng)位移L1分別為0.041m，0.081m，0.124m，0.162m。

（2）不同旋采進(jìn)尺比例順槽拐點(diǎn)處擴(kuò)幫量

旋轉(zhuǎn)開采期間，順槽拐點(diǎn)刷擴(kuò)量如圖2所示。

由圖2知：順槽拐點(diǎn)處擴(kuò)幫量為DO”，則：

式中：

R——旋轉(zhuǎn)半徑；

R越大，順槽拐點(diǎn)處擴(kuò)幫量越大。分別取機(jī)尾與機(jī)頭進(jìn)刀比例為1:2、1:3、1:4和1:5時(shí)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出運(yùn)輸巷拐點(diǎn)處擴(kuò)幫量分別為5.06m，3.8m，3.24m，3.16m。

由上述分析可知，旋采期間，機(jī)尾機(jī)頭進(jìn)尺比例越大，支架架尾下甩位移越大，旋采過程中易出現(xiàn)擠架、咬架現(xiàn)象，運(yùn)輸機(jī)滑移量難以控制，且支架不垂直于工作面運(yùn)輸機(jī)，在移架、抵車時(shí)易損壞機(jī)電設(shè)備；同時(shí)，甩采比例大小與順槽旋采拐點(diǎn)的擴(kuò)幫量呈反比關(guān)系，即車頭機(jī)尾的旋轉(zhuǎn)比例越小，下出口的刷幫量越大。

當(dāng)工作面旋采位于A區(qū)域時(shí)，工作面處于仰采狀態(tài)，甩采比例過大將會(huì)造成工作面仰采角度過大，不利于煤幫頂板的管理；旋采至B區(qū)域時(shí)，工作面由仰斜開采逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦┬遍_采，考慮前方大小面對(duì)接問題，應(yīng)盡快使工作面甩正，防止運(yùn)輸機(jī)下竄，保證回采方位有利于對(duì)接。因此，綜合考慮旋采比例對(duì)支架架尾下甩及順槽刷幫量的影響以及上述分析，66211工作面旋采期間，A區(qū)域和B區(qū)域機(jī)尾機(jī)頭進(jìn)尺比例分別定為1:3和1:4。

3 旋采過程技術(shù)管理

66211綜采面旋采期間，通過對(duì)順槽刷擴(kuò)、巷道大斷面支護(hù)、出煤系統(tǒng)、支架架型、頂板以及工作面輸送機(jī)防下竄進(jìn)行有效管理控制，實(shí)現(xiàn)了安全高效的目的。

3.1 轉(zhuǎn)載機(jī)過旋采拐點(diǎn)的管理

工作面以旋轉(zhuǎn)中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)過程中，工作面運(yùn)輸機(jī)車頭會(huì)以沿著一個(gè)弧形軌跡推移，如圖5所示，順槽上幫刷幫范圍和寬度主要依據(jù)工作面旋轉(zhuǎn)軌跡和順槽上幫的位置關(guān)系來確定。旋轉(zhuǎn)軌跡線與順槽上幫沿走向的兩個(gè)交點(diǎn)之間的范圍作為順槽上幫刷幫的范圍，同時(shí)每3m取一個(gè)節(jié)點(diǎn)來確定刷幫的寬度。

順槽上幫超前刷幫管理，不僅利于工作面運(yùn)輸機(jī)車頭與順槽轉(zhuǎn)載機(jī)合理的搭接，也增大了順槽轉(zhuǎn)載機(jī)的轉(zhuǎn)向空間。但順槽上幫刷擴(kuò)后，導(dǎo)致轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近巷道斷面過大，難以支護(hù)，在現(xiàn)場(chǎng)主要以加裝木垛和加強(qiáng)挑棚的方式來加強(qiáng)支護(hù)，減少頂板的下沉量。

3.2 順槽運(yùn)煤系統(tǒng)的優(yōu)化

62211工作面旋采過程中，轉(zhuǎn)載機(jī)將按照制定的弧線規(guī)定挪移，但是轉(zhuǎn)載機(jī)受到不可拆分、長(zhǎng)度大、轉(zhuǎn)向差等條件限制，現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)向較為困難，不利于安全管理，因此，運(yùn)煤系統(tǒng)需及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，避免對(duì)生產(chǎn)造成影響。

旋采前，以順槽旋采拐點(diǎn)為界分別安設(shè)了一部皮帶機(jī)，當(dāng)工作面回采距拐點(diǎn)40m時(shí)，將拐點(diǎn)以南的皮帶機(jī)拆除，同時(shí)將拐點(diǎn)以北的皮帶機(jī)機(jī)尾向前縮短40m，并將轉(zhuǎn)載機(jī)按照旋采軌跡一次性挪至拐點(diǎn)以北，使轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭皮帶機(jī)機(jī)尾搭接，然后在轉(zhuǎn)載機(jī)以南鋪設(shè)一部80kW刮板輸送機(jī)，將工作面輸送機(jī)、順槽刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)依次搭接。隨著工作面運(yùn)輸機(jī)的不斷前移，逐步縮短刮板輸送機(jī)機(jī)尾，避免了轉(zhuǎn)載機(jī)不斷轉(zhuǎn)向的局面，利于現(xiàn)場(chǎng)的操作和安全管理。

4主要結(jié)論

66211綜采工作面作為新莊孜礦首個(gè)大采厚煤層旋轉(zhuǎn)開采的試點(diǎn)面，旋采期間，66211綜采工作面不停產(chǎn)、連續(xù)生產(chǎn)，保證了工作面的推進(jìn)度和礦井產(chǎn)量，通過積極采取各種措施，有效防控了工作面輸送機(jī)下滑、支架擠、咬等現(xiàn)象。其成功回采為下一階段或水平類似回采工作面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，也為工作面設(shè)計(jì)提供了新的設(shè)計(jì)思路。綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了綜采的適應(yīng)能力，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)礦井的高產(chǎn)高效奠定了良好的基礎(chǔ)。

[1] 王琪，趙明洲． 綜采工作面連續(xù)多次旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)及應(yīng)用[J]． 煤炭科學(xué)技術(shù)，2009，37（6）：14-16 ．

[2] 韓菲，薛柏會(huì)，謝連銀，朱鳳華． 大傾角綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采的理論和實(shí)踐[J]． 江蘇煤炭，2004（2）：17-18．

[3] 屠世浩，郝明奎，謝耀社． 孤島煤柱綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采關(guān)鍵技術(shù)[J]． 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004， 33（5）：520-523．

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