復(fù)雜條件下不規(guī)則塊段綜采面調(diào)斜延長(zhǎng)技術(shù)

黃敬恩

(琿春礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，吉林 琿春 133300)

復(fù)雜條件下不規(guī)則塊段綜采面調(diào)斜延長(zhǎng)技術(shù)

黃敬恩

(琿春礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，吉林 琿春 133300)

結(jié)合吉林省琿春礦業(yè)集團(tuán)八連城煤礦現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐，針對(duì)11907不規(guī)則工作面遇到的問(wèn)題，提出了工作面的具體調(diào)采及延長(zhǎng)方案，設(shè)計(jì)了機(jī)尾續(xù)架工藝，理論分析了工作面延長(zhǎng)期間續(xù)架間距、工作面調(diào)采比例，制定了工作面延長(zhǎng)續(xù)架原則、調(diào)采原則?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，11907不規(guī)則綜采面調(diào)斜延長(zhǎng)技術(shù)保證了工作面安全持續(xù)開(kāi)采，取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

復(fù)雜條件；不規(guī)則塊段；工作面延長(zhǎng)；調(diào)采；虛中心調(diào)斜

近年來(lái)，隨著礦井開(kāi)采強(qiáng)度的不斷增加，滿足常規(guī)綜采工作面布置要求的資源越來(lái)越少，遺下一些不規(guī)則的塊段與煤柱；另外一些地質(zhì)條件較復(fù)雜的礦井，地質(zhì)構(gòu)造迫使綜采面起止位置與推進(jìn)方向斜交。為避免回采過(guò)程中工作面的頻繁搬家，便不得不使用綜采面調(diào)采、延長(zhǎng)技術(shù)。因此，研究在不規(guī)則塊段下的綜采面調(diào)采、延長(zhǎng)技術(shù)對(duì)于提高礦井機(jī)械化開(kāi)采水平、拓寬綜采工藝適用范圍、增加礦區(qū)經(jīng)濟(jì)效益、確保安全高效開(kāi)采具有重要意義。

本文以琿春礦業(yè)集團(tuán)八連城煤礦11907綜采面為工程背景，研究了復(fù)雜條件下工作面延長(zhǎng)、調(diào)采技術(shù)在不規(guī)則綜采面的成功應(yīng)用。

1 工程概況

11907綜采工作面為八連城礦運(yùn)用調(diào)采技術(shù)當(dāng)中最具有代表性的一個(gè)面，該面位于-420m水平南翼，采用傾斜長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化采煤法，采高2.1m，煤層平均傾角10°。工作面沿傾斜推進(jìn)長(zhǎng)度為620m，面長(zhǎng)71～156m，其中開(kāi)采初期最短，整個(gè)工作面只布置46架ZY3800/11/25型掩護(hù)式液壓支架，中期調(diào)采期間最長(zhǎng)，可達(dá)104架，后期又縮短，在整個(gè)工作面回采期間，支架總數(shù)先增加后減少，見(jiàn)圖1。

1—開(kāi)切眼；2—11907運(yùn)輸平巷；3—11907回風(fēng)平巷；4—初采回風(fēng)改造巷； 5—運(yùn)輸改造巷；6—下部回撤補(bǔ)道；7—聯(lián)絡(luò)巷；C1，C2—虛調(diào)斜中心；A1～A9—不同時(shí)期開(kāi)采塊段圖1 11907工作面平面布置

2 工作面延長(zhǎng)技術(shù)

2.1 延長(zhǎng)地段分析

如圖1所示，初采期間，11907開(kāi)切眼內(nèi)距回風(fēng)平巷45m處賦存4條斷層，斷層落差雖然不大，但傾斜方向一致，進(jìn)而導(dǎo)致開(kāi)切眼局部?jī)A角加大，影響設(shè)備安裝及采出煤質(zhì)。鑒于此，礦方在開(kāi)切眼

距回風(fēng)平巷26m處沿煤層頂板掘送了改造巷，與回風(fēng)平巷夾角為29°，掘進(jìn)40m后又以90°夾角與回風(fēng)平巷相通。因此，工作面在初采期間便需延長(zhǎng)，需要研究初采期間工作面續(xù)架、延長(zhǎng)刮板輸送機(jī)等工藝方案。

11907運(yùn)輸平巷距開(kāi)切眼200m左右巷道拐角達(dá)75°，無(wú)法完成調(diào)采工作，因此在初采期間需提前對(duì)運(yùn)輸進(jìn)行改造，重新掘進(jìn)了運(yùn)輸改造巷，該巷與運(yùn)輸平巷夾角22°，如圖1所示。這樣一來(lái)，工作面從第一次調(diào)斜開(kāi)始，直至第二次調(diào)斜結(jié)束，即在開(kāi)采A3，A4，A5三個(gè)塊段的全過(guò)程中，工作面長(zhǎng)度始終處在不斷增加的狀態(tài)。因此，在調(diào)采期間，需要同時(shí)考慮到續(xù)架、延長(zhǎng)刮板輸送機(jī)等工作面延長(zhǎng)技術(shù)。

2.2 工作面延長(zhǎng)工藝

為盡可能減少工作面延長(zhǎng)對(duì)開(kāi)采的影響，在初采期間，確定采用工作面延長(zhǎng)刮板輸送機(jī)機(jī)尾的開(kāi)采方案。開(kāi)采A1段期間，機(jī)尾的支架與刮板輸送機(jī)均在回風(fēng)改造巷內(nèi)完成對(duì)接。為維護(hù)頂板，保證工作面連續(xù)開(kāi)采，需把待安裝的支架提前布置到指定地點(diǎn)。

由于初采期間工作面傾角較大，在工作面初采增長(zhǎng)段連續(xù)回采時(shí)，為防止刮板輸送機(jī)下滑，需將工作面推進(jìn)方向與運(yùn)輸平巷調(diào)成合適的角度，保證工作面輸送機(jī)機(jī)頭不偏離運(yùn)輸平巷巷道中線，同時(shí)在尾部進(jìn)行續(xù)架。續(xù)架原理如圖2所示。

圖2 工作面續(xù)架原理

續(xù)架間距：

(1)

(2)

式中，S為沿回風(fēng)平巷的續(xù)架間距；h為液壓支架中心距，1.5m；φ為工作面上下巷夾角，(°)；β為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所得，工作面煤層傾角每增加1°，工作面推進(jìn)方向與工作面夾角增加0.43°，工作面煤層平均傾角為10°，故取β=4.3°；d為工作面沿回風(fēng)平巷推進(jìn)距離，實(shí)測(cè)為37m；L為A2段工作面長(zhǎng)度，88m；l為A1段工作面初始長(zhǎng)度，70m。

代入以上數(shù)據(jù)，得φ=29°，S=3.59m。

因此，當(dāng)工作面刮板輸送機(jī)機(jī)尾部至回風(fēng)平巷上幫間距達(dá)到3.59m時(shí)，即進(jìn)行續(xù)架，續(xù)架后在刮板輸送機(jī)機(jī)尾接溜槽，以增加刮板輸送機(jī)長(zhǎng)度。

當(dāng)工作面準(zhǔn)備開(kāi)采A2段時(shí)，需在回風(fēng)改造巷內(nèi)與回風(fēng)平巷垂直段同時(shí)安裝12架支架(架數(shù)由改造巷垂直段長(zhǎng)度18m決定)。另外，在開(kāi)采A2段之前，需通過(guò)調(diào)采刮板輸送機(jī)機(jī)頭，從而保證工作面與兩巷垂直，順利實(shí)現(xiàn)工作面與回風(fēng)巷改造巷垂直段的多架對(duì)接，保證工作面正常推進(jìn)。

同樣，對(duì)于開(kāi)采A3，A4段時(shí)工作面的延長(zhǎng)續(xù)架方法，可參照A1段的方法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于A5段，工作面需在機(jī)頭進(jìn)行續(xù)架，而機(jī)頭部分運(yùn)輸平巷地質(zhì)條件復(fù)雜、巷道坡度大以及受不規(guī)則工作面的影響(轉(zhuǎn)載機(jī)難以通過(guò)拐角較大的J2，J4點(diǎn))，端頭液壓支架和轉(zhuǎn)載機(jī)只能提前安裝在J4點(diǎn)等候。此外，在運(yùn)輸改造巷內(nèi)布置3部SGB620/40T型刮板輸送機(jī)與工作面輸送機(jī)搭接，定點(diǎn)放置待續(xù)液壓支架以保證工作面連續(xù)高效開(kāi)采。

2.3 延面續(xù)架原則

(1)考慮到工作面采動(dòng)壓力對(duì)兩巷的影響，回采中后期進(jìn)架必然受到巷道尺寸限制，因此待續(xù)支架需要從平巷一次運(yùn)進(jìn)、定位等候、逐架對(duì)接。

(2)為保證續(xù)架工作及時(shí)順利，需對(duì)支架在巷道中的擺放位置和續(xù)架間距進(jìn)行精心設(shè)計(jì)、計(jì)算，認(rèn)真測(cè)量，保證放架位置正確。

(3)工作面延長(zhǎng)續(xù)架前，需對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行全面整頓，保證工作面達(dá)到支架、輸送機(jī)和煤壁成直線，輸送機(jī)平穩(wěn)不起伏，支架垂直于輸送機(jī)。

3 工作面調(diào)采技術(shù)

3.1 虛中心調(diào)斜原理

工作面虛中心調(diào)斜的原理是：旋轉(zhuǎn)中心位于工作面延長(zhǎng)線上，從而保持輸送機(jī)兩端頭均移動(dòng)，其中遠(yuǎn)端移動(dòng)量大，近端移動(dòng)量小。虛中心調(diào)斜將調(diào)斜區(qū)域劃分為若干小扇形塊，每個(gè)小扇形塊保持一定的前移量。該法的最大優(yōu)點(diǎn)是能保持工作面近端定期移動(dòng)，便于近端的頂板控制和煤壁維護(hù)，而由圖1可看出，J2點(diǎn)處存在運(yùn)輸改造巷，工作面在此處需過(guò)空巷推進(jìn)，工作面圍巖控制難度較大，因此選擇虛中心調(diào)斜方法最為合理。

3.2 調(diào)采理論計(jì)算

為嚴(yán)格遵守調(diào)斜設(shè)計(jì)，調(diào)采前需對(duì)拐點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，其中運(yùn)輸平巷第1次調(diào)斜起始拐點(diǎn)為J1，終點(diǎn)為J2，回風(fēng)平巷為F1，F(xiàn)2；第2次調(diào)斜運(yùn)輸平巷起始拐點(diǎn)為J3，終點(diǎn)為J4，回風(fēng)平巷為F3，F(xiàn)4，如圖3所示。調(diào)采期間為保證工作面運(yùn)輸順暢，根據(jù)轉(zhuǎn)載機(jī)、端頭支架的外型尺寸，拐點(diǎn)處需提前擴(kuò)幫，加大巷道可調(diào)寬度。

圖3 調(diào)采劃分

調(diào)采技術(shù)當(dāng)中最重要的環(huán)節(jié)是調(diào)采比例的計(jì)算。比例太小，則工作面進(jìn)度慢，不利于高產(chǎn)高效；比例太大，則工作面輸送機(jī)容易出現(xiàn)急彎，容易造成輸送機(jī)和采煤機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，支架調(diào)架困難。適宜的調(diào)采比取決于工作面長(zhǎng)度、裝備以及頂?shù)装迩闆r。

根據(jù)公式：

(3)

式中，α′為第1次調(diào)采工作面每循環(huán)旋轉(zhuǎn)角度，取輸送機(jī)每調(diào)斜循環(huán)最大允許轉(zhuǎn)角不超過(guò)2°；L1為工作面第1次調(diào)斜前長(zhǎng)度，取112m；B為采煤機(jī)截深，取0.6m；n1為第1次調(diào)采比例。

根據(jù)公式(3)得出第1次調(diào)采比例：

n1=L1tanα′/B+1

(4)

得n1=7.7，綜合考慮取n1=8，即工作面第1次調(diào)采每一循環(huán)機(jī)尾進(jìn)4.8m，機(jī)頭進(jìn)0.6m。

N1=α/α′

(5)

得N1=11。

式中，N1為第1次調(diào)采所需總循環(huán)數(shù)；α為工作面調(diào)采旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)運(yùn)輸改造巷確定為22°。

調(diào)采進(jìn)刀方式及支架調(diào)向如圖4所示。

圖4 調(diào)采進(jìn)刀方式與支架調(diào)向

同樣，對(duì)于第2次調(diào)采：

(6)

式中，α″為第2次調(diào)采工作面每循環(huán)旋轉(zhuǎn)角度，由于第2次調(diào)采機(jī)頭位于遠(yuǎn)端，加之工作面長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此取每調(diào)斜循環(huán)最轉(zhuǎn)角為1.5°；L2為工作面第二次調(diào)斜前長(zhǎng)度，經(jīng)計(jì)算為138m；n2為第2次調(diào)采比例。

根據(jù)式(6)得出第2次調(diào)采比例

n2=L2tanα″/B+1

(7)

得n2=7.02，取n2=7，即工作面第2次調(diào)采每一循環(huán)機(jī)頭進(jìn)4.2m，機(jī)尾進(jìn)0.6m。

N2=α/α″

(8)

得N2=14.67，取N2=15。

式中，N2為第2次調(diào)采所需的總循環(huán)數(shù)。

3.3 調(diào)采技術(shù)原則

(1)調(diào)斜工藝采用短刀斜切、單向割煤、及時(shí)支護(hù)、先零后整的割煤方式，兩次調(diào)采方向相反，因此長(zhǎng)短刀斜切配合、割煤方向也相反。

(2)第1次調(diào)采期間，隨著工作面的推進(jìn)，機(jī)尾第1架上側(cè)與回風(fēng)平巷上幫空間逐漸變大，可使用2.6m長(zhǎng)的π梁配合單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)，達(dá)到續(xù)架點(diǎn)時(shí)，及時(shí)續(xù)架。

(3)第2次調(diào)采時(shí)，嚴(yán)格控制遠(yuǎn)端輸送機(jī)機(jī)頭與運(yùn)輸改造巷輸送機(jī)搭接位置，保證連續(xù)出煤。

(4)確保每一小循環(huán)調(diào)采后，支架中心距偏差不大于±100mm，支架拉架成直線，偏差不大于±50mm。

4 結(jié)論

通過(guò)理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，八連城煤礦通過(guò)改變傳統(tǒng)的采掘方式和工藝，為復(fù)雜條件下不規(guī)則塊段的綜合機(jī)械化安全高效開(kāi)采提供了可靠的科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。采用綜采面延長(zhǎng)、調(diào)采技術(shù)后，拓寬了綜合機(jī)械化開(kāi)采在不規(guī)則塊段的應(yīng)用范圍，保證了礦井的正常接替，提高了開(kāi)采率和開(kāi)采質(zhì)量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]杜計(jì)平，孟憲銳.采礦學(xué) [M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

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

[3]趙志杰, 尹中凱.綜采工作面調(diào)采延長(zhǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].煤礦開(kāi)采，2009，2 (19) :25-26.

[4]胡保平.綜采支架旋轉(zhuǎn)采煤法初探[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2001，29(8)：37-39.

[5]朱治華.朱莊煤礦復(fù)雜條件下綜采工作面不規(guī)則開(kāi)采技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36(3) :20-23.

[6]魯國(guó)成，呂學(xué)增，王國(guó)向.調(diào)斜開(kāi)采在綜采工作面大拐點(diǎn)的應(yīng)用[J].中州煤炭，2009，2 (19).

[責(zé)任編輯：鄒正立]

Dip-adjustmentandProlongingTechnologyofFull-mechanizedMiningFaceinAbnormalSectionunderComplexCondition

HUANG Jing-en

(Huichun Mining Group Co., Ltd., Huichun 133300, China)

Adjustment mining and prolonging mining face projection was put forward and support-adding technique was designed for solving problem of 11907 abnormal mining face, Baliancheng Colliery of Huichun Mining Group.Support gap and adjustment mining proportion in mining face prolonging period was analyzed by theory.Support-adding and adjustment mining principle was formulated.Practice proved that the technology ensured safe and sustainable mining and obtained good effect.

complex condition; abnormal section; mining face prolonging; adjustment mining; void-center dip-adjustment

2014-02-26

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.04.012

黃敬恩(1957-)，男，山東安丘人，高級(jí)工程師，現(xiàn)任琿春礦業(yè)集團(tuán)總工程師，主要研究煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)及礦井通風(fēng)工作。

黃敬恩.復(fù)雜條件下不規(guī)則塊段綜采面調(diào)斜延長(zhǎng)技術(shù)[J].煤礦開(kāi)采，2014，19(4)：42-44.

TD214

A

1006-6225(2014)04-0042-03