復(fù)雜地質(zhì)條件下大傾角綜采工作面對接、旋轉(zhuǎn)方案分析

繆建華

[摘 要]潘北煤礦12124工作面是淮南礦區(qū)首個“刀把”式大傾角綜采工作面，通過對工作面“刀把”式布置及內(nèi)折、旋轉(zhuǎn)方案優(yōu)化設(shè)計，提供了新的思路。調(diào)斜旋轉(zhuǎn)工藝研究與液壓支架對接實踐，為今后淮南礦區(qū)大傾角不規(guī)則綜采工作面安全、高效回采積累了寶貴經(jīng)驗，對類似地質(zhì)條件下的礦井生產(chǎn)具有較高的借鑒意義。

[關(guān)鍵詞]大傾角；旋轉(zhuǎn)；對接；“刀把”式

中圖分類號：TD67；TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）18-0117-01

引言

近年來研究表明，因旋轉(zhuǎn)綜采工藝[1]難度較大，一般選在煤層賦存穩(wěn)定、傾角12°以下、頂板中等穩(wěn)定以上、地質(zhì)構(gòu)造少的條件下應(yīng)用。復(fù)雜地質(zhì)條件下，使用普通支架的大傾角綜采工作面旋轉(zhuǎn)期間單產(chǎn)水平、回采工效均有較大下降，設(shè)備損壞較為嚴(yán)重。為增加綜采工作面連續(xù)推進(jìn)長度，降低巷道掘進(jìn)率，減少工作面搬家次數(shù)，提高煤炭資源回收率，需對復(fù)雜地質(zhì)條件下大傾角旋轉(zhuǎn)綜采關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 問題的提出

潘北煤礦2016年礦井計劃產(chǎn)量165萬噸，三個接替面走向長度均在600m以下，三支綜采隊中的兩支面臨接替脫節(jié)。為填補(bǔ)礦井產(chǎn)量缺口，減少脫節(jié)影響，12124工作面優(yōu)化設(shè)計，在WF5（落差20m）斷層附近“刀把”式布置，采用非等長工作面里、外段對接方案， F70（落差17m）斷層附近內(nèi)折方式布置，采用旋轉(zhuǎn)開采方案，可延長可采走向長度430m，多采出煤量28萬噸，占全年產(chǎn)量17%。對接、旋轉(zhuǎn)是否成功，直接影響全年產(chǎn)量計劃的完成。

2 工作面基本情況

2.1 設(shè)計概況

12124工作面優(yōu)化設(shè)計后可采走向770m，面長為92～138～144m，平均傾角30°，平均煤厚3m，可采煤量50.3萬噸。該面運順標(biāo)高為-520～-460m，軌順標(biāo)高為-389～-458m，布置在F70（落差17m）、WF5（落差8m）兩條斷層之間。掘進(jìn)期間受WF5及WF5-1（落差6m）斷層的影響，將運順上提45m，在距里段切眼130m處進(jìn)行工作面對接，470m處進(jìn)行旋采，旋采角度20°。

2.2 工作面“三機(jī)”設(shè)備配置

工作面配置MG500/1130-WD型采煤機(jī)一臺，SGZ800/1050型刮板輸送機(jī)一部，里段切眼安裝ZZ7200/22/45型液壓支架62架，對接后增加到92架，旋轉(zhuǎn)、加架后共計96架。

3 對接方案選擇及工序安排

3.1 方案

控制改造運順巷寬（凈寬3.2m），外段切眼內(nèi)三十架整體上勻、對接。

優(yōu)點在于施工工序簡單，對接精度要求低，安全性較高；缺點在于勻架及設(shè)備對接過程耗時較長。

3.2 前期準(zhǔn)備

1）外段切眼三十架底座下預(yù)先鋪設(shè)雙軌，向上勻架時支架在軌道上滑移，降低底板阻力；支架側(cè)護(hù)板不打開，留出勻架空間。

2）里段切眼不安裝排頭支架，刮板輸送機(jī)采用機(jī)尾驅(qū)動，機(jī)頭不安裝截齒電機(jī)。

3）掌握刮板輸送機(jī)上下移動規(guī)律，同時調(diào)整采向，到對接位置前工作面第一架與外段切眼支架間距控制在3.5m左右，工作面與對接切眼方位一致，同時控制好對接的幾何空間。

4）外段切眼對接處底板采用鋪瓦石、砌臺階或接木垛的方式襯平傾角，處理對接支架、刮板輸送機(jī)下底板懸空段。

3.3 工序安排

①控制刮板輸送機(jī)上、下移動，確定停采對接機(jī)頭、尾位置②推進(jìn)至對接位置，停采③拆除機(jī)頭，包括機(jī)頭架、鏈輪軸組、護(hù)板等④安裝中部溜槽、連接對接支架管路等⑤安裝機(jī)頭齒箱、電機(jī)、特殊框架等⑥安裝絞車，逐架向上拉移外段切眼內(nèi)預(yù)留支架⑦打開支架側(cè)護(hù)板⑧恢復(fù)支架導(dǎo)向桿與刮板輸送機(jī)溜槽之間連接⑨試運轉(zhuǎn)⑩正?；夭?/p>

4 旋轉(zhuǎn)、加架方案設(shè)計

4.1 兩巷支護(hù)設(shè)計

工作面軌、運順內(nèi)折旋轉(zhuǎn)段采用錨粱網(wǎng)支護(hù)，便于預(yù)留、對接支架。

旋轉(zhuǎn)期間，面長加大，出現(xiàn)一段傾角30°的無支架支護(hù)空頂區(qū)，極易竄矸、推倒支柱，加架前采取密集單體支柱挑棚配合架設(shè)木垛的方式管理頂板，再在末排柱切頂線處垛編制袋墻，增加支護(hù)強(qiáng)度。

4.2 旋轉(zhuǎn)

為改善旋轉(zhuǎn)中心附近的頂板管理狀況，防止刮板輸送機(jī)下滑、上竄，采用虛旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)方式，使調(diào)斜工作面的機(jī)頭也保持一定的前移量。將20°調(diào)斜角等分成4個循環(huán)角，每旋轉(zhuǎn)5°完成一個調(diào)斜循環(huán)（圖1所示）。

每個調(diào)斜循環(huán)[3]中按工作面機(jī)頭、尾推進(jìn)比1：2選擇長短刀比例。調(diào)斜過程中，采用短刀斜切、單向割煤、及時支護(hù)、先零后整的回采方式。每循環(huán)內(nèi)多次抹采，期間調(diào)整支架狀態(tài)，直至調(diào)正、找直。

4.3 加架

準(zhǔn)確定位對接、加架時機(jī)頭、尾位置，預(yù)留支架放置在事先做出的硐室內(nèi)。到達(dá)對接位置后，快速拆卸刮板輸送機(jī)機(jī)尾部件及特殊框架，拉移至機(jī)尾預(yù)留支架處安裝，再與刮板輸送機(jī)中部槽對接[4]。

4.4 調(diào)斜

旋轉(zhuǎn)完成后，調(diào)整工作面?zhèn)涡苯嵌?，在推進(jìn)過程中選擇最佳超前距，控制刮板輸送機(jī)上竄、下滑。

5 大傾角煤層“刀把”式綜采工作面對接、旋轉(zhuǎn)技術(shù)關(guān)鍵

5.1 地質(zhì)條件

大傾角綜采對接、旋轉(zhuǎn)調(diào)斜工藝難度較大，旋轉(zhuǎn)段需具備以下條件：面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造少，頂板中等穩(wěn)定以上；采動影響小，無老巷、老硐；煤層賦存穩(wěn)定，傾角變化不大，硬度適中；煤厚、采高不宜過大，控制在3m以下[5]。

5.2 旋轉(zhuǎn)比例選擇

根據(jù)旋轉(zhuǎn)角、半徑，計算循環(huán)內(nèi)機(jī)頭、尾推進(jìn)比例。減少循環(huán)內(nèi)刀數(shù)，能有效控制刮板輸送機(jī)及支架的滑移，降低反復(fù)調(diào)架升降柱對頂、底板的二次破壞。

5.3 頂板管理

軌、運順對接段、內(nèi)折段受附近斷層影響，易出現(xiàn)變形、破碎，工作面前方煤體應(yīng)力集中，破碎帶易漏冒，需提前在斷層影響范圍（特別是機(jī)尾加架處）頂板預(yù)注化學(xué)漿加固[6]。

旋轉(zhuǎn)、對接期間，工作面中上部來壓強(qiáng)度比上部、下部大，頂板破碎、煤壁片幫程度也較高，應(yīng)提前做好鋪設(shè)金屬頂網(wǎng)、上木料護(hù)頂?shù)裙ぷ?，片幫區(qū)域及時拉超前架、背貼幫柱，加強(qiáng)管理。

6 結(jié)語

潘北煤礦12124工作面是淮南礦區(qū)首個按“刀把”式布置的大傾角綜采工作面，通過對工作面“刀把”式布置及內(nèi)折、旋轉(zhuǎn)方案優(yōu)化設(shè)計，為復(fù)雜地質(zhì)條件下增加綜采工作面連續(xù)推進(jìn)長度，降低巷道掘進(jìn)率，減少工作面搬家次數(shù)，提高煤炭資源回收率，提供了新的思路。調(diào)斜旋轉(zhuǎn)工藝研究與液壓支架對接實踐，為今后淮南礦區(qū)大傾角不規(guī)則綜采工作面安全、高效回采積累了寶貴經(jīng)驗，對類似地質(zhì)條件下的礦井生產(chǎn)具有較高的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 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，2004，5（33）：520-523.

[2] 劉照輝，孫米銀，張東亮.不規(guī)則綜采工作面精確對接技術(shù)研究與實踐.《煤炭工程》，2008（4）：43-44.