不等長(zhǎng)綜采工作面連續(xù)對(duì)接高效回采技術(shù)研究

張喜民 王全忠 陳亞明

（中國(guó)平煤神馬能源化工集團(tuán)平煤股份十礦，河南 平頂山 467013）

平煤十礦井田總體為一傾向北北東的單斜構(gòu)造，構(gòu)造特征可概括為“一向一背兩斷層”。構(gòu)造的發(fā)育直接導(dǎo)致煤層傾角的變化，煤層傾角的變化又導(dǎo)致工作面采長(zhǎng)的變化，工作面采長(zhǎng)的精確計(jì)算對(duì)于綜采工作面的安全管理極其重要。

本文以十礦戊七采區(qū)戊11-17010工作面為例，針對(duì)該工作面刀把式設(shè)計(jì)以及外段煤層傾角變化大的現(xiàn)狀，通過(guò)合理的調(diào)整綜采工作面的偽傾斜角度以及精確計(jì)算采長(zhǎng)的變化，合理確定待接支架的位置，實(shí)現(xiàn)工作的里外切眼無(wú)縫對(duì)接及多次連續(xù)對(duì)接，保證了綜采工作面的安全生產(chǎn)。

1 工作面概況

戊11-17010工作面位于-140戊七采區(qū)，東南鄰戊七軌道下山、運(yùn)輸機(jī)下山及瓦斯專用回風(fēng)巷，西北至26勘探線與一礦相鄰，北鄰原十一礦逆斷層，南為戊8，9-17050采空區(qū)；上覆戊10-17010、戊8，9-17030、戊10-17030 采面及戊8，9-23030 采面，戊11煤層未開(kāi)采。工作面有效走向長(zhǎng)1118.5m，里段走向長(zhǎng)488.5m，外段走向長(zhǎng)630m，里段傾斜寬126.0～126.3m，平均126.2m，外段傾斜寬240.3～241.5m，平均240.9m，切眼斜長(zhǎng)126.3m。煤層傾角0.4～13°，平均6°左右，工作面外段煤層傾角 4～13°。

圖1 工作面巷道布置圖

該工作面設(shè)計(jì)采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤方法，為了避免斷層影響，風(fēng)巷及切眼設(shè)計(jì)時(shí)與已知斷層位置保留有20m保護(hù)煤柱，風(fēng)巷超前于機(jī)巷先行施工，當(dāng)風(fēng)巷施工到700m位置時(shí)，迎頭出現(xiàn)一條落差大于7m的逆斷層，且該區(qū)域內(nèi)煤層賦存不穩(wěn)定，經(jīng)判斷該斷層為原十一礦逆斷層的伴生斷層，掘進(jìn)工作面過(guò)斷層期間巷道壓力較大，變形嚴(yán)重，支護(hù)困難，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)，后經(jīng)研究決定更改采面設(shè)計(jì)方案，采用刀把式設(shè)計(jì)，風(fēng)巷退后至630m位置拐切眼，施工110m長(zhǎng)的外切眼后繼續(xù)拐方位施工里風(fēng)巷，然后到設(shè)計(jì)位置與機(jī)巷切眼貫通，工作面巷道布置如圖1所示。

2 切眼對(duì)接方案設(shè)計(jì)

戊11-17010工作面里段傾斜平均126.2m，外段傾斜寬平均240.9m，采排推至外切眼時(shí)需增加液壓支架75架，對(duì)接后共需液壓支架160架。

2.1 對(duì)接方案

綜采支架的對(duì)接是采面對(duì)接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)接支架間隙的合理與否直接決定對(duì)接的成敗。若間隙較小將造成支架重疊，從而導(dǎo)致對(duì)接失?。环粗?，間隙過(guò)大則導(dǎo)致支架對(duì)接后存在“軟支護(hù)”段（架間隙超過(guò)0.8m），致使運(yùn)輸機(jī)不能正常與支架連接，影響對(duì)接的速度與對(duì)接質(zhì)量，給安全生產(chǎn)帶來(lái)很大困難。因此，采用導(dǎo)線定位法配合工作面?zhèn)蝺A斜管理控制合理接架間距。定位方法是根據(jù)上風(fēng)巷以及工作面推進(jìn)到對(duì)接位置時(shí)采面總長(zhǎng)度和機(jī)頭與機(jī)尾超前距離的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確算出需要對(duì)接的支架位置，并指定外切眼第一架的位置。為保證有充足的對(duì)接空間，人為將外切眼第一架上調(diào)200mm。在距對(duì)接位置50m時(shí)，在風(fēng)巷沿測(cè)點(diǎn)給出定位線，采面推進(jìn)過(guò)程中加強(qiáng)偽傾斜管理，嚴(yán)格控制運(yùn)輸機(jī)的上竄下滑，當(dāng)距對(duì)接位置30m時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接要求和對(duì)接架的間隙，調(diào)整采面推進(jìn)，確保對(duì)接架的間距在100～300mm范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)綜采支架順利對(duì)接。

2.2 方案實(shí)施

圖2 采面延長(zhǎng)及支架對(duì)接示意圖

在工作面距切眼50m時(shí)，在風(fēng)巷頂板上沿巷道掘進(jìn)期間給的導(dǎo)線點(diǎn)標(biāo)出一條紅線至工作面，量出紅線距采面85架的距離，同時(shí)量出紅線距外切眼待接支架的距離，由此可知此時(shí)采面85架與待接支架的距離。

以待接支架前梁為基點(diǎn)做一條紅線的平行線至工作面，這就是導(dǎo)線定位位置。在推進(jìn)過(guò)程中，每天量85架與該線的距離，同時(shí)關(guān)注運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾的位置，依靠甩機(jī)尾機(jī)頭來(lái)控制上下竄動(dòng)量，嚴(yán)格控制機(jī)尾架不能超出對(duì)接范圍。

外切眼對(duì)接前風(fēng)巷采用單體柱和鉸接梁架設(shè)走向抬棚加強(qiáng)支護(hù)，保證巷道斷面以確保對(duì)接空間。采面推到對(duì)接位置后，開(kāi)始進(jìn)行延長(zhǎng)運(yùn)輸機(jī)的工作。

3 工作面采長(zhǎng)精確計(jì)算

3.1 采長(zhǎng)計(jì)算方法

工作面采長(zhǎng)一般采用在平面圖上直接量取，對(duì)于煤層傾角較小的綜采工作面，這種方法相對(duì)較準(zhǔn)確，但是對(duì)于煤層傾角較大以及采面煤層傾角不一致的工作面，這種方法誤差較大，此時(shí)可以采取利用三角函數(shù)分段計(jì)算的方法得出工作面的實(shí)際采長(zhǎng)。這種方法相對(duì)比較精確，但是還會(huì)存在一定誤差，因此，理論計(jì)算還需要與工作面實(shí)際條件相結(jié)合來(lái)綜合確定工作面的采長(zhǎng)。

戊11-17010工作面對(duì)接后采面共有160架支架，隨工作面的推進(jìn)，煤層傾角隨之變大，尤其到外段，煤層傾角達(dá)到13°，坡度的變大伴隨著采長(zhǎng)的變化，隨著采面不斷變長(zhǎng)，需要不斷增加支架來(lái)保證采面的頂板支護(hù)。因此，對(duì)戊11-17010工作面采長(zhǎng)進(jìn)行分段計(jì)算，自對(duì)接后機(jī)頭機(jī)尾位置往外每隔10m量出機(jī)風(fēng)兩巷的標(biāo)高，然后利用三角函數(shù)計(jì)算采面的斜長(zhǎng)，以此為參考并結(jié)合采面的實(shí)際情況得出采面的采長(zhǎng)變化情況。具體計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 采長(zhǎng)計(jì)算方法表

根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可以大致看出采面往外推進(jìn)時(shí)采長(zhǎng)的變化情況，以此為基礎(chǔ)提前進(jìn)支架做對(duì)接準(zhǔn)備，避免出現(xiàn)采面變長(zhǎng)時(shí)支架進(jìn)不去的情況，保證采面的安全生產(chǎn)。

3.2 采長(zhǎng)變化分析

在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)采面內(nèi)煤層傾角發(fā)生變化時(shí)也會(huì)造成采長(zhǎng)的變化，體現(xiàn)在生產(chǎn)中就是采面兩端頭距離巷幫距離變大或者變小，此時(shí)就需要精確分析采面內(nèi)局部坡度的變化，對(duì)戊11-17010工作面某一天的采長(zhǎng)進(jìn)行分段計(jì)算，在采面內(nèi)每5架量一次運(yùn)輸機(jī)擋煤板的坡度，以此為基礎(chǔ)繪制1:1比例的采面剖面圖，隔一段時(shí)間后，再用同樣的方法做一張剖面圖，根據(jù)兩張圖的對(duì)比，得出采面采長(zhǎng)變化情況，以此為基礎(chǔ)對(duì)采面進(jìn)行局部調(diào)整，實(shí)現(xiàn)采煤工作面的精細(xì)化管理。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

該工作面無(wú)縫對(duì)接及連續(xù)對(duì)接實(shí)現(xiàn)了刀把式采煤工作面的安全高效生產(chǎn)，避免了資源浪費(fèi)，相對(duì)于遇斷層直接拐切眼的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，使該工作面凈增加儲(chǔ)量14.9萬(wàn)t，且避免了工作面內(nèi)出現(xiàn)大斷層導(dǎo)致搬家的情況，同時(shí)避免了因?qū)映霈F(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致工作面長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)，甚至重新分布支架的情況。

4.2 社會(huì)效益

該項(xiàng)目的成功實(shí)施，為刀把式工作面的對(duì)接及安全回采提供了經(jīng)驗(yàn)，在礦井地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，采掘接替緊張的情況下，有效地解決了刀把式工作面對(duì)接問(wèn)題，避免了因?qū)映霈F(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致工作面長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)，有效緩解采掘接替緊張局面，為同類型地質(zhì)條件下采煤工作面的安全回采提供了參考，對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)礦井的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。