大傾角厚煤層的旋轉(zhuǎn)開采關(guān)鍵技術(shù)研究

祁集賢

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)子 046600）

隨著煤炭開采的不斷深入，為了提升對(duì)煤炭資源的利用率，因此許多煤炭生產(chǎn)企業(yè)將目光投向了地質(zhì)條件復(fù)雜的大傾角厚煤層的開采。大傾角厚煤層由于地質(zhì)條件復(fù)雜，在開采中無(wú)法按正常的綜采方法進(jìn)行開采，而常用的放頂開采技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在著頂板條件差、支護(hù)穩(wěn)定性差，煤炭出采率低，效率低下的難題，嚴(yán)重限制了大傾角厚煤層的開采。根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，在大傾角厚煤層開采時(shí)，由于其綜采時(shí)的進(jìn)刀比例不同極易導(dǎo)致工作面上的推進(jìn)速度不一致，使液壓支架的移架出現(xiàn)偏斜，并最終導(dǎo)致在綜采面上部和下部的礦壓的顯現(xiàn)規(guī)律不一致。因此本文提出了一種新的大傾角厚煤層的旋采技術(shù)，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)及控制方案進(jìn)行了研究，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用其極大的提升了大傾角厚煤層綜采作業(yè)的效率和安全性，具有十分重要的意義。

1 旋采技術(shù)方案設(shè)計(jì)

本文以某礦12124 綜采工作面為研究對(duì)象，其綜采面的巷道結(jié)構(gòu)布局如圖1 所示。

由圖1 可知，該井下巷道綜采作業(yè)面的傾角約為29°，其采高約為4 m，屬于典型的大傾角厚煤層結(jié)構(gòu)，由于其下側(cè)的運(yùn)輸巷道為拐角式結(jié)構(gòu)，使在綜采過(guò)程中轉(zhuǎn)過(guò)旋采拐點(diǎn)后只能進(jìn)行俯斜開采，其俯采時(shí)的傾角達(dá)到了17°，綜采難度較大。

由于該井下綜采作業(yè)面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此為了避免在綜采作業(yè)過(guò)程中反復(fù)調(diào)整頂板支撐導(dǎo)致旋采中心附近的頂板管理困難，因此提出了虛心旋采的工藝方案。

2 旋采工藝參數(shù)選擇

在進(jìn)行旋采作業(yè)時(shí)，其工作面的旋采的循環(huán)次數(shù)N和上下側(cè)的旋采的長(zhǎng)度差值Lc可分別表示為：

式中：L為支架的尾部在旋采前后的位移差；L1為進(jìn)行一次旋采，支架向上移動(dòng)的位移；Lw為工作面回風(fēng)巷端部的旋采長(zhǎng)度；Lt為工作面運(yùn)輸巷端的旋采長(zhǎng)度；Lm為旋采工作面的長(zhǎng)度；n為旋轉(zhuǎn)，取18°。

由于在井下進(jìn)行綜采作業(yè)時(shí)工作面上的進(jìn)刀比例通常為1∶2 以及1∶3，1∶5 等，當(dāng)旋采作業(yè)時(shí)的進(jìn)刀比例為1∶2 時(shí)，截割過(guò)程中的支架的調(diào)斜量較小，因此支架相對(duì)穩(wěn)定，但是隨著旋采作業(yè)的進(jìn)行，其在旋采中心處的頂板支架需要反復(fù)的支撐，導(dǎo)致對(duì)頂板調(diào)整時(shí)的管理困難。當(dāng)工作時(shí)的進(jìn)刀比例為1∶5 時(shí)，雖然能夠大幅的降低頂板管理的難度但是在割煤時(shí)斜調(diào)量過(guò)大，導(dǎo)致支架容易發(fā)生傾倒，而當(dāng)工作時(shí)的進(jìn)刀比例選擇為1∶3 時(shí)能夠較好的平衡旋采時(shí)支架穩(wěn)定性和頂板管理的難度，因此在進(jìn)行旋采作業(yè)時(shí)選擇1∶3 的進(jìn)刀比。

由于井下作業(yè)時(shí)的旋采半徑為227 m，因此根據(jù)井下回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷的情況來(lái)判斷旋采作業(yè)時(shí)的起始位置和旋采作業(yè)的距離，井下運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

由進(jìn)刀比可計(jì)算出當(dāng)在綜采面進(jìn)行旋采作業(yè)時(shí)采煤機(jī)的尾部距離回風(fēng)巷的轉(zhuǎn)角點(diǎn)處（O″點(diǎn)）應(yīng)該距離約34.2 m 處開始進(jìn)行旋采作業(yè)，當(dāng)推進(jìn)到超出轉(zhuǎn)角點(diǎn)34.2 m 時(shí)可結(jié)束作業(yè)，為了便于旋采作業(yè)，設(shè)置旋采距離時(shí)應(yīng)設(shè)置為采煤機(jī)截割深度的整數(shù)倍，由于井下作業(yè)面內(nèi)的運(yùn)輸巷的轉(zhuǎn)角點(diǎn)和回風(fēng)巷的轉(zhuǎn)角掉相差了約4.5 m，因此在綜采面下部的運(yùn)輸巷處應(yīng)在第17.1 m 處開始進(jìn)行旋采作業(yè)，當(dāng)超過(guò)轉(zhuǎn)角點(diǎn)6 m 后再結(jié)束旋采作業(yè)。

3 旋采關(guān)鍵技術(shù)

旋采作業(yè)之前，首先需要在機(jī)尾的20 m 的范圍內(nèi)設(shè)置預(yù)留空間，用于支撐刮板輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，然后將輸送機(jī)的機(jī)頭向上移動(dòng)，同時(shí)在輸送機(jī)向上運(yùn)動(dòng)，使其在輸送機(jī)的機(jī)頭位置設(shè)置一個(gè)2 m 長(zhǎng)度的擴(kuò)幫，一方面確保綜采作業(yè)時(shí)避免刮板輸送機(jī)下移，另一方面也方便轉(zhuǎn)載機(jī)的調(diào)向。

將帶式輸送機(jī)的承載梁和轉(zhuǎn)載機(jī)的方向和帶式輸送機(jī)的方向調(diào)整為一致，在對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)向調(diào)整時(shí)，首先在輸送機(jī)承載梁的地方設(shè)置挖底，然后加強(qiáng)支護(hù)，使轉(zhuǎn)載機(jī)的機(jī)尾部分接近于井下運(yùn)輸巷的上側(cè)，最后再使輸送機(jī)尾部、轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)承載梁的方向一致。

在進(jìn)行旋采作業(yè)時(shí)，按圖3 所示的長(zhǎng)刀和短刀的進(jìn)刀比例進(jìn)刀，進(jìn)刀地點(diǎn)選擇時(shí)可根據(jù)作業(yè)時(shí)的截割刀數(shù)而將綜采作業(yè)面劃分為3 段，然后在距離綜采面下部機(jī)頭的44 m，92 m，146 m 處分別進(jìn)刀。

圖3 旋采作業(yè)時(shí)短刀、長(zhǎng)刀截割示意圖

在旋采過(guò)程中，采取短刀斜切、單向截割的綜采作業(yè)方式，在循環(huán)作業(yè)內(nèi)進(jìn)行反復(fù)的抹采，同時(shí)不斷的調(diào)整支架的支護(hù)狀態(tài)，時(shí)其找正，調(diào)直，在旋采作業(yè)的前期以大傾角的旋采作業(yè)為主，同時(shí)將單體支柱從下到上對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行支撐，避免旋采作業(yè)時(shí)輸送機(jī)的下滑。當(dāng)旋采段越過(guò)運(yùn)輸巷的轉(zhuǎn)角點(diǎn)進(jìn)入到俯偽斜面后，可確保刮板輸送機(jī)有一定的下滑量。

4 旋采過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)方案

在旋采過(guò)程如果工作面的長(zhǎng)度加大，為了防止工作中刮板輸送機(jī)的下滑則需要對(duì)回風(fēng)巷進(jìn)行擴(kuò)下幫作業(yè)，如果工作面的長(zhǎng)度降低，則需要對(duì)回風(fēng)巷進(jìn)行擴(kuò)上幫作業(yè)，在進(jìn)行擴(kuò)幫作業(yè)時(shí)需要用工字鋼對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)處理。

刮板輸送機(jī)的機(jī)頭位置和轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行搭接作業(yè)時(shí)，需要將其機(jī)頭的位置向外進(jìn)行4 m 左右的擴(kuò)幫作業(yè)，從而確保帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的調(diào)向一致，使輸送機(jī)的機(jī)頭和轉(zhuǎn)載機(jī)保持穩(wěn)定的搭接。

在旋采過(guò)程中由于旋采中心端需要反復(fù)旋采，因此使巷道頂板需要反復(fù)的支撐，最終導(dǎo)致在旋采中心位置處的圍巖發(fā)生破斷，造成在旋采作業(yè)過(guò)程中的片幫事故，因此需要對(duì)工作面的頂部設(shè)置雙層的金屬防護(hù)網(wǎng)，并在支架的端部設(shè)置連接工字鋼，支架組進(jìn)行設(shè)置時(shí)其相鄰間隙不得大于210 mm，避免出現(xiàn)漏頂事故。

該旋采工藝在某礦投入應(yīng)用后其綜采效率達(dá)到了常規(guī)綜采面的94.3%左右，極大的提升了煤炭開采的經(jīng)濟(jì)效益和穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

本文針對(duì)在大傾角、厚煤層開采中所存在的問(wèn)題，提出了一種新的旋采工藝，對(duì)其整體方案、開展方法及旋采關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：

1）當(dāng)工作時(shí)的進(jìn)刀比例選擇為1∶3 時(shí)能夠較好的平衡旋采時(shí)支架穩(wěn)定性和頂板管理的難度。

2）刮板輸送機(jī)的機(jī)頭位置和轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行搭接作業(yè)時(shí)，需要將其機(jī)頭的位置向外進(jìn)行4 m 左右的擴(kuò)幫作業(yè)，從而確保帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的調(diào)向一致。

3）該旋采工藝的應(yīng)用極大的提升了大傾角、厚煤層綜采作業(yè)的效率和安全性。