朱集東礦綜采工作面大比例甩采技術(shù)應(yīng)用研究

任 禹

（淮南礦業(yè)集團(tuán)朱集東煤礦，安徽 淮南 232001）

為應(yīng)對不規(guī)則工作面的回采，甩采技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。甩采技術(shù)的關(guān)鍵在于抑制運(yùn)輸機(jī)的“上竄下滑”、頂板管理控制、三角煤合理回收。本文基于朱集東煤礦1121（3）工作面現(xiàn)場條件，應(yīng)用大比例甩采技術(shù)，優(yōu)化甩采比例，采取針對性措施控制輸送機(jī)，加強(qiáng)機(jī)尾加長段管理，確保了工程實(shí)踐取得預(yù)期效果[1]。

1 概述

淮南礦業(yè)集團(tuán)朱集東煤礦1121（3）工作面切眼長度207 m，平均回采長度1 362.9 m，其中軌順停采線位置1 404.7 m，運(yùn)順停采線位置1 361.2 m，工作面甩采起始位置確定為軌順1 331.1 m、運(yùn)順1 336.1 m，軌順?biāo)Σ砷L度60.6 m，運(yùn)順?biāo)Σ砷L度12.1 m，工作面甩采結(jié)束后機(jī)尾超前機(jī)頭43.5 m，工作面面長增加4.4 m，如圖1。工作面共計(jì)安裝120 架液壓支架，平均每架中心距1.75 m，支架總長度210 m。主要機(jī)電設(shè)備：MG750/1860-WD 型采煤機(jī)雙滾筒落煤，SGZ-1000/1710 刮板輸送機(jī)，SZZ1000/400 型轉(zhuǎn)載機(jī)，ZZ13000/24/50 液壓支架。

2 甩采工藝

2.1 甩采前準(zhǔn)備

工作面正式甩采前，工作面機(jī)頭適當(dāng)多進(jìn)刀，使運(yùn)輸機(jī)盡可能上竄，為機(jī)尾甩采準(zhǔn)備條件。甩采前及時(shí)調(diào)整好支架及運(yùn)輸機(jī)，使運(yùn)輸機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接合理。

2.2 甩采比例的確定

甩采比例為1:6（圖2），即運(yùn)順回采1 硐，軌順回采6 硐，結(jié)合機(jī)組截割深度，采用“長、短”相結(jié)合的方式，滿足工作面兩端推進(jìn)度不同的要求。

為精準(zhǔn)控制采煤機(jī)截割方式，統(tǒng)一截割循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)，明確了“長、短”刀截割線位置，且每次截割后拐點(diǎn)的彎曲度（即截割循環(huán)轉(zhuǎn)角a）應(yīng)在輸送機(jī)設(shè)計(jì)允許彎曲度（運(yùn)輸機(jī)允許彎曲角a'）內(nèi)，由此得出：

式中：N為每循環(huán)刀數(shù)；B為截割深度；L為工作面長度。

將相關(guān)參數(shù)代入式中后，可得每循環(huán)刀數(shù)為：N=207 tan2°/0.8=9 刀。

根據(jù)工作面實(shí)際條件，綜合考慮液壓支架完好度、推進(jìn)進(jìn)度等因素，確定機(jī)頭、機(jī)尾調(diào)斜比例為1:6，即機(jī)尾甩采時(shí)，機(jī)尾進(jìn)刀數(shù)為6 刀 ，機(jī)頭進(jìn)1刀。在工作面回采推進(jìn)度到調(diào)斜起始線后，從第24架開始，每24 架開始向機(jī)尾連進(jìn)5 次，直到第120架，始終保持液壓支架垂直于輸送機(jī)，此過程稱為一次調(diào)斜循環(huán)。

圖1 工作面甩采起止位置示意圖

2.3 工作面運(yùn)輸機(jī)、支架下滑控制

（1）工作面甩采時(shí)采用從機(jī)頭向機(jī)尾單向抵車，拉架過程中合理調(diào)整架向，控制運(yùn)輸機(jī)下滑量，使運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接合理。

（2）工作面每10 架安設(shè)一根斜撐單體支柱，單體支設(shè)在相近支架上：一端生根在下一架架腳，另一端支撐在上一架導(dǎo)向桿連接銷上。

（3）甩采期間，為了控制運(yùn)輸機(jī)下滑，機(jī)頭抵車前，在運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭與運(yùn)順非回采側(cè)幫部之間打設(shè)（2～4）根單體，單體兩端使用防倒繩固定牢固。

（4）每班安排1 名班長專門管理支架，務(wù)必使支架成直線，防止因車彎曲造成齒條與煤機(jī)齒軌輪的嚴(yán)重磨損。

圖2 甩采比例圖

2.4 機(jī)尾加長段的管理技術(shù)

工作面甩采調(diào)斜加長了工作面傾向長度，甩采后期造成煤機(jī)無法割透軌順回采側(cè)，則采取超前對軌順回采側(cè)刷幫的措施[2-3]。

（1）刷幫最大距離計(jì)算

式中：X1為軌道順槽甩采長度，60.6 m；X2為軌道順槽甩采長度，12.1 m；L為工作面長度，207 m。

將相關(guān)順槽及工作面長度代入上式中（因?yàn)樗Σ汕?，運(yùn)順比軌順多5 m，而式中取值為甩采差值，需減去5 m），可得調(diào)斜角：β=arctan[（60.6-12.1-5）/207]=11.8°。

工作面末采時(shí)，運(yùn)輸順槽刷幫寬度X達(dá)到最大，即：

式中：X3為聯(lián)網(wǎng)聯(lián)繩時(shí)刷面寬度，13 m。

上式代入數(shù)據(jù)可得運(yùn)輸順槽刷幫寬度為X=13tan11.8°+（207-207cos11.8°）=6.8 m。

（2）刷幫支護(hù)方式

刷幫區(qū)域采用錨梁網(wǎng)支護(hù)方式，頂、幫部支護(hù)為錨桿（索），幫部支護(hù)為笆片單體。高強(qiáng)錨桿規(guī)格：Ф=22 mm，L=2500 mm， 間 排 距1600 mm×800 mm；錨索規(guī)格：Ф=22 mm，L=6300 mm。梁規(guī)格：M4 鋼帶，L=3000 mm；金屬網(wǎng)采用10#鐵絲制成，規(guī)格為5 m×1 m。

3 數(shù)值模擬

隨著1121（3）工作面的推進(jìn)，受回采時(shí)采動應(yīng)力影響，工作面四周原巖應(yīng)力場發(fā)生變化，出現(xiàn)超前支承應(yīng)力區(qū)[4]，即工作面前方出現(xiàn)高于原巖應(yīng)力的應(yīng)力區(qū)域。其應(yīng)力峰值及影響范圍隨工作面推進(jìn)向深部移動。因此有必要對回采過程中的應(yīng)力場分布進(jìn)行數(shù)值模擬。本數(shù)值模型基于1121（3）工作面回采條件，建立密集網(wǎng)格，整個(gè)模型長寬高為100 m×100 m×20 m，在模型上方施加25 MPa載荷，并約束水平、垂直方向位移，以此來分析回采過程中超前支承應(yīng)力場分布情況[5]。

圖3 回采工作面前方支承應(yīng)力云圖

由圖3 回采工作面前方支承應(yīng)力云圖可知，從支承應(yīng)力場分布來看，1121（3）工作面前方支承應(yīng)力峰值出現(xiàn)在工作面中部，此時(shí)支承應(yīng)力峰值能達(dá)到36 MPa，接近于3 倍的原巖應(yīng)力，距工作面下端頭10 m 及20 m 處的支承應(yīng)力分布云圖基本重合，工作面下端頭超前支承應(yīng)力約為29 MPa，均小于工作面中部支承應(yīng)力。

4 礦壓觀測

在1121（3）工作面軌道巷27.8 m 及35.8 m 處采用“十字布點(diǎn)法”布置測點(diǎn)，對頂?shù)住蓭鸵平窟M(jìn)行測量，研究巷道圍巖變形。

由圖4 可知，在距工作面5～35 m 左右，巷道變形量隨著距離減小而增加，速率越來越大，在5～10 m 到最大，兩幫最大變形速度為128 mm/d，頂?shù)鬃畲笞冃嗡俣葹?8 mm/d，且兩幫變形速度普遍大于頂?shù)鬃冃嗡俣?。同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著距工作面距離的減小，巷道收斂率在允許的范圍之內(nèi)，收斂后的巷道斷面能夠滿足安全生產(chǎn)的需要。

圖4 1121（3）軌道巷表面位移變形曲線

5 總結(jié)

在采用確定甩采比例、控制工作面運(yùn)輸機(jī)、支架和加強(qiáng)機(jī)尾加長段管理等方式后，甩采過程中順槽兩幫最大變形速度為128 mm/d，頂?shù)鬃畲笞冃嗡俣葹?8 mm/d，能夠滿足安全生產(chǎn)的需要。同時(shí)，應(yīng)用大比例甩采技術(shù)，可適當(dāng)多回收三角煤，增產(chǎn)煤量達(dá)3.8 萬t，延長礦井服務(wù)年限。