綜采工作面特殊條件下轉采技術應用

高 誠

(霍州煤電集團 辛置煤礦， 山西 霍州 031400)

旋轉開采技術起源于德國，20世紀70年代在前進式和Z型采煤法基礎上發(fā)展起來，20 世紀80年代以后，我國首先在孤島工作面開采過程中應用了轉采技術[1]. 近幾年，旋轉開采技術得到進一步發(fā)展,王惠風等[2-4]采用轉采技術減少了搬家次數(shù)多、提高了煤炭資源回采率。李順順等[5]根據(jù)蘆嶺礦Ⅱ104東翼采區(qū)煤層賦存條件及原巷道布置特點，采用進刀比為1∶8的旋轉開采方案，實現(xiàn)了工作面在復雜條件下不搬家,連續(xù)推進，保證了工作面的正?；夭伞?/p>

霍州煤電集團有限公司辛置煤礦2-216工作面井下回采設計時受復雜地質條件影響，為規(guī)避風險將安全風險系數(shù)降至最低，造成了工作面呈多種形式形狀規(guī)格布置，特別是“刀把”形狀布置的工作面，將面臨著縮短切巷長度、回撤部分液壓支架與回采溜槽、工作面調斜等工藝。這些問題將影響到工作面的服務年限、正規(guī)循環(huán)作業(yè)率以及礦井2#煤的銜接等。鑒于此，擬采用轉采技術進行回采，以提高資源回收率。

1 工作面概況

辛置煤礦2-216工作面位于310水平二采區(qū)正前軌道巷左側，東北面緊鄰二采區(qū)正前軌道巷，距210設計工作面310 m，其余方向無任何工作面，由于布置受310二采區(qū)50 m斷層防水煤柱邊界影響，工作面設計為不規(guī)則形狀(梯形與矩形組合圖形)。該工作面采用走向長臂后退式采煤工藝，工作面平均走向長度為669 m，可采長度為610 m，循環(huán)進度0.8 m，工作面傾角9°，切巷一切巷長203 m，二切巷長140 m，安裝支架116架，煤層厚度3.8～4.3 m，平均為4.1 m，基本頂為K8細砂巖，平均厚度為7.2 m，直接頂為泥巖、砂質泥巖，厚度為3 m. 回采工作面示意圖見圖1.

2 工作面轉采方案

根據(jù)《2-216綜采工作面作業(yè)規(guī)程》設計及工作面推進情況，由于工作面呈不規(guī)則形狀，兩巷推進至344 m處工作面采取兩次機頭、一次機尾進刀方式進行調斜推進，調斜長度運輸順槽調斜距離30 m，回風順槽調斜距離15.2 m，調斜夾角4°. 當工作面調斜后推進至一切巷停采位置，在距停采線前14.4 m處鋪設金屬網(wǎng)和鋼絲繩，末采長度203 m. 末采期間與二切巷回風順槽末端進行貫通，末采結束對后半段83#—116#支架，機頭處5#、7#架進行回撤，1#—6#架向機尾方向靠架回縮機頭。工作面剩余80架形成完整生產(chǎn)系統(tǒng)后，進刀方式變?yōu)槿螜C頭，一次機尾進行推進，調斜角度運輸順槽調斜距離38.4 m，回風順槽調斜距離12.8 m，旋轉開采夾角10°，共計16個調采循環(huán)工作面兩巷才能持平。

圖1 辛置煤礦2-216回采工作面示意圖

2.1 確定調斜、轉采比例

根據(jù)工作面布置，采用長短刀相結合的切割循環(huán)作業(yè)方式。工作面每調斜一個角度，需要一組“長”、“短”刀配合割煤，以保證推進度小的地方，支架的移動次數(shù)也相應減少?！伴L”刀即工作面全長割煤，如圖中 m1～m2、m5～B；“短”刀即采煤機割煤距離短于工作面長度，見圖 m3～m4. 上述一個完整過程稱為一個切割循環(huán)，見圖2.

圖2 工作面調采切割循環(huán)示意圖

為了有效地利用采煤機截深和保證切割順序不變，圖2中AB線段的長度是采煤機有效截深的整數(shù)倍。為了保證切割出標準的循環(huán)面積，每一短刀的切割線必須平行于長刀切割線，而每次切割之后必然在工作面出現(xiàn)拐點，每個拐點的彎曲角度不能大于工作面輸送機設計允許的彎曲角度。由于每個拐點的彎曲角度與整個切割循環(huán)的轉角相等，因此切割循環(huán)的轉角α也不得大于工作面輸送機設計允許彎曲的角度α′，即：

式中：

N—循環(huán)內刀數(shù),刀；

b—采煤機截深，m；

L—工作面長度，m.

因為 AB 線段的長度是采煤機截深的整數(shù)倍，因此有 AB=N·b，代入前式可得出一次循環(huán)內采煤機截割刀數(shù)為：

旋轉工作面使用的是 SGZ-1000/2*855 型刮板輸送機，根據(jù)該輸送機技術特征，允許彎曲的角度α′=2°～3°，旋轉過程中工作面長度L=140 m，采煤機實際截深b=0.8 m，可計算出循環(huán)內刀數(shù)應小于6刀，根據(jù)工作面實際取3刀。調面比例為1∶3，即工作面機頭處進三刀，機尾處進一刀。

2.2 調斜、轉采回采刮板輸送機位移進度

調斜期間，調斜比例1∶2，設計19個循環(huán)(38刀)，工作面切巷長度為A=203 m，每刀循環(huán)進度0.8 m，則調斜對邊長為B=15.2 m，根據(jù)三角函數(shù)公式計算調斜斜邊C,即：

Tanα=B/A，帶入公式得α=4.4°(調斜夾角4°).

C2=A2+B2，帶入公式得C=203.58 (m).

因調斜比例為2倍，即：

調斜回采刮板輸送機位移進度=0.58×2=1.16 m

因回采機頭調斜比例較多，推進速度快，所以工作面回采溜子向機尾推移，移近量為1.16 m. 轉采期間，調斜比例1∶3，設計16個循環(huán)(48刀)，工作面切巷長度為A=140 m，每刀循環(huán)進度0.8 m，三次機頭一次機尾，根據(jù)三角關系，機頭為0 m，機尾進度1.6 m，則三角對邊長為B=25.6 m，根據(jù)三角函數(shù)公式計算調斜斜邊C，即：

Tanα=B/A，帶入公式得α=10.5°(調斜夾角10°).

C=A/sinα，帶入公式得C=142.15 m.

調斜回采刮板輸送機位移進度=142.15-140=2.15 (m)

因工作面轉采期間支架整體上調3.53 m，所以調整完畢支架距幫為3.53-2.15=1.38 (m).

2.3 工作面轉采循環(huán)工藝

工作面調面比例選擇1∶3，設計在工作面運輸順槽推進到11#導線點后79 m開始轉采，有利于工作面旋轉調面期間調整刮板輸送機平直度及機尾頂板控制。一個轉采循環(huán)為機頭推進3刀，機尾推進1刀。進刀方式：工作面轉采期間進刀方式，由機頭進刀，工作面整體機頭向機尾推移、拉架，第一刀煤整體割通，第二刀煤機頭割至42#架處，第三刀煤整體煤壁割平割直。刮板輸送機推移步距：割煤前1#—40#架全部推移到煤壁，60#—80#架向落山側后退，60#架距煤壁0.1 m，70#架距煤壁0.15 m，80#架距煤壁0.2 m；第一刀割煤后1#—30#架全部推移到煤壁，40#架推移0.75 m，50#架推移0.6 m，60#架推移0.45 m，70#架推移0.35 m，80#架推移0.2 m；第二刀割煤后1#架推移至煤壁，5#架推移0.7 m，10#架推移0.6 m，20#架推移0.4 m，30#架推移0.2 m，39#—80#架不推移；第三刀煤割煤后將回采刮板輸送機推移至與剛開始割煤前推移步距一致開始下一個循環(huán)。工作面進刀比例示意圖見圖3.

圖3 工作面進刀比例示意圖

3 工作面轉采技術的控制措施

綜采工作面轉采技術控制中：1) 控制好工作面刮板輸送機、支架直線度，進而保障支架方向，支架出現(xiàn)歪斜時，用單體柱輔助調整支架方向。2) 工作面調斜期間，控制好機頭機尾進刀方式，采取從機尾向機頭推移方式抵消上竄，機頭、機尾無法割透時，采取在機頭、機尾變線槽處加設溜槽，保證機頭正常搭接。3) 工作面煤壁出現(xiàn)片幫、冒頂時，采取頂板注漿加固加強頂板支護。4) 工作面一切巷后半段及工作面機頭回撤完畢后，利用單體柱進行靠架調整二切巷支架距幫距離，控制回采機頭轉采下滑量，確保二切巷巷道正常推進。

4 經(jīng)濟效益

在2-216工作面實施旋轉開采技術,實現(xiàn)了不規(guī)則工作面連續(xù)開采，確保了采掘銜接正常，并提高了煤炭資源回收率，減少煤炭資源浪費，增加工作面煤炭資源回收2.17萬t，同時采用該技術少施工一條140 m切巷，減少搬家倒面次數(shù)，可節(jié)約資金1 140余萬元。

5 結 語

在綜采工作面中使用轉采技術有著很高的技術要求，必須根據(jù)綜采工作面現(xiàn)場情況準確設計轉采方案，在轉采過程中應注意以下方面：

1) 工作面轉采前要及時調整回采刮板輸送機上竄下滑，避免轉采期間回采機頭向內回縮造成回采機頭無法割透。運輸巷超前20 m范圍內刷擴回采煤壁巷幫，保證刮板輸送機的正常搭接運行。

2) 刷擴后的巷道較寬，需及時調整轉載機緊靠刷擴側煤壁幫，與回采刮板輸送機機頭正常搭接，在轉載刮板輸送機行人煤柱幫側施工木垛，控制刷擴后巷道頂板，同時運輸巷超前施工一梁兩柱加固頂板支護。

3) 為避免轉采期間支架出現(xiàn)擠架咬架現(xiàn)象，轉采期間，回采刮板輸送機機頭、機尾必須嚴格按照轉采循環(huán)工藝進行推進，并在推進期間及時利用支架側護板和單體柱調整支架間隙，保證支架垂直頂?shù)装逯ёo。