綜放工作面定心旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)研究

牛慶俊 張中騰 柳研青

（兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦，山東 鄒城 273513）

在煤炭資源開采過程中，由于受地質(zhì)條件、保護煤柱等特定因素影響，不規(guī)則工作面布置形式日益增加。為增加煤炭資源回收率，實現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效，延長礦井服務(wù)年限，需對采區(qū)設(shè)計不斷優(yōu)化，合理調(diào)整工作面尺寸，經(jīng)常采用旋轉(zhuǎn)采煤法。旋轉(zhuǎn)采煤法是以工作面巷道中某一個點為中心，工作面按照設(shè)定角度邊旋轉(zhuǎn)邊開采，工作面及時調(diào)整角度。

屠世浩[1]等結(jié)合現(xiàn)場開采實例，對綜采旋轉(zhuǎn)開采過程中礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、孤島煤柱回收工藝方式、旋轉(zhuǎn)區(qū)巷道布置等方面關(guān)鍵技術(shù)進行研究，并取得了良好的經(jīng)濟效果。邢相[2]等針對曉南煤礦西三采區(qū)北部原設(shè)計布置的四個工作面造成的回采巷道布置困難、綜采效率低下的問題，通過特大角度聯(lián)合開采將原有四個工作面合并成為一個工作面，將工作面煤炭采出率提高了約5%。李生生等[3]設(shè)計同家梁礦8801工作面采用旋轉(zhuǎn)半徑226 m，“虛心”旋轉(zhuǎn)調(diào)斜開采技術(shù)，通過加強兩巷支護與端頭支護，保證同家梁礦8801工作面調(diào)斜開采試驗的順利進行，實現(xiàn)工作面安全高效生產(chǎn)，大大提高資源采出效率。

1 工作面概況

鮑店煤礦83上02工作面位于八采區(qū)中部，工作面標高為-214 m，煤層傾角為2°～19°，工作面長度為228 m，推進長度2477 m，初期開采煤層為3上煤層。3上煤厚度為3.69～7.76 m，均厚5.28 m，f=2.9。直接頂為平均厚度2.83 m的粉砂巖；基本頂為平均厚度4.52 m的細砂巖互層，以細砂巖為主，夾雜部分粉砂巖；直接底為平均厚度0.51 m的粉砂巖；基本底為平均厚度9.44 m的粉細砂巖互層，以細砂巖為主，夾雜部分粉砂巖。83上02工作面旋轉(zhuǎn)開采段布置如圖1。

圖1 工作面布置

83上02作為鮑店煤礦主力生產(chǎn)工作面，為盡可能多的回收煤炭資源，回采初期采用定心扇形旋轉(zhuǎn)開采的方式推進，旋轉(zhuǎn)角度約為20°，旋轉(zhuǎn)弧長近80 m。

2 旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)研究

2.1 設(shè)備配置

83上02綜放工作面使用主要大型機械包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機及破碎機等，設(shè)備型號及主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 83上02綜放工作面設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2.2 旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)方案

83上02綜放工作面扇形旋轉(zhuǎn)開采的基本方針為：采用定心旋轉(zhuǎn)方式，即工作面以半徑228 m圓做扇形旋轉(zhuǎn)，分26個循環(huán)完成，每個循環(huán)運輸機旋轉(zhuǎn)約0.75°，26個循環(huán)后，機尾推進78 m，工作面累計旋轉(zhuǎn)角度約為20°，此時工作面機頭超前2 m，兩巷高差2 m，工作面進入正常生產(chǎn)階段。設(shè)定兩種旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)方案，示意圖如圖2。

如圖2（a）所示，第一種旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)方案采取“增刀式”采煤方式，即“先割小刀后割大刀”。工作面割煤路線為130#-100#，130#-65#，130#-30#，130#-1#，每個“小刀”中移架路線為130#-90#，130#-55#，130#-20#，130#-1#。如圖2（b）所示，第二種旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)方案采取“減刀式”的采煤方式，即“先割大刀后割小刀”，工作面割煤路線為130#-1#，30#-130#，130#-55#，85#-130#，每個“大刀”中移架路線為130#-1#，20#-130#，130#-45#，75#-130#。

圖2 旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)方案

采用“增刀式”采煤方式時，工作面中運輸機推移拐點少，平直程度較高，煤機從機頭返回至機尾時需要返空刀，但整體推進速度較慢，導(dǎo)致割煤效率比較低，影響工作面正常推進速度。采用“減刀式”采煤方式時，煤機從機頭返回至機尾時進行正常割煤，整體推進速度較快，工作面中運輸機需要推移時拐點較多，但運輸機會持續(xù)拖后，影響下一個循環(huán)正常生產(chǎn)。

3 技術(shù)效果分析

根據(jù)回采過程中推進速度和前部運輸機機尾長度變化情況，將兩種采煤方式進行對比分析，對每日推進速度、前部運輸機機尾長度及運輸機平直程度進行實時記錄，將開采過程分為四個階段，如圖3。

圖3 扇形開采四階段主要參數(shù)圖

工作面推進天數(shù)第1至第5天即為第一階段，本階段采取“增刀式”的采煤方式。本階段機尾累計進尺16.20 m，工作面正常推進狀態(tài)下，機尾日進尺3.25 m左右。前部運輸機機尾長度從-890 mm逐漸減至-200 mm左右（正負值代表機尾距離巷道中線長度），運輸機狀態(tài)整體較好。

工作面推進天數(shù)第6至第12天即為第二階段，為減少采煤機返機過程中進刀小、割煤效率比較低的情況，將割煤路線“增刀式”的割煤方式改為“減刀式”的割煤方式。本階段機尾進尺為32.0 m，工作面正常推進狀態(tài)下，機尾日進尺為6.20 m左右，比原方案每天多進2.95 m，推移困難后機尾日進尺為2.85 m左右。前部運輸機機尾長度從-650 mm逐漸減至200 mm左右。

工作面推進天數(shù)第13至第15天即為第三階段，本階段主要是中部來回返機，將工作面找直。因運輸機運動起勢，控制效果較好，前部運輸機機尾長度在250～500 mm左右，保障運輸機推移順利。本階段機尾進尺8.85 m，平均日推進2.95 m，運輸機平直度逐漸好轉(zhuǎn)。

工作面推進天數(shù)第16至第18天即為第四階段，此階段機尾進尺22.95 m，改為每班割3個機尾、機頭不進刀割煤方式，執(zhí)行每刀機頭側(cè)30個支架左右順直，機尾側(cè)剩余支架拉滿硐，即130#-1#（130#-30#拉滿硐），30#-130#（65#-130#拉滿硐），130#-65#（130#-85#拉滿硐）運輸機平直度較好，如圖4。

圖4 調(diào)整后運輸機狀態(tài)示意圖

前部運輸機機尾長度600 mm減至100 mm，能進行正常推移，工作面持續(xù)正常推進，前部運輸機機尾日進尺在7.5 m以上，生產(chǎn)保持高效穩(wěn)定。

4 結(jié)論

為增加鮑店煤礦83上02工作面初采階段煤炭資源回收率，將兩種旋轉(zhuǎn)開采方式進行現(xiàn)場實際應(yīng)用，得到以下結(jié)論：

（1）當采用“增刀式”割煤方式時，即“先割小刀，后割大刀”的割煤方式，前部運輸機狀態(tài)較好，但工作面整體推進速度較慢，割煤效率低，生產(chǎn)效率大幅降低。

（2）當采用“減刀式”割煤方式時，即“先割大刀，后割小刀”的割煤方式，會造成運輸機持續(xù)拖后，繼而影響后續(xù)工作面正常生產(chǎn)。

（3）當采用“減刀找直式”割煤方式，即機尾側(cè)支架拉滿硐的割煤拉架配合方式，同時，機頭側(cè)30個支架左右順直，機尾側(cè)剩余支架拉滿硐的旋轉(zhuǎn)開采方式，保障了運輸機的正常推移，保障工作面穩(wěn)定高效推進，煤炭資源回收率大幅提高。

鮑店煤礦83上02工作面在初采階段成功進行扇形開采，提高煤炭資源采出率，經(jīng)濟效益顯著，為該礦扇形開采積累了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗。