破碎頂板條件下工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采技術(shù)研究

陳慧明，王玉新，楊月飛

(河南能源化工集團(tuán) 永煤公司車(chē)集煤礦，河南 永城 476600)

隨著礦井開(kāi)采年限的增加，可采煤炭?jī)?chǔ)量不斷減少，采煤工作面地質(zhì)條件也越來(lái)越復(fù)雜。綜采工作面大多沿煤層走向或傾向直線布置，但當(dāng)煤層底板等高線有較大的彎曲，沿煤層走向或傾向有較大起伏，或需留設(shè)保安煤柱時(shí)，為了減小工作面仰俯角度、多回收煤炭資源，需將兩巷設(shè)計(jì)成折線或不等長(zhǎng)，工作面呈不規(guī)則布置[1-3]。為此，就出現(xiàn)綜采工作面調(diào)斜旋轉(zhuǎn)開(kāi)采工藝。

綜采工作面旋轉(zhuǎn)式采煤是20世紀(jì)70年代始于德國(guó)，目前我國(guó)各大煤業(yè)公司在緩傾斜薄及中厚煤層綜采工作面都有成功調(diào)斜轉(zhuǎn)采的先例，典型的有平頂山四礦(調(diào)斜 20°)、陽(yáng)泉二礦(調(diào)斜 45°)和近年來(lái)龐莊煤礦孤島煤柱綜采工作面旋轉(zhuǎn)90°開(kāi)采等。綜采工作面調(diào)斜方法主要有實(shí)中心調(diào)斜和虛中心調(diào)斜，其中實(shí)中心調(diào)斜工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備損壞小，但由于旋轉(zhuǎn)端至調(diào)斜中心的移架步距逐步減小，頂板反復(fù)支撐次數(shù)逐漸增加，調(diào)斜中心處頂板控制困難；虛中心調(diào)斜將旋轉(zhuǎn)中心設(shè)置在工作面范圍之外，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中采面兩端均有一定推進(jìn)，可在一定程度上緩解頂板和煤壁難以維護(hù)的困難，但調(diào)斜工藝較為復(fù)雜，每一循環(huán)機(jī)頭、機(jī)尾前移量要求較為精確，工程控制難度較大[4-5]。

車(chē)集煤礦2713 工作面直接頂為泥巖及砂質(zhì)泥巖，破碎易冒落，且該面收尾前機(jī)尾調(diào)斜幅度達(dá)75 m，為保證工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采期間頂板管理及設(shè)備下滑控制效果，提升大幅度調(diào)斜工藝可靠性，需綜合考慮工作面實(shí)中心及虛中心兩種調(diào)斜方法優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)割短刀進(jìn)刀方式進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)旋轉(zhuǎn)中心頂板控制技術(shù)進(jìn)行研究，從而提升工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采實(shí)施效果。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)概況

車(chē)集煤礦2713工作面位于礦井南翼27采區(qū)下部，地面標(biāo)高為+31.60 m，工作面標(biāo)高為-628.1～-741.5 m，工作面東側(cè)為2715工作面(未掘)，西側(cè)為2709工作面采空區(qū)，南為火成巖邊界，北為27采區(qū)下山保護(hù)煤柱；2713運(yùn)輸巷采用高水速凝充填材料巷旁充填工藝進(jìn)行沿空留巷，工作面為Y型通風(fēng)方式，回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷外段為進(jìn)風(fēng)巷，運(yùn)輸巷里段(留巷段)為回風(fēng)巷，工作面回風(fēng)流通過(guò)回風(fēng)巷與2715下巷底板抽放巷相通，經(jīng)2715運(yùn)輸巷底板抽放巷進(jìn)入27采區(qū)回風(fēng)下山。工作面煤層頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆rTab.1 Coal seam roof and floor conditions

1.2 工程技術(shù)條件

(1)采煤工藝。2713工作面采用綜合機(jī)械化采煤工藝，走向長(zhǎng)壁后退式采煤方法，采用液壓支架支護(hù)頂板，輔以單體液壓支柱配合Π型鋼梁或鉸接梁支護(hù)工作面兩巷端頭和巷道超前段頂板，采用全部垮落法處理采空區(qū)頂板。

(2)工作面設(shè)備布置。工作面設(shè)備情況見(jiàn)表2。

表2 工作面設(shè)備情況Tab.2 Equipment conditions of working face

2 工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采調(diào)斜方案

2.1 工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采制約因素

(1)工作面機(jī)尾超前機(jī)頭推進(jìn)將導(dǎo)致綜采設(shè)備嚴(yán)重下滑，設(shè)備下滑得不到控制將增加端頭回撤液壓支架、工作面刮板輸送機(jī)掐接中部槽的工程量，同時(shí)設(shè)備下滑將導(dǎo)致端頭安全出口不暢通，造成機(jī)頭段擴(kuò)幫推進(jìn)，需制定合理的調(diào)斜方案，并對(duì)設(shè)備下滑控制技術(shù)進(jìn)行研究。

(2)破碎頂板條件下工作面大幅度調(diào)斜給旋轉(zhuǎn)中心頂板維護(hù)造成極大困難，旋轉(zhuǎn)開(kāi)采過(guò)程中機(jī)頭推進(jìn)少，支架基本原地調(diào)整，需解決采空區(qū)竄矸及頂板掉矸問(wèn)題。

(3)工作面機(jī)尾大幅度調(diào)斜將造成支架明顯走斜，且越靠近機(jī)頭走斜程度越嚴(yán)重，期間刮板輸送機(jī)與支架逐漸不垂直、切頂線不在一條直線上，需調(diào)整支架使其尾部向機(jī)尾方向擺動(dòng)，以確保移架、推溜、放頂及頂板支護(hù)效果，需解決人工打單體調(diào)架作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、勞動(dòng)強(qiáng)度大的難題。

(4)為有效控制設(shè)備下滑，需研究制定控制刮板輸送機(jī)的下滑措施。嚴(yán)格執(zhí)行從機(jī)頭向機(jī)尾方向依次移架、推溜，工作面刮板輸送機(jī)只允許存在一個(gè)彎曲段；加工調(diào)架專(zhuān)用撐桿，使用時(shí)撐桿削尖端插入待拉移支架底座，月牙端卡在相鄰架上立柱上，拉移期間根據(jù)圓行走軌跡將支架底座上移，完成支架調(diào)整工作；使用單體支柱在機(jī)頭打設(shè)戧柱。

(5)工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采期間傾向長(zhǎng)度不斷變化，且隨設(shè)備下滑端頭不斷拆除、安裝綜采設(shè)備，需解決設(shè)備對(duì)接及端頭支護(hù)問(wèn)題，保證工作面正常生產(chǎn)。2713工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采如圖1所示。

圖1 2713工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采示意Fig.1 2713 working face rotating mining schematic

2.2 工作面大幅度調(diào)斜方法

目前工作面切眼長(zhǎng)度為200 m，隨著切眼調(diào)斜回采的進(jìn)行，工作面推進(jìn)至切眼與兩巷垂直時(shí)斜長(zhǎng)最短，然后不斷變長(zhǎng)，調(diào)斜結(jié)束時(shí)工作面切眼長(zhǎng)度為205 m。調(diào)斜期間機(jī)尾推進(jìn)75 m，機(jī)頭推進(jìn)3 m，調(diào)斜比例為機(jī)頭∶機(jī)尾=1∶25，即刮板輸送機(jī)機(jī)頭推1刀(0.6 m)，機(jī)尾推25刀(15 m)，調(diào)斜需執(zhí)行5個(gè)循環(huán)。

2.2.1 調(diào)斜參數(shù)確定

如按照常規(guī)實(shí)中心調(diào)斜方法，需要確定以下幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。

(1)長(zhǎng)短刀比例n的確定。

(1)

式中，L為工作面平均長(zhǎng)度，取202.5 m；W為輸送機(jī)合理彎曲長(zhǎng)度，取15 m；d1、d2分別為輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾(包括過(guò)渡槽)長(zhǎng)度，取6 m；g為采煤機(jī)機(jī)身長(zhǎng)度，取10 m；f為每循環(huán)割通刀數(shù)，一般f=1～3，取1。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得出，n≈12，則可確定工作面調(diào)斜時(shí)，每循環(huán)長(zhǎng)短刀比例不超過(guò)1∶11。

(2)按照調(diào)斜設(shè)計(jì)，每調(diào)斜循環(huán)的轉(zhuǎn)角為：

α′=arctan(n-1)B/L

(2)

式中，α′為每個(gè)調(diào)斜循環(huán)的轉(zhuǎn)角；B為采煤機(jī)截深，取0.6 m。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得，α′=1.87°。

工作面調(diào)斜21°共需循環(huán)數(shù)為X=α/α′=11.3，X取10。此時(shí)旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)前移量T=XfB=6 m。

綜上可以得出，如工作面按照常規(guī)實(shí)中心方法調(diào)斜，需要機(jī)頭距離收尾線6 m時(shí)，工作面開(kāi)始調(diào)斜，割11個(gè)短刀1個(gè)通刀完成1個(gè)循環(huán)。每循環(huán)旋轉(zhuǎn)角度 1.87°，共需10個(gè)循環(huán)，方可完成調(diào)斜過(guò)程。由于工作面調(diào)斜距離較長(zhǎng)，單純采用實(shí)中心調(diào)斜，調(diào)斜范圍較小，而且旋轉(zhuǎn)端至調(diào)斜中心的移架步距逐步減小，頂板反復(fù)支撐次數(shù)逐漸增加，造成旋轉(zhuǎn)中心附近頂板管理困難、設(shè)備下滑控制難度大，因此工作面實(shí)施“虛實(shí)”中心結(jié)合、長(zhǎng)短刀交替旋轉(zhuǎn)開(kāi)采工藝。結(jié)合以上實(shí)中心調(diào)斜關(guān)鍵參數(shù)，確定2713工作面調(diào)斜每循環(huán)采用2次實(shí)中心和1次虛中心調(diào)斜，每次實(shí)中心調(diào)斜割9個(gè)短刀(機(jī)尾推進(jìn)9刀，機(jī)頭不推進(jìn))，每次虛中心調(diào)斜割6個(gè)短刀，1個(gè)長(zhǎng)刀(機(jī)頭推進(jìn)1刀，機(jī)尾推進(jìn)7刀)。每循環(huán)機(jī)尾推進(jìn)15 m，機(jī)頭推進(jìn)0.6 m，經(jīng)過(guò)5個(gè)循環(huán)后，工作面調(diào)斜結(jié)束。

2.2.2 “虛實(shí)”中心結(jié)合、長(zhǎng)短刀交替調(diào)斜工藝

(1)實(shí)中心調(diào)斜方法。①采煤機(jī)自機(jī)窩(采煤機(jī)上滾筒位于15號(hào)架，以下均以上滾筒為準(zhǔn))向下割煤至機(jī)頭二節(jié)槽，采煤機(jī)返回至15號(hào)架后繼續(xù)上行割透機(jī)尾，采煤機(jī)下行至15號(hào)架，由15號(hào)架向機(jī)尾正常推溜，將支架線繩一端固定在15號(hào)架的大立柱上，另一端固定在與機(jī)尾連接的支架大立柱上，拉出與機(jī)尾連接的支架，必須拉滿行程(600 mm)，15號(hào)架至機(jī)尾支架拉上線，溜子彎曲段可不必拉滿行程。②采煤機(jī)自15號(hào)架上行割煤至割透機(jī)尾，采煤機(jī)返回至30號(hào)架，由30號(hào)架向機(jī)尾正常推溜，將支架線繩一端固定在30號(hào)架的大立柱上，另一端固定在與機(jī)尾連接的支架大立柱上，拉出與機(jī)尾連接的支架，必須拉滿行程(600 mm)，30號(hào)架至機(jī)尾支架拉上線，溜子彎曲段可不必拉滿行程。③依照上述步驟依次完成30號(hào)、45號(hào)、60號(hào)、75號(hào)、90號(hào)、105號(hào)、120號(hào)架的上行短刀割煤。④自120號(hào)架短刀割煤結(jié)束后，采煤機(jī)下行割煤順直煤墻，至15號(hào)架做機(jī)窩，采煤機(jī)至機(jī)尾正常推溜，通排掛線拉架上線，進(jìn)入第2個(gè)實(shí)中心調(diào)斜。

(2)虛中心調(diào)斜方法。①采煤機(jī)自機(jī)窩(采煤機(jī)上滾筒位于20號(hào)架，以下均以上滾筒為準(zhǔn))向下割煤至機(jī)頭二節(jié)槽，采煤機(jī)返回至20號(hào)架后繼續(xù)上行割透機(jī)尾，采煤機(jī)下行至20號(hào)架，由20號(hào)架向機(jī)尾正常推溜，將支架線繩一端固定在20號(hào)架的大立柱上，另一端固定在與機(jī)尾連接的支架大立柱上，拉出與機(jī)尾連接的支架，必須拉滿行程(600 mm)，20號(hào)架至機(jī)尾支架拉上線，溜子彎曲段可不必拉滿行程。②采煤機(jī)自20號(hào)架上行割煤至割透機(jī)尾，采煤機(jī)返回至40號(hào)架，由40號(hào)架向機(jī)尾正常推溜，將支架線繩一端固定在40號(hào)架的大立柱上，另一端固定在與機(jī)尾連接的支架大立柱上，拉出與機(jī)尾連接的支架，必須拉滿行程(600 mm)，40號(hào)架至機(jī)尾支架拉上線，溜子彎曲段可不必拉滿行程。③依照上述步驟依次完成40號(hào)、60號(hào)、80號(hào)、100號(hào)、120號(hào)架的上行短刀割煤。④自120號(hào)架短刀割煤結(jié)束后，采煤機(jī)下行割煤至割透機(jī)頭順直煤墻，返至15號(hào)架做機(jī)窩，工作面自機(jī)頭向機(jī)尾通排正常推溜，通排掛線拉架上線，將全部支架和輸送機(jī)進(jìn)行調(diào)正，而后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)的實(shí)中心調(diào)斜。

(3)經(jīng)過(guò)5個(gè)循環(huán)后，工作面調(diào)斜至收尾線位置。工作面調(diào)斜進(jìn)刀位置如圖2所示。

圖2 工作面調(diào)斜進(jìn)刀位置示意Fig.2 Indication of position of cutting edge of working face

2.3 工作面大幅度調(diào)斜工藝優(yōu)化

以往工作面機(jī)尾調(diào)斜采用自機(jī)尾進(jìn)刀，進(jìn)刀位置逐漸向機(jī)頭方向挪移，割短刀由短變長(zhǎng)，溜子彎曲段向機(jī)頭推進(jìn)，將進(jìn)一步加劇機(jī)尾大幅度調(diào)斜期間設(shè)備的下滑，針對(duì)此問(wèn)題對(duì)調(diào)斜期間的割短刀方式進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)固化割煤順序，割短刀采用由長(zhǎng)變短方式，即先在機(jī)頭割長(zhǎng)短刀，然后進(jìn)刀位置逐漸向機(jī)尾挪移，溜子彎曲段逐漸向機(jī)尾推進(jìn)。通過(guò)提前將刮板輸送機(jī)機(jī)頭段推移到位，在推移機(jī)尾段期間，下部輸送機(jī)和支架可對(duì)設(shè)備下滑產(chǎn)生阻力，可有效抑制設(shè)備的下滑。同時(shí)制定控制刮板輸送機(jī)下滑的措施，嚴(yán)格執(zhí)行從機(jī)頭向機(jī)尾方向依次移架、推溜，工作面溜子只允許存在一個(gè)彎曲段，達(dá)到了預(yù)期的效果。2713工作面調(diào)斜割短刀進(jìn)刀位置對(duì)比如圖3所示。

圖3 2713工作面調(diào)斜割短刀進(jìn)刀位置對(duì)比Fig.3 Comparison of feed position of short knife in 2713 working face

2.4 工作面下巷端頭支護(hù)優(yōu)化

為控制機(jī)尾大幅度調(diào)斜期間工作面液壓支架和刮板輸送機(jī)下滑量，避免機(jī)頭段回撤支架及減少掐接輸送機(jī)中部槽次數(shù)，調(diào)斜前需增加機(jī)頭超前量，計(jì)劃工作面推進(jìn)至機(jī)頭距停采線15 m時(shí)開(kāi)始調(diào)斜，以確保開(kāi)始調(diào)斜前1號(hào)架上竄至進(jìn)入運(yùn)輸巷上幫約1.5 m。因調(diào)斜期間工作面傾向長(zhǎng)度在200 m～199 m～205 m變化，輸送機(jī)機(jī)尾加長(zhǎng)段因及時(shí)添加了支架，故支護(hù)方式不變。但機(jī)頭加長(zhǎng)段(0～1.5 m)頂板需采用單體支柱配合長(zhǎng)4 m的Π型鋼梁進(jìn)行支護(hù)，Π型鋼梁成對(duì)使用，棚距0.8 m，隨回采推進(jìn)Π型鋼梁交替邁步前進(jìn)。此段工作面頂板鋪設(shè)2～3層塑編網(wǎng)以防止采空區(qū)向工作面竄矸，靠近機(jī)頭的1號(hào)架頂梁壓網(wǎng)寬度不低于0.5 m，機(jī)頭處網(wǎng)片要與巷道內(nèi)金屬網(wǎng)相連接。

3 工作面旋轉(zhuǎn)中心頂板控制技術(shù)

(1)在工作面機(jī)頭距終采線位置余20 m時(shí)，調(diào)斜旋轉(zhuǎn)中心(機(jī)頭向上30號(hào)架范圍內(nèi))開(kāi)始鋪網(wǎng)，確保調(diào)架期間作業(yè)安全。

(2)加強(qiáng)旋轉(zhuǎn)中心鋪網(wǎng)施工質(zhì)量管理，保證網(wǎng)片落地及使用效果。

(3)吸取以往收尾鋪網(wǎng)事故教訓(xùn)，加工長(zhǎng)柄托網(wǎng)工具，提高作業(yè)安全系數(shù)。

4 工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采保障技術(shù)

4.1 工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采技術(shù)保障措施

(1)每班驗(yàn)收員必須在接班和交班時(shí)均測(cè)量機(jī)頭、機(jī)尾距中線的距離，掌握設(shè)備穩(wěn)定情況，根據(jù)距離變化提前準(zhǔn)備掐接設(shè)備相關(guān)工作，保證生產(chǎn)有序進(jìn)行。

(2)采煤機(jī)嚴(yán)格執(zhí)行自下而上單向割煤，保持工作面“三機(jī)”縱向穩(wěn)定性，避免采煤機(jī)雙向割煤時(shí)移架、推溜順序混亂，造成工程質(zhì)量失控、設(shè)備嚴(yán)重下滑，進(jìn)而影響旋轉(zhuǎn)開(kāi)采實(shí)施效果。

(3)嚴(yán)格控制1號(hào)支架的位置和狀態(tài)，保證1號(hào)支架初撐力不低于24 MPa。拉架時(shí)先拉移2號(hào)架，再拉移3號(hào)架，最后拉移1號(hào)架，嚴(yán)禁同時(shí)拉移1號(hào)—3號(hào)架，防止下端頭三架排頭支架倒架。從第4架到機(jī)尾嚴(yán)格堅(jiān)持自下向上單向拉架，拉架時(shí)拉緊防滑千斤頂，伸出機(jī)頭側(cè)支架前后側(cè)護(hù)板，然后拉機(jī)尾側(cè)支架，通過(guò)這種下“拉”上“扛”的拉架方式，防止第4架至機(jī)尾的支架倒架。

(4)由下而上單向推移刮板輸送機(jī)，嚴(yán)禁從上向下推移，防止輸送機(jī)下滑。

4.2 工作面支架防倒、防滑保障措施

(1)每班安排專(zhuān)人對(duì)工作面支架進(jìn)行檢修，凡是出現(xiàn)“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，必須當(dāng)班處理，嚴(yán)禁遺留隱患。確保支架大立柱、伸縮梁、護(hù)幫板，尤其是側(cè)護(hù)板完好、使用靈活。

(2)采煤機(jī)割平頂?shù)装?，使液壓支架與頂?shù)装褰佑|嚴(yán)密，保證支架有足夠初撐力，防止支架下滑。

(3)拉移支架時(shí)采取擦頂移架法，堅(jiān)持少降快移，減少空頂時(shí)間，控制好頂板。移架后支架與頂板應(yīng)接觸嚴(yán)密，嚴(yán)禁支架上仰下傾，并經(jīng)常進(jìn)行二次注液，保證初撐力達(dá)到規(guī)定要求。工作面局部片幫掉頂，梁端距超過(guò)規(guī)定時(shí)，應(yīng)及時(shí)拉移超前架。

(4)當(dāng)1號(hào)架出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)，用單體支柱調(diào)整支架方向、傾斜度，保證1號(hào)架底板平整，調(diào)整好支架以后升緊。

(5)保持支架側(cè)護(hù)板張開(kāi)50～150 mm，否則立即使用側(cè)護(hù)板或單體支柱進(jìn)行調(diào)架，保證側(cè)護(hù)板正常使用。

(6)支架操縱閥組設(shè)置支架把手閉鎖裝置，防止工作面人員在架間工作、行走時(shí)，誤碰支架操縱閥，造成支架失穩(wěn)、傾倒。支架把手閉鎖裝置必須正常使用，操作完支架后必須把支架把手打到“0”位，合上支架把手閉鎖裝置。

4.3 工作面支架走斜調(diào)整措施

(1)工作面機(jī)尾大幅度調(diào)斜過(guò)程中，刮板輸送機(jī)與支架逐漸不垂直，出現(xiàn)明顯走斜，而走斜程度越靠近機(jī)頭，走斜越明顯，需調(diào)整支架頂梁，使其尾部向機(jī)尾方向擺動(dòng)，以確保支架與刮板輸送機(jī)垂直。以往調(diào)整支架均使用支架側(cè)護(hù)板和長(zhǎng)2.5 m或長(zhǎng)1.6 m的單體柱進(jìn)行調(diào)架，但2713工作面支架使用時(shí)間長(zhǎng)，側(cè)護(hù)板油缸普遍存在竄液情況，無(wú)法正常使用，而使用單體支柱調(diào)架，單體支柱調(diào)架需要3人配合作業(yè)，且搬運(yùn)單體支柱笨重，不利于安全作業(yè)。

(2)針對(duì)工作面調(diào)斜期間人工打單體調(diào)架勞動(dòng)強(qiáng)度大、風(fēng)險(xiǎn)高問(wèn)題，基于工作面支架臨架操縱方式，利用圓形軌跡原理設(shè)計(jì)了一種調(diào)架專(zhuān)用工具，保證了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全。

(3)調(diào)斜專(zhuān)用撐桿使用廢舊工字鋼梁加工，一端削尖，另一端切割成與大立柱弧度相近的月牙。使用時(shí)將調(diào)架專(zhuān)用撐桿削尖端插入待拉移支架底座，月牙端卡在相鄰架上立柱上，拉移期間根據(jù)圓行走軌跡支架底座將上移，完成支架調(diào)整工作。調(diào)斜專(zhuān)用撐桿使用后每茬作業(yè)可減少2人/班，調(diào)斜期間4茬調(diào)架能節(jié)約8人/班，同時(shí)避免了來(lái)回搬運(yùn)、支設(shè)調(diào)架帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少工序的同時(shí)提高了勞動(dòng)效率。調(diào)架撐桿總長(zhǎng)800～860 mm，調(diào)架撐桿剛開(kāi)始斜戧在上一架底座窩內(nèi)，隨著支架前移，調(diào)架撐桿逐漸旋轉(zhuǎn)至與支架垂直，撐桿將支架尾部向機(jī)尾頂推。

4.4 工作面刮板輸送機(jī)防滑措施

(1)為防止輸送機(jī)嚴(yán)重下滑，在工作面120號(hào)、100號(hào)、80號(hào)、60號(hào)、40號(hào)、20號(hào)架各安裝一套防滑裝置。防滑裝置主要由防滑千斤頂、φ26 mm鏈條、安全閥、防滑支撐座、φ15.5 mm鋼絲繩、高壓膠管、操作閥等組成，通過(guò)螺栓將防滑支撐座固定在支架底座連接板上，使用十字頭及各種連接銷(xiāo)軸將各部件連接起來(lái)。

(2)120號(hào)架以下移架或推溜前，120號(hào)架以上的防滑油缸明柱收回使鏈條收緊；120號(hào)架的防滑油缸明柱伸出使鏈條放松，120號(hào)架以下推溜時(shí)，自下而上進(jìn)行推溜。120號(hào)架以下的所有溜槽推到位后，將120號(hào)架的防滑千斤頂收緊。

(3)按照上述辦法自下而上單向推移刮板輸送機(jī)，嚴(yán)禁從上向下推移，防止輸送機(jī)下滑。

(4)調(diào)斜期間堅(jiān)持自下而上的順序推溜、拉架。若頂板破碎不易維護(hù)，可拉超前架維護(hù)頂板。

(5)調(diào)整機(jī)尾期間，為防止刮板輸送機(jī)下滑帶動(dòng)端頭支架向下巷下滑過(guò)快，割完每個(gè)通排，趁直刮板輸送機(jī)頭過(guò)渡槽后，應(yīng)及時(shí)打設(shè)刮板輸送機(jī)頭的戧柱(使用合適長(zhǎng)度的單體液壓支柱，柱頭打在齒軌上，柱腳抵在支架頂梁下，柱腳與頂梁之間墊好木料防滑，柱頭戧向機(jī)尾方向，與支架頂梁成約75°夾角，單體液壓支柱拴牢防倒繩)，戧柱三用閥用舊皮帶包裹，并用鐵絲將舊皮帶捆扎牢固。

(6)調(diào)斜期間為減少刮板輸送機(jī)下滑量，輸送機(jī)機(jī)頭與運(yùn)輸巷下幫間可打設(shè)單體液壓支柱向上頂推刮板輸送機(jī)，單體液壓支柱柱頭支設(shè)在機(jī)頭護(hù)板對(duì)應(yīng)鏈輪卡塊位置，柱根頂在運(yùn)輸巷下幫。

5 工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采設(shè)備對(duì)接技術(shù)

2712工作面調(diào)斜期間，工作面傾向長(zhǎng)度在200 m～199 m～205 m變化，為保證工作面調(diào)斜期間生產(chǎn)與對(duì)接銜接有序，及端頭支護(hù)安全，需提前計(jì)劃工作面對(duì)接設(shè)備件，預(yù)計(jì)工作面上端頭需對(duì)接ZY3800-16/35型支架3臺(tái)，延接3節(jié)中部槽。

5.1 支架裝車(chē)

(1)液壓支架采用專(zhuān)用平板車(chē)裝車(chē)，用4個(gè)專(zhuān)用卡具固定，每個(gè)卡具用2個(gè)專(zhuān)用螺栓(M24×100，螺帽處焊一短鋼筋)固定，螺栓要擰緊，卡具與支架側(cè)間隙用木楔塞緊，保證重心平衡，支架兩端用40T鏈條與平板車(chē)拴緊。

(2)支架裝車(chē)后高度不得超過(guò)2 m，寬度不得超過(guò)1.5 m，支架入罐長(zhǎng)度不得超過(guò)4.2 m。

(3)支架立柱底腳不超過(guò)平板車(chē)中心300 mm。

5.2 支架卸車(chē)

(1)支架運(yùn)輸?shù)轿?、停?chē)后，在支架車(chē)的前2個(gè)車(chē)輪前安好阻車(chē)器。

(2)在停車(chē)地點(diǎn)前后5 m處設(shè)專(zhuān)人警戒，不經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安全負(fù)責(zé)人允許，行人不得通過(guò)。

(3)選擇4根與巷道高度相適應(yīng)的完好單體支柱，分別在支架車(chē)兩邊各支設(shè)2根單體支柱，單體柱柱頭直接打在頂板下時(shí)需使用墊木，避免損壞柱牙，單體柱升緊并拴好防倒繩。

(4)給支架供液，操作立柱手把，升架使支架頂梁升起，明柱伸出量約500 mm。

(5)在支架靠里側(cè)(工作面采空區(qū)方向)安裝2個(gè)卡具，卸掉外側(cè)2個(gè)卡具。

(6)在平板車(chē)支架底座尾部位置墊2個(gè)掛鏈條(或舊鋼帶)，防止支架在卸車(chē)過(guò)程中平板車(chē)上的插銷(xiāo)阻止支架通過(guò)，以保證支架能夠順利卸車(chē)；在距平板車(chē)不超過(guò)350 mm的軌道上，橫放2根道木，以減少支架下落的高度。

(7)在支架推拉框架立銷(xiāo)孔內(nèi)插入1個(gè)長(zhǎng)300 mm的銷(xiāo)子，并用煤袋掩蓋好，以平板車(chē)橫梁為支點(diǎn)，操作人員站在距支架2 m外前方(推進(jìn)方向)遠(yuǎn)程供液操作片閥使支架推拉油缸伸出，使立銷(xiāo)頂在平板車(chē)橫梁上，利用推拉油缸的推力使支架在平板車(chē)上向后(采空區(qū)方向)移動(dòng)。

(8)支架向后移動(dòng)，當(dāng)支架重心落到平板車(chē)以外時(shí)，支架底座尾部落在道木上。繼續(xù)操作推拉油缸手把，使支架底座大立柱鉸接點(diǎn)以里部分退到平板車(chē)以外。

(9)取掉平板車(chē)前車(chē)輪前的阻車(chē)器，然后操作片閥的人員撤到警戒線以外，使用泄漏電話通知無(wú)極繩絞車(chē)司機(jī)點(diǎn)動(dòng)絞車(chē)，使梭車(chē)?yán)瓌?dòng)平板車(chē)與支架底座分離；重復(fù)操作，直到支架離開(kāi)平板車(chē)。

5.3 支架拖運(yùn)

(1)前期準(zhǔn)備。①拖移支架前，先將設(shè)備列車(chē)處及以里巷道內(nèi)的供風(fēng)、供水膠管和電纜、監(jiān)測(cè)線、電話線等整理好，并吊掛在幫部距底板1.8 m以上的安全位置，防止支架擠破管線或電纜；②拖移支架之前，安排專(zhuān)人對(duì)支架經(jīng)過(guò)的通道進(jìn)行全面檢查，主要檢查通道的寬度、高度、支護(hù)情況、沿途纜線等，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理，確保支架拖運(yùn)工作順利進(jìn)行；③支架運(yùn)至上超前之前，將超前支護(hù)中間一排單體柱向巷幫挪移，保證人行道寬度不低于1.6 m；④當(dāng)班拖運(yùn)的支架必須當(dāng)班對(duì)接完成，嚴(yán)禁支架在超前支護(hù)段存放時(shí)間超過(guò)8 h，避免長(zhǎng)時(shí)間人行道寬度不足或影響通風(fēng)斷面。

(2)使用老樁法拖運(yùn)支架。支架拖運(yùn)方式如圖4所示。

圖4 支架拖運(yùn)方式Fig.4 Support haulage mode

5.4 支架對(duì)接

(1)準(zhǔn)備工作。對(duì)接支架端頭及超前支護(hù)如圖5所示。

圖5 對(duì)接支架端頭及超前支護(hù)示意Fig.5 Schematic diagram of bolt supporting end and advance supporting

(2)對(duì)接方法。①當(dāng)待對(duì)接支架尾部拖移至距原機(jī)尾端頭支架大立柱2 m的位置后，再用單體支柱將待對(duì)接支架向采空區(qū)側(cè)推移。單體支柱柱帽頂在待對(duì)接支架底座上側(cè)面，柱腳頂在上巷上幫的合適位置，保證單體支柱支設(shè)位置合適，并在單體支柱和支架及單體液壓支柱與巷幫間墊木料，防止單體液壓支柱打滑、鉆幫，并拴好防倒繩。②接通注液槍?zhuān)ㄟ^(guò)遠(yuǎn)程供液對(duì)單體支柱進(jìn)行供液。通過(guò)調(diào)整單體支柱位置將待對(duì)接支架頂推至超前原端頭支架1～2排的位置。③接通待對(duì)接支架與原端頭支架的連接管路，操作支架操作手把，使支架升起保證接頂嚴(yán)密，并保證支架初撐力達(dá)到24 MPa以上。④隨工作面向外推進(jìn)，原端頭支架逐漸向外拉移，逐漸與待對(duì)接支架進(jìn)行對(duì)接。

6 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

2713工作面收尾前實(shí)施旋轉(zhuǎn)開(kāi)采工藝，頂板塑編網(wǎng)、木料支護(hù)材料投入5萬(wàn)元；減少端頭處支架拆除(安裝)3臺(tái)、中部槽拆除(安裝)3節(jié)，實(shí)現(xiàn)效益增收0.9萬(wàn)元；調(diào)斜專(zhuān)用撐桿使用后每茬作業(yè)可減少2人/班，調(diào)斜期間4茬調(diào)架能節(jié)約8人/d，實(shí)現(xiàn)效益增收1.6萬(wàn)元；實(shí)現(xiàn)工作面多回收煤炭資源2.7萬(wàn)t，按600元/t煤計(jì)算，價(jià)值1 620萬(wàn)元。共實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益1 617.5萬(wàn)元。

6.2 社會(huì)效益

(1)根據(jù)車(chē)集礦回采經(jīng)驗(yàn)及理論計(jì)算，預(yù)計(jì)2713工作面調(diào)斜及收尾期間支架下滑2.7 m，通過(guò)提前調(diào)整機(jī)頭超前量，促使1號(hào)架上竄至進(jìn)入運(yùn)輸巷上幫約1.5 m，預(yù)留支架下滑空間，避免了調(diào)斜期間1號(hào)架?chē)?yán)重下滑、運(yùn)輸巷擴(kuò)幫推進(jìn)情況。

(2)2713工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采采用“虛實(shí)”中心結(jié)合、長(zhǎng)短刀交替調(diào)斜工藝，優(yōu)化割短刀進(jìn)刀方式，使得溜子彎曲段向機(jī)尾延伸，有效控制了設(shè)備下滑，實(shí)現(xiàn)機(jī)尾大幅度調(diào)斜75 m期間僅在機(jī)頭拆除1節(jié)中部槽，相比理論計(jì)算設(shè)備下滑量少了3臺(tái)，相當(dāng)于機(jī)頭(尾)少掐(接)3節(jié)中部槽，同時(shí)機(jī)頭(尾)少回撤(安裝)3臺(tái)支架，減少了設(shè)備拆除、安裝過(guò)程中帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，帶來(lái)了巨大的安全效益。

(3)針對(duì)2713工作面厚層直接頂破碎易冒落、收尾前大幅度調(diào)斜造成支架支護(hù)狀態(tài)差，且旋轉(zhuǎn)中心段頂板受支架反復(fù)升降擾動(dòng)、破碎離層，給工作面調(diào)架作業(yè)帶來(lái)極大安全隱患情況，對(duì)頂板支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，推行在旋轉(zhuǎn)中心機(jī)頭向上30號(hào)架范圍內(nèi)鋪網(wǎng)新工藝，為調(diào)架作業(yè)提供安全可靠的空間，杜絕了調(diào)架作業(yè)掉矸傷人事故的發(fā)生，同時(shí)有效防止采空區(qū)架間竄矸，減少人工清理浮矸量，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)架，保證了工作面調(diào)斜、收尾期間的作業(yè)安全。

(4)基于工作面支架調(diào)整臨架操縱方式，利用圓形軌跡原理，加工調(diào)架專(zhuān)用撐桿，使用時(shí)將調(diào)架專(zhuān)用撐桿削尖端插入待拉移支架底座，月牙端卡在相鄰架上立柱位置，拉移期間根據(jù)圓行走軌跡將支架底座上移，完成支架調(diào)整工作。新式調(diào)架方法大幅減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了支設(shè)單體調(diào)架安全風(fēng)險(xiǎn)，減少了工序、提高了勞動(dòng)效率。

(5)對(duì)工作面大幅度調(diào)斜期間設(shè)備防滑技術(shù)進(jìn)行研究，使用防滑油缸配合單體支柱固定刮板輸送機(jī)，有效減少了設(shè)備下滑量；對(duì)端頭處支架及中部槽對(duì)接技術(shù)進(jìn)行研究應(yīng)用，保證了端頭支護(hù)可靠、設(shè)備有序?qū)雍凸ぷ髅嬲；夭伞?/p>

7 結(jié)語(yǔ)

破碎頂板條件下工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采技術(shù)的成功應(yīng)用實(shí)施，解決了大幅度調(diào)斜期間設(shè)備下滑控制、旋轉(zhuǎn)中心段頂板維護(hù)困難及人工調(diào)架勞動(dòng)強(qiáng)度大的難題，保證了工作面安全生產(chǎn)，為礦井綜采工作面初采及收尾前大幅度調(diào)斜提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有重要的借鑒意義。