不規(guī)則采煤工作面旋轉(zhuǎn)開采技術研究

杜超

（冀中能源股份山西壽陽段王煤業(yè)集團有限公司，山西 晉中 045499）

0 引 言

我國煤炭資源賦存地質(zhì)條件較為復雜，煤層常伴隨有斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，因此優(yōu)化旋轉(zhuǎn)開采技術，高效指導生產(chǎn)，提高效率和效益，努力做到邊際效益最大化是極為重要的，具有現(xiàn)實生產(chǎn)意義。

目前，學者在旋轉(zhuǎn)開采技術方面進行了一系列的研究，蘇相賓[1]為解決工作面遇斷層導致工作面開采中斷的難題，成功實施了工作面旋轉(zhuǎn)開采關鍵技術。避免了工作面搬家倒面帶來的安全風險和繁瑣工程，保證了礦井生產(chǎn)的連續(xù)性和資源回收的最大化。楊曉東[2]為研究不規(guī)則工作面開采技術難題及開采過程中的礦壓規(guī)律，通過實心旋轉(zhuǎn)的方式配合長短刀結(jié)合的進刀方式調(diào)斜過程中應力、位移及塑性區(qū)存在著不對稱分布的現(xiàn)象，調(diào)斜結(jié)束后，不對稱現(xiàn)象基本消失。陳慧明[3]針對工作面直接頂破碎易冒落、綜采設備嚴重下滑等問題，提出了破碎頂板條件下工作面旋轉(zhuǎn)開采技術，研究對保障工作面安全生產(chǎn)具有重要意義。李順順[4]利用數(shù)值模擬的方法，重點研究了旋采段采場超前支承壓力和側(cè)向支承壓力分布特征。王惠風[5]針對邊界三角煤及不規(guī)則塊段造成三角煤丟失、資源浪費的難題，通過綜放工作面旋轉(zhuǎn)開采關鍵技術的應用，成功回采了邊界三角煤。史之印[6]為減少工作面搬家次數(shù)和回收更多煤炭資源，確定采用旋轉(zhuǎn)開采布置和不規(guī)則梯形開采布置，實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。李亮[7]分別從技術經(jīng)驗、主要設備、勞動人員素質(zhì)和管理水平等3 個角度探討轉(zhuǎn)采方案的可行性，得出轉(zhuǎn)采方案的成功實施增加了該工作面的服務年限。楊勝利[8]為解決不規(guī)則工作面布置設備的難題，提出了基于頂板連續(xù)緩慢下沉為主的" 限定變形" 頂板載荷估算方法，節(jié)約了搬家倒面和新開切眼的經(jīng)濟成本。趙慶民[9]為了研究復雜地質(zhì)條件下綜采工作面旋采技術，進行了復雜地質(zhì)條件下旋采角度測試，旋采效果令人滿意。沈磊[10]旋轉(zhuǎn)調(diào)斜開采的應用，為煤礦邊角煤開采、工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)斜開采提供了經(jīng)驗。王軍國[11]提出了綜放工作面旋轉(zhuǎn)開采技術，提高了工作面回采速度。高維智[12]從重型設備綜放工作面的設備搭接、工藝優(yōu)化、巷道布置等方面做了詳細研究，提出了重型裝備綜放工作面旋轉(zhuǎn)開采成套關鍵技術。王永平[13]為多回收煤炭資源制定了一系列關于設備布置、旋轉(zhuǎn)開采以及過斷層的安全技術保障措施，解決了綜放面初采大落差斷層下旋轉(zhuǎn)開采的技術難題。張先華[14]關于如何最大限度的回收煤炭資源、安全前提下延長礦井壽命，經(jīng)過深入研究確定局部采用旋轉(zhuǎn)技術進行回采，效益明顯。陸偉[15]為減少煤炭資源損失設計了進刀比為1∶3 的旋采方法及旋采關鍵技術方案，旋采期間日產(chǎn)量達正常綜采期間的93.1%，經(jīng)濟效果良好。邵洪杰[16]提出旋轉(zhuǎn)開采期間關鍵過程控制，可以有效減少搬家次數(shù)，緩解采掘銜接緊張的局面，有利于綜采工作面發(fā)揮高產(chǎn)高效的優(yōu)勢，同時為工作面的設計提供了新的思路。王俊[17]通過采用旋轉(zhuǎn)式開采提高了礦井資源采出率，為同類條件下的綜采開采提供了參考。魏新賢[18]在分析綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采現(xiàn)狀的基礎上，對旋轉(zhuǎn)開采技術進行了研究。分析了綜采面旋轉(zhuǎn)開采工藝，解決了旋轉(zhuǎn)開采實踐中的關鍵技術。

不規(guī)則采煤工作面旋轉(zhuǎn)開采技術是一種在復雜煤層地質(zhì)條件下進行煤炭開采的方法。該技術的關鍵在于根據(jù)地質(zhì)特征和煤層變化，通過調(diào)整掘進巷道的位置和形狀，使其與煤層的走向和傾角相適應，從而實現(xiàn)煤炭的高效開采。

1 工程概況

友眾煤礦6 號煤層為極不穩(wěn)定的局部可采煤層，存在煤層厚度變化大、夾矸厚度變化大、賦存極不穩(wěn)定的復雜地質(zhì)條件，為延長6 號煤層服務年限，實現(xiàn)3 號、6 號煤層的合理配采，礦井開展6 號煤層“找煤擴量”工作，在6 號煤層東翼回風下山以西200 ～300 m 區(qū)域內(nèi)的條狀厚煤層區(qū)域布置了60108 工作面。

60108 工作面長66 m、運輸巷可采長度526 m、回風巷可采長度412 m、平均可采長度469 m、平均煤厚2.2 m、儲量9.53 萬t，該工作面上部為3 號煤層30101、30103 工作面采空區(qū)，與3 號煤層的層間距8 ～11 m，平均10 m，受煤層賦存條件限制及掘進探煤巷的影響，該工作面為不規(guī)則的邊角煤采煤工作面，在回采工程中需通過老巷兩條、旋轉(zhuǎn)開采兩次，其中第一次旋轉(zhuǎn)角度為142°、第二次旋轉(zhuǎn)角度為137°，在第二次旋轉(zhuǎn)開采后，工作面面長縮短至64 m。

2 旋轉(zhuǎn)開采方法

為解決60108 工作面采空區(qū)下方旋轉(zhuǎn)開采過程中的工作面面長短且調(diào)采期間面長變化、下端頭頂板支護、下平巷運輸系統(tǒng)調(diào)整、撤除支架、工作面支架調(diào)整等問題，在該工作面回采過程中，創(chuàng)新了固定溜尾、調(diào)采溜頭、長短刀結(jié)合的旋轉(zhuǎn)開采技術，并克服了工作面不等長、大角度旋轉(zhuǎn)、支架調(diào)整頻繁、刮板輸送機上竄、旋轉(zhuǎn)回采期間需通過老巷等困難，成功解決了旋轉(zhuǎn)開采過程中的工作面及兩巷頂板管理、設備調(diào)整等方面的難題，為國內(nèi)首創(chuàng)，為今后走向長壁和傾斜長壁聯(lián)合布置不等長工作面旋轉(zhuǎn)回采積累了一定經(jīng)驗，對于同類型采煤工作面回采具有重大意義。

60108 工作面采用走向長壁后退式綜合機械化采煤方法，采煤機組上下滾筒割裝煤，刮板運輸機、轉(zhuǎn)載機運煤。工作面沿煤層一次采全高，采用全部垮落法管理頂板。

（1） 在工作面距離拐彎40 m 時，新安裝40T 刮板輸送機1 部、挪移工作面轉(zhuǎn)載機至拐彎點以外，從而形成工作面刮板輸送機—40T 刮板輸送機—工作面轉(zhuǎn)載機—帶式輸送機的出煤系統(tǒng)，保證了工作面旋轉(zhuǎn)開采期間的正常運輸。

（2） 工作面調(diào)采期間，因溜頭“上竄”造成1 號支架距離60108 運輸巷下幫煤壁超過1.5 m時，采用支設π 型鋼配合DW35 單體支護頂板，在拐彎位置跨度較大的區(qū)域通過支設木垛加強大跨度區(qū)域的頂板支護。

（3） 創(chuàng)新了固定溜尾、調(diào)采溜頭、長短刀結(jié)合的扇形旋轉(zhuǎn)開采技術，即以溜尾為中心作扇形旋轉(zhuǎn)開采溜頭，旋轉(zhuǎn)開采工藝為：機組從溜頭吃刀直接上行割至20 號支架抹茬至30 號支架—吃刀下行至溜頭—溜頭吃刀割至30 號并抹茬至40號—40 號吃刀下行至溜頭—溜頭吃到上行割至40號并抹茬至溜尾—溜尾吃刀下行至溜頭，完成一個循環(huán)，以此循環(huán)直至完成旋轉(zhuǎn)開采為止。

（4） 在工作面旋轉(zhuǎn)開采期間，創(chuàng)新“邊開采、邊調(diào)架”工藝，每班要及時調(diào)整支架，保證支架齊直，每一循環(huán)必須有一遍割通刀，在每個調(diào)采循環(huán)結(jié)束時，必須將工作面運輸機找直，支架調(diào)正，防止工作面在推進過程中出“肚”，造成支架擠咬現(xiàn)象發(fā)生。

（5） 工作面在旋轉(zhuǎn)回采過程中，保證工作面內(nèi)支架始終垂直輸送機，由于支架調(diào)整頻繁、反復支撐頂板，尤其是工作面溜尾位置，在頂板破碎、煤壁片幫地段，堅持做到先維護頂板、后調(diào)整支架。

（6） 調(diào)整支架堅持勤調(diào)、微調(diào)、少降架、快調(diào)整方針，發(fā)現(xiàn)支架擠咬現(xiàn)象時，移架過程中及時利用側(cè)護板或單體液壓支柱調(diào)架，調(diào)整順序一般為由機頭側(cè)至機尾側(cè)，首先調(diào)整端頭架的方向，以端頭架為基準，依次調(diào)整工作面內(nèi)支架。

3 結(jié) 語

不規(guī)則采煤工作面旋轉(zhuǎn)開采技術是一種適應復雜地質(zhì)條件的煤炭開采方法，其優(yōu)勢在于靈活性高、適應性強以及成本較低等特點，對于提高煤炭開采效率和節(jié)約資源具有積極的意義。該技術的一大優(yōu)勢是可以有效應對煤層走向和傾角的變化，避免了傳統(tǒng)開采方法中因地質(zhì)條件復雜而造成的礦山壓力、安全隱患以及煤炭資源浪費等問題。通過旋轉(zhuǎn)工作面的方式，可以靈活調(diào)整開采方向和方法，提高煤炭的回收率和開采效率。