李生生，李光勇

(1.天地科技股份有限公司，北京 100013；2.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司 同家梁礦，山西 大同 037025)

開采技術(shù)與裝備

復(fù)雜條件下綜采工作面調(diào)斜開采技術(shù)與實(shí)踐

李生生1，李光勇2

(1.天地科技股份有限公司，北京 100013；2.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司 同家梁礦，山西 大同 037025)

[摘要]為了減少資金投入和提高采出率，研究了綜采工作面調(diào)斜開采的技術(shù)與工藝。經(jīng)過技術(shù)方案對(duì)比，同家梁礦8801工作面采用“虛心”旋轉(zhuǎn)調(diào)斜開采技術(shù)，旋轉(zhuǎn)半徑226m。通過加強(qiáng)端頭支護(hù)和超前支護(hù)，合理控制工作面頭尾的推進(jìn)度，保證了同家梁礦8801工作面調(diào)斜開采試驗(yàn)的順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了安全高效生產(chǎn)、資源采出率大幅提高。

[關(guān)鍵詞]復(fù)雜條件；綜采工作面；調(diào)斜開采技術(shù)

保持工作面長(zhǎng)度恒定和較長(zhǎng)的推進(jìn)距離是避免回采過程中支架、輸送機(jī)裝拆、搬運(yùn)和工作面頻繁搬家的常用手段[1-3]。但遇到斷層、破碎帶、采空區(qū)、陷落柱等特殊地質(zhì)條件時(shí)，需要及時(shí)調(diào)整工作面布置和掘進(jìn)方向。針對(duì)上述問題，目前最常用的兩種方法是重開切眼和調(diào)斜開采[4-6]。重開切眼工藝簡(jiǎn)單，但需增加切眼工程量、遺留三角煤，從而造成煤炭資源損失，且搬家費(fèi)用昂貴。調(diào)斜開采相對(duì)于重開切眼方案具有井巷工程量小、節(jié)約搬家費(fèi)用、提高煤炭采出率、減少三角煤損失、節(jié)省搬家停采時(shí)間、穩(wěn)定煤礦產(chǎn)量等諸多優(yōu)點(diǎn)[4-11]。顯而易見，工作面調(diào)斜開采存在較大工藝難度，工作面旋轉(zhuǎn)期間，支架及輸送機(jī)位置及方向不易控制，常常出現(xiàn)支架傾斜、相互擠壓的現(xiàn)象，同時(shí)輸送機(jī)頭上竄下滑現(xiàn)象明顯[5-6]。為減少工作面搬家頻次，工作面須進(jìn)行調(diào)斜開采[6]。調(diào)斜開采技術(shù)是在前進(jìn)式采煤和Z形采煤基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其實(shí)質(zhì)是工作面的小角度旋轉(zhuǎn)，以工作面運(yùn)輸機(jī)頭或機(jī)尾為旋轉(zhuǎn)中心，另一端圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，使工作面沿若干分割的小扇形推進(jìn)[5-7]。

1工程概況

斷層及采空區(qū)煤柱的影響造成同家梁礦8801工作面巷道無(wú)法直線布置，如圖1所示。工作面由兩部分組成：外段為8801-1工作面，內(nèi)段為8801-2工作面。其中8801-1面即將回采結(jié)束，前期開采遺留的兩條空巷垂直穿越工作面，空巷間煤柱寬16m?？拷?801工作面回風(fēng)巷外側(cè)存在一條斷層，落差2.8m，對(duì)工作面的開采具有較大影響。8801-2工作面推進(jìn)長(zhǎng)度總計(jì)可達(dá)880m，工作面長(zhǎng)113m，拐點(diǎn)角度約25.22°?；夭上锏姥孛簩禹敯寰蜻M(jìn)，矩形斷面，其中膠帶巷和軌道巷斷面高分別為3.8m和3.4m，寬均為5m。頂板狀況一般，支護(hù)方式為錨-網(wǎng)-索+鋼帶。工作面主要配套設(shè)備為采煤機(jī)、液壓支架和工作面輸送機(jī)，型號(hào)和技術(shù)特征見表1。通過對(duì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的論證，決定采用調(diào)斜方法開采8801-2工作面，但面臨如下困難：調(diào)斜區(qū)域內(nèi)過兩條空巷；斷層帶極為破碎；頂板為復(fù)合層頂板且頂板不完整；高瓦斯區(qū)域；通過一條盲巷。

圖1　8801工作面布置

設(shè)備名稱設(shè)備型號(hào)主要技術(shù)特征采煤機(jī)MXA-600/30電牽引采煤機(jī),總裝機(jī)功率1130kW,滾筒直徑2000mm,臥底量402mm,滾筒截深800mm,采高1800～3076mm液壓支架ZZ-6000-22/35共77架,支架工作阻力6000kN,支架高度2.2～3.5m,支護(hù)強(qiáng)度0.83～0.87MPa,底座比壓1.79MPa工作面輸送機(jī)SGB-764/400雙邊圓環(huán)式刮板鏈,電動(dòng)機(jī)功率為2×200kW,輸送量800t/h,可鋪設(shè)長(zhǎng)度180m

2調(diào)斜開采優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1選擇調(diào)斜旋轉(zhuǎn)方式

合理的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)不僅關(guān)系到調(diào)斜和旋轉(zhuǎn)的成敗，同時(shí)也決定了方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)[9-10]。綜采工作面旋轉(zhuǎn)方式有實(shí)心旋轉(zhuǎn)和虛心旋轉(zhuǎn)兩種。實(shí)心旋轉(zhuǎn)調(diào)斜開采以輸送機(jī)頭為旋轉(zhuǎn)中心，該方案的優(yōu)點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)工作量相對(duì)較小、工藝簡(jiǎn)單、操作方便；但該方案旋轉(zhuǎn)中心端支架移架步距小、支架對(duì)頂板多次反復(fù)支撐，不利于頂板管理，同時(shí)存在支架下滑、擠架和輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接困難等問題。虛心旋轉(zhuǎn)方式以調(diào)斜弧圓心為旋轉(zhuǎn)中心，該方法的優(yōu)點(diǎn)是輸送機(jī)機(jī)頭機(jī)尾協(xié)調(diào)前進(jìn)，可顯著改善旋轉(zhuǎn)中心附近的頂板管理狀況；但虛心旋轉(zhuǎn)方式工藝復(fù)雜，難以精確控制旋轉(zhuǎn)參數(shù)和旋轉(zhuǎn)進(jìn)度，并且也存在輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)搭接困難[11]的問題。通過對(duì)比，結(jié)合本工作面的實(shí)際情況，選擇虛心旋轉(zhuǎn)方式。

2.2確定旋轉(zhuǎn)半徑及“虛心”

在調(diào)斜過程中要求頭尾進(jìn)度之比為1∶2，從而旋轉(zhuǎn)半徑為2倍的工作面長(zhǎng)度。旋轉(zhuǎn)“虛心”的確定方法如圖2所示，具體為：在采掘平面圖上分別作與調(diào)斜前后巷道平行的直線，該直線至巷道的距離為工作面長(zhǎng)度L，這兩條直線的交點(diǎn)即為旋轉(zhuǎn)“虛心”O(jiān)。過“虛心”O(jiān)作與工作面推進(jìn)方向垂直的直線，分別與工作面交于A，B，C，D四點(diǎn)。其中AB為調(diào)斜開始線，CD為調(diào)斜結(jié)束線，由幾何關(guān)系可得：

(1)

(2)

圖2　工作面調(diào)斜旋轉(zhuǎn)中心確定

2.3計(jì)算最大開幫量

機(jī)頭側(cè)開幫量為EF，機(jī)尾側(cè)最大開幫量為HI。由圖2，根據(jù)幾何關(guān)系得：

EF=OF-OE

(3)

OE=OA=R/2-d

(4)

OF=OA/cos(α/2)

(5)

式中，R為旋轉(zhuǎn)半徑，226m；L為工作面長(zhǎng)度，113m；d為工作面長(zhǎng)度，5m；α為工作面旋轉(zhuǎn)角度，25.22°；代入數(shù)據(jù)可求得EF=2.67m；采用同樣的方法，可求得HI=5.59m。

2.4計(jì)算長(zhǎng)刀割煤進(jìn)刀數(shù)

工作面調(diào)斜過程中各處都有進(jìn)度,機(jī)尾處支架整步移動(dòng),機(jī)頭機(jī)尾的移動(dòng)按1∶2計(jì)算。長(zhǎng)刀割煤，工作面每進(jìn)1刀，工作面旋轉(zhuǎn)的角度δ由式(6)計(jì)算，代入數(shù)據(jù)可得δ。

δ=arctan(B/R)≈0.2028°

(6)

式中，B為采煤機(jī)截深，0.8 m。

工作面需旋轉(zhuǎn)角度α=25.22°，從而需長(zhǎng)刀割煤進(jìn)刀數(shù)N1為：

N1=α/δ=25.22/0.2028=124.36≈125

(7)

3工作面調(diào)斜施工

3.1調(diào)斜工藝準(zhǔn)備[7-11]

(1)通風(fēng)措施針對(duì)通風(fēng)安全制定專門的技術(shù)措施，首先鑿開膠帶尾盲巷密閉，采用壓風(fēng)機(jī)疏散有害氣體，然后加裝回風(fēng)空巷風(fēng)橋以改變回風(fēng)風(fēng)流，最后安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗，以控制風(fēng)量。

(2)空巷支護(hù)為防止空巷頂板及煤幫在調(diào)斜開采的過程中出現(xiàn)意外，必須對(duì)空巷加強(qiáng)支護(hù)。在原錨桿+鋼帶支護(hù)基礎(chǔ)上，采用錨索+鋼帶加強(qiáng)支護(hù)。

(3)清理巷道將兩條空巷和盲巷中的雜物清理干凈，特別是金屬物品，防止調(diào)斜期間損壞采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、膠帶等設(shè)備。

3.2調(diào)斜開采措施

(1)開幫為了在調(diào)斜段形成圓弧狀巷幫，在轉(zhuǎn)彎處對(duì)2801巷外側(cè)開幫，開幫量介于0～2.8m之間，長(zhǎng)度約為50.6m；對(duì)5801巷內(nèi)側(cè)開幫，開幫量介于0～5.5m之間，長(zhǎng)度約為98.8m。

(2)過空巷過空巷過程中始終保持溜尾滯后溜頭5～10m以上進(jìn)度開采，即工作面溜頭先于溜尾5～10m以上。接近空巷時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制采高，防止因采動(dòng)影響造成空巷頂板冒頂。

(3)端頭加強(qiáng)支護(hù)調(diào)斜開采期間，擴(kuò)幫造成上下端頭空頂面積增大，采用“4對(duì)8梁”方式加強(qiáng)支護(hù)，梁長(zhǎng)2.4m，保留關(guān)門柱子，1梁2柱，邁步前進(jìn)。

(4)超前支護(hù)[12]調(diào)斜開采過程中，若巷道寬度大于4m，超前支護(hù)變?yōu)?排，在巷道超高處或頂板破碎處必須架設(shè)雙梁、木抬棚，并保證接頂良好。采用1梁4柱，梁長(zhǎng)6m，錯(cuò)距3m，單體液壓支柱間距1.5m，作用點(diǎn)距梁端0.75m。

工作面旋轉(zhuǎn)過程如圖3所示，調(diào)采過程中，工作面頭尾的推進(jìn)度采用巷道頂板上提前標(biāo)好長(zhǎng)度刻度來(lái)控制，工作面頭尾推進(jìn)度之比保持為1∶2。工作面每刀進(jìn)度主要依靠支架推移千斤頂調(diào)整。嚴(yán)控頭尾進(jìn)度即可保證調(diào)采工作面始終沿虛擬調(diào)斜中心旋轉(zhuǎn)。

圖3　工作面調(diào)斜示意

4調(diào)斜開采試驗(yàn)結(jié)果

本次調(diào)斜開采施工于3月15日正式開始，并于4月1日結(jié)束，僅用18d就順利完成了調(diào)斜開采，與重開切眼方案相比，減少了井巷工程近200m，節(jié)約搬家費(fèi)用約300萬(wàn)元，多回收煤炭42kt，提高了采出率。同時(shí)提高了綜采設(shè)備的利用率，保證了工作面穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

5結(jié)束語(yǔ)

同家梁礦8801工作面在復(fù)雜條件下，通過科學(xué)規(guī)劃，采取有的放矢的技術(shù)措施，解決了施工中出現(xiàn)的問題，調(diào)斜開采取得圓滿成功，經(jīng)濟(jì)效益顯著，調(diào)斜開采經(jīng)驗(yàn)從無(wú)到有。通過本次調(diào)采試驗(yàn)可以得出：虛心旋轉(zhuǎn)調(diào)采相比實(shí)心旋轉(zhuǎn)調(diào)采可明顯減少支架下滑、擠架和輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接困難等問題，有利于頂板管理。合理有序的調(diào)采準(zhǔn)備工作是調(diào)采成功的重要影響因素，巷道頂板上提前標(biāo)好的長(zhǎng)度刻度能較好地控制工作面頭尾推進(jìn)度。本次調(diào)斜開采為今后進(jìn)一步研究與推廣調(diào)斜開采技術(shù)積累了成功的經(jīng)驗(yàn)，也為殘留盤區(qū)、邊角煤采用旋轉(zhuǎn)開采經(jīng)濟(jì)合理地回收煤炭資源打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]姜學(xué)云.綜采面工藝參數(shù)研究[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1994.

[2]李偉，王乃國(guó)，張治高.煤礦安全高效開采理論技術(shù)與實(shí)踐[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[3]陳炎光，徐永圻.中國(guó)采煤方法[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1991.

[4]屠世浩，郝明奎，謝耀社.孤島煤柱綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，33(5)：520-523.

[5]孫?？?綜放工作面大角度弧線旋轉(zhuǎn)開采的設(shè)計(jì)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2004，2(4)：28-30.

[6]邢相，許盛運(yùn)，張春華.大角度旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)在曉南礦的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39(8)：39-41，49.

[7]陳立才.旋轉(zhuǎn)開采工藝在大傾角綜采工作面的應(yīng)用[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，9(3)：68-70.

[8]周希應(yīng).綜采工作面調(diào)斜開采技術(shù)[J].科學(xué)之友，2013(6)：2-3.

[9]趙新汶.綜采調(diào)斜技術(shù)研究與應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2006(2)：45-46.

[10]王琪，趙明洲.綜采工作面連續(xù)多次旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)及應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2009，37(6)：14-16.

[11]陸偉，楊科，楊曉杰，等.大傾角三軟厚煤層綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42(7)：18-21，25.

[12]劉桂仁，任保明.緩傾斜煤層綜采面旋轉(zhuǎn)開采方法[J].西安科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，21(4)：319-321.

[13]陳興民，王峰，王振棟.“三軟”煤層綜采工作面旋轉(zhuǎn)開采接架技術(shù)[J].煤炭工程，2010，1(10)：37-39.

[14]楊夫剛，孫琪，張永剛，等.綜放工作面大轉(zhuǎn)角調(diào)斜開采實(shí)踐[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015(14)：272.

[15]雷引民.調(diào)斜開采和旋轉(zhuǎn)式開采技術(shù)的應(yīng)用[J].山西焦煤科技，2003，27(4)：25-26，46.

[責(zé)任編輯：周景林]

Practical of Tilt Modulation Mining Technology of Fully Mechanized Face with Complex Condition

LI Sheng-sheng1，LI Guang-yong2

(1.Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China；2.Tongjialiang Coal Mine，Datong Mine Corporation Co.，Ltd.，Datong 037025，China)

Abstract：In order to decreasing investment and improving recovery ratio，tilt modulation mining technology of fully mechanized face was studied，through technical methods compared，‘ false center’ rotate tilt modulation mining technology was applied in 8801 working face in Tongjialiang coal mine，rotate radius was 226m.According face-end supporting and advanced supporting were enhanced，the advanced distance between two sides of working face was controlled reasonable，tilt modulation mining experiment in 8801 working face of Tongjialiang coal mine，safety and high efficiency of production was realized，and the coal resource recovery ratio was improved obviously.

Key words：complex condition；fully mechanized face；tilt modulation mining technology

[收稿日期]2015-10-10[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.03.011

[基金項(xiàng)目]天地科技股份有限公司創(chuàng)新基金(KJ-2015-BJZM-03)

[作者簡(jiǎn)介]李生生(1981-)，男，河北衡水人，碩士，助理研究員，主要從事巖土工程堵水與加固，地質(zhì)災(zāi)害防治的研究與施工。

[中圖分類號(hào)]TD822.1

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1006-6225(2016)03-0043-03

[引用格式]李生生，李光勇.復(fù)雜條件下綜采工作面調(diào)斜開采技術(shù)與實(shí)踐[J].煤礦開采，2016，21(3)：43-45.