周 芳，魏永啟

（東華建設(shè)地礦公司，山東 鄒城273500）

0 引言

兗州礦區(qū)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間開采，煤炭資源日益減少，如何實(shí)現(xiàn)不規(guī)則塊段的安全高效開采，已成為各礦面臨一大難題。本文通過研究大角度綜放工作面旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)，可有效解決工作面大角度旋轉(zhuǎn)帶來的設(shè)備上竄下滑、支架管理等諸多難題，為類似條件礦井開采提供了有力借鑒。本文以鮑店煤礦7302工作面旋轉(zhuǎn)開采為工程背景，對(duì)大角度綜放工作面開采技術(shù)進(jìn)行了深入研究，為礦井的安全高效開采奠定了基礎(chǔ)。

1 工作面概況

鮑店煤礦7302綜放工作面位于礦井七采區(qū)北部，是七采區(qū)西翼3煤層第一個(gè)工作面。北西起工作面切眼，距七采區(qū)邊界線10m，距5310（N）工作面采空區(qū)119～138m；南東至工作面設(shè)計(jì)停采線，距待掘的七采新回風(fēng)巷100m；北東緊靠礦井邊界保護(hù)煤柱線，距興隆莊3煤采空區(qū)50m；南西鄰尚未回采的7304工作面。工作面煤層底板標(biāo)高：-350m～-521m/-435m。

工作面煤層總體趨勢(shì)為西北高東南低，煤層產(chǎn)狀為：走向33°～105°～175°，傾向123°～15°～85°，煤層傾角2°～14°，平均8°。工作面東南部煤層傾向變化較大；工作面中部煤層傾角較大，最大14°。

由于七采區(qū)西部以“鋪?zhàn)訑鄬印睘椴蓞^(qū)邊界，7302工作面切眼附近為不規(guī)則區(qū)域，按照常規(guī)布置，煤炭損失量大。采用“旋轉(zhuǎn)”布置方案比“常規(guī)”布置可多回收煤炭資源28.6萬t。工作面輔運(yùn)順槽超前膠帶順槽168m，旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)弧長(zhǎng)累計(jì)232m；旋轉(zhuǎn)段兩巷高差最大8m，最小1m；切眼與膠帶順槽最大夾角126°。7302工作面旋轉(zhuǎn)開采區(qū)域詳見圖1。

圖1 7302工作面旋轉(zhuǎn)開采區(qū)域示意圖

7302工作面自西北向東南推進(jìn)，其北順槽作為工作面輔運(yùn)順槽，緊靠礦井邊界煤柱線，順槽內(nèi)布置移動(dòng)電站；南順槽作為工作面膠帶順槽，靠工作面內(nèi)側(cè)布置膠帶輸送機(jī)，為實(shí)體巷道。7302工作面主要回采巷道參數(shù)見表1。

表1 巷道斷面參數(shù)表

工作面長(zhǎng)度288m，推進(jìn)長(zhǎng)度1967m/2135m，面積：590305.6m2。煤厚平均為9.05m，基礎(chǔ)儲(chǔ)量721.2萬t。

2 旋轉(zhuǎn)開采主要制約因素

1）輔運(yùn)順槽超前膠帶順槽168m，旋轉(zhuǎn)弧長(zhǎng)232m，調(diào)面幅度大、工期長(zhǎng)，工序復(fù)雜。

2）調(diào)面期間易造成運(yùn)輸機(jī)上竄下滑及咬架、擠架現(xiàn)象。

3）切眼與膠帶順槽夾角126°，膠順端頭形成空頂三角區(qū)，加之膠順側(cè)推進(jìn)速度慢，頂板維護(hù)困難。

4）工作面液壓支架受后部運(yùn)輸機(jī)牽引限制，調(diào)架受阻。

5）刮板運(yùn)輸機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)呈126°鈍角搭接，卸料口易撒煤，運(yùn)輸機(jī)喝循環(huán)煤。

3 旋轉(zhuǎn)開采技術(shù)

3.1 工藝選擇

3.1.1 旋轉(zhuǎn)開采方式

旋轉(zhuǎn)開采階段工作面長(zhǎng)度288m，共有支架165組，旋轉(zhuǎn)開采時(shí)機(jī)頭標(biāo)高為-360m，機(jī)尾標(biāo)高-352m，機(jī)頭比機(jī)尾低8m。旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)開采，膠帶順槽每進(jìn)一刀，輔運(yùn)順槽進(jìn)五刀。工作面以半徑288m圓做旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，機(jī)尾機(jī)頭按5:1旋轉(zhuǎn),此時(shí)工作面支架旋轉(zhuǎn)0.6°,支架前梁頭向機(jī)頭方向偏移86mm；輔運(yùn)順槽進(jìn)40m，膠帶順槽進(jìn)8m，此時(shí)工作面支架旋轉(zhuǎn)6度，支架前梁頭向機(jī)頭方向最大偏移860mm；膠帶順槽端推進(jìn)約46m，輔運(yùn)順槽端推進(jìn)弧長(zhǎng)232m，直線長(zhǎng)度225m，工作面累計(jì)旋轉(zhuǎn)角度為34.8°，共需5.8個(gè)循環(huán)，此時(shí)工作面調(diào)正，兩巷高差1m，工作面進(jìn)入正常生產(chǎn)階段。7302工作面旋轉(zhuǎn)開采過程詳見圖2。

圖2 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)開采循環(huán)進(jìn)尺示意圖

3.1.2 進(jìn)刀方式

在初期旋轉(zhuǎn)開采期間，為了確保工作面溜子平直，進(jìn)刀方式為：第一刀進(jìn)65個(gè)支架，煤機(jī)返回溜尾；第二刀進(jìn)115個(gè)支架，第三刀進(jìn)165個(gè)支架（機(jī)頭進(jìn)0.4m），第四刀進(jìn)85個(gè)支架，第五刀進(jìn)165個(gè)支 架（機(jī) 頭 進(jìn)0.4m）。即：165-100#、165-50#、165-1#、165-80#、165-1#。旋轉(zhuǎn)開采期間工作面液壓支架旋轉(zhuǎn)角度及偏移距離詳見表2。

表2 支架旋轉(zhuǎn)角度及偏移距離

3.2 上竄下滑控制

1）旋轉(zhuǎn)開采初期，機(jī)頭超前機(jī)尾168m，工作面支架導(dǎo)向方位為機(jī)尾方向，因工作面面長(zhǎng)較長(zhǎng)，高差相對(duì)較小，機(jī)尾側(cè)比機(jī)頭側(cè)高8m，所以設(shè)備自重下滑影響較小，故初始階段支架給運(yùn)輸機(jī)向機(jī)尾方向的力，導(dǎo)致運(yùn)輸機(jī)向機(jī)尾方向竄動(dòng)。在拉移支架過程中，使用側(cè)護(hù)板和底調(diào)千斤頂調(diào)整支架，防止擠架。

2）設(shè)備安裝時(shí)，為了防止機(jī)尾過長(zhǎng)以及保證前后部與轉(zhuǎn)載機(jī)的正常搭接，需要在前后部運(yùn)輸機(jī)兩側(cè)均安裝安裝875mm調(diào)節(jié)槽。同時(shí)為了防止因旋轉(zhuǎn)開采造成工作面內(nèi)支架擠架，在工作面安裝時(shí)保證支架與運(yùn)輸機(jī)的角度控制在90°。

3）生產(chǎn)過程中，工作面內(nèi)支架旋轉(zhuǎn)，支架會(huì)出現(xiàn)擠架現(xiàn)象，在拉移支架過程中，按照從機(jī)尾向機(jī)頭的次序拉移支架，在拉移支架過程中，使用側(cè)護(hù)板和底調(diào)千斤頂調(diào)整支架，防止擠架，同時(shí)保證支架前立柱偏差控制在50mm以內(nèi)。

4）旋轉(zhuǎn)開采時(shí)，由于多進(jìn)機(jī)尾和人工對(duì)支架進(jìn)行調(diào)向，需定好中線對(duì)運(yùn)輸機(jī)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行觀測(cè)分析，當(dāng)運(yùn)輸機(jī)位移量大于0.5m時(shí)，則必須采取人工對(duì)運(yùn)輸機(jī)竄動(dòng)進(jìn)行干預(yù)，采用單體支柱或底調(diào)千斤頂?shù)确绞秸{(diào)整運(yùn)輸機(jī)和支架的位置。

3.3 工作面及端頭支護(hù)

1）旋轉(zhuǎn)開采過程中，受鋪?zhàn)訑鄬佑绊?，工作面?nèi)可能出現(xiàn)頂板破碎等情況，在旋轉(zhuǎn)開采過程中需要加強(qiáng)工作面內(nèi)頂板管理，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)上網(wǎng)、上料維護(hù)頂板。

2）支架旋轉(zhuǎn)后，機(jī)尾區(qū)域支架向機(jī)頭移動(dòng)，機(jī)尾區(qū)域支護(hù)強(qiáng)度明顯降低，屆時(shí)機(jī)尾端頭區(qū)域使用單體支護(hù)配合工字鋼加強(qiáng)對(duì)機(jī)尾區(qū)域的支護(hù)，并對(duì)巷道區(qū)域采取加密錨索的方式加強(qiáng)頂板支護(hù)強(qiáng)度。

3）切眼與膠帶順槽夾角126°，膠順端頭形成空頂三角區(qū)，且機(jī)頭支架頻繁小步距移動(dòng)，反復(fù)支撐頂板，對(duì)頂板維護(hù)不利；提前在正巷施工加密錨索，加強(qiáng)對(duì)頂板的支護(hù)強(qiáng)度。同時(shí)在生產(chǎn)過程中，在機(jī)頭段支架處采用聯(lián)網(wǎng)、上料等方式加強(qiáng)對(duì)頂板的維護(hù)。端頭三角空頂區(qū)采用下抬棚的方式維護(hù)頂板。

3.4 后部運(yùn)輸機(jī)整體拉移

7302工作面前期旋轉(zhuǎn)開采，機(jī)尾高于機(jī)頭8m，加上后部運(yùn)輸機(jī)為軟連接，如果生產(chǎn)期間出現(xiàn)后部運(yùn)輸機(jī)整體往機(jī)頭移動(dòng)的情況，則必須采取措施整體往機(jī)尾方向移動(dòng)后部運(yùn)輸機(jī)，經(jīng)研究決定采用ZF12000支架拉后部千斤頂整體拉移運(yùn)輸機(jī)，將千斤頂一端固定在支架尾梁上一端固定在溜槽拉移座上，通過同時(shí)供液實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)整體移動(dòng)的目的，現(xiàn)計(jì)算需用千斤頂個(gè)數(shù)如下：

X=（G.μ+G.sina）/（F.cosb）

=4192.4204×（0.35+8/288）/（207×cos30）

=11

式中：G為后部運(yùn)輸機(jī)總重量：G=（機(jī)頭+機(jī)尾+過渡槽 +中間槽 +回煤槽）×9.8=（17127kg+17127kg+2×5838kg+156×1895kg+156×545kg）×9.8=4192.4204kN ；μ為摩擦系數(shù)，取0.35；a為后部運(yùn)輸機(jī)角度,sina=8/288；F為拉后部千斤頂拉力；b為拉后部千斤頂與底板夾角，取30°

經(jīng)計(jì)算，整體移動(dòng)后部運(yùn)輸機(jī)需用11個(gè)拉后部千斤頂。

3.5 旋轉(zhuǎn)段巷道刷寬

支架在旋轉(zhuǎn)開采一個(gè)循環(huán)時(shí)，支架前梁頭向機(jī)頭擺動(dòng)860mm，整個(gè)旋轉(zhuǎn)部分推完需要5.8個(gè)循環(huán)，則設(shè)備整體最大下滑量為860×5.8=4.988m，約為5m，綜合考慮膠帶順槽巷道設(shè)備布置情況，巷道寬度計(jì)算如下：B=轉(zhuǎn)載機(jī)小支架寬度+人行道寬度+支架整體下滑量=2.8+0.8+5=8.6m。考慮到轉(zhuǎn)載機(jī)頭與皮帶搭接問題，為確保轉(zhuǎn)載機(jī)頭出煤角度合理，決定將轉(zhuǎn)載機(jī)道范圍內(nèi)巷道進(jìn)行兩邊刷寬，每邊刷寬1.9m，長(zhǎng)度90m。輔運(yùn)順槽側(cè)巷道進(jìn)行兩邊刷寬，每邊刷寬1.9m，長(zhǎng)度232m。

3.6 卸料口搭接

生產(chǎn)初期刮板運(yùn)輸機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)呈126°鈍角搭接，卸料口易撒煤，運(yùn)輸機(jī)喝循環(huán)煤。隨著工作面推進(jìn)刮板運(yùn)輸機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接角度按照每一個(gè)大循環(huán)6°遞減。前部運(yùn)輸機(jī)受電機(jī)空間影響，刮板運(yùn)輸機(jī)卸料口與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接不合理，因此將前機(jī)頭抬高0.5m，增加卸料距離，以滿足生產(chǎn)需要。

3.7 支架設(shè)計(jì)優(yōu)化

考慮旋轉(zhuǎn)開采期間，易造成機(jī)頭段支架擠架、咬架，在工作面液壓支架設(shè)計(jì)進(jìn)行了如下優(yōu)化：

1）支架具備底調(diào)千斤頂和頂梁、掩護(hù)梁分體式側(cè)護(hù)板功能，來動(dòng)態(tài)調(diào)整支架間距，避免擠架影響生產(chǎn)、損壞設(shè)備。

2）考慮到機(jī)尾進(jìn)五刀機(jī)頭進(jìn)一刀，側(cè)護(hù)板活動(dòng)側(cè)在機(jī)頭側(cè)，底調(diào)千斤頂伸出方向?yàn)闄C(jī)頭側(cè)。

3）考慮到調(diào)整支架狀態(tài)時(shí)主要是調(diào)支架前端方向，因此要求底調(diào)千斤頂安裝在后立柱往前的底座箱范圍內(nèi)。

4 主要結(jié)論

實(shí)踐證明，通過優(yōu)化工作面巷道設(shè)計(jì)、設(shè)備配套及生產(chǎn)工藝，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)施工管理，鮑店煤礦7302綜放工作面順利完成36°大角度旋轉(zhuǎn)開采，多回收煤炭資源28.6萬t，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。