賀永勝

(潞安化工集團(tuán) 王莊煤礦，山西 長(zhǎng)治 046031)

資源儲(chǔ)量是礦山企業(yè)賴以生存的根本，直接關(guān)系到企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與礦區(qū)的和諧穩(wěn)定。王莊煤礦作為潞安化工集團(tuán)下屬的一座特大型現(xiàn)代化安全高效礦井，經(jīng)過(guò)50多a的安全高效開(kāi)采，可采煤炭資源儲(chǔ)量不斷減少，現(xiàn)有資源儲(chǔ)量枯竭已然成為限制王莊煤礦轉(zhuǎn)型高質(zhì)量發(fā)展的短板。王莊煤礦礦區(qū)范圍內(nèi)地表建構(gòu)筑物、道路較多，為了在煤炭資源回收利用的基礎(chǔ)上，保證地表建構(gòu)筑物、道路的安全穩(wěn)定，必須留設(shè)合理的保護(hù)煤柱。但地表建構(gòu)筑物、道路大都為不規(guī)則分布，保護(hù)煤柱留設(shè)與工作面布置呈現(xiàn)一定夾角，而工作面切眼和停采線布置都是沿工作面傾向設(shè)計(jì)，造成保護(hù)煤柱留設(shè)與工作面切眼布置區(qū)域范圍內(nèi)邊角煤資源的浪費(fèi)。為了提高邊角煤的資源回收，最大限度地提升煤炭資源回收率，特提出適用于邊角煤資源回收的調(diào)斜開(kāi)采技術(shù)。

1 研究區(qū)概況

王莊煤礦是潞安化工集團(tuán)下屬的一座特大型現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井，核定產(chǎn)能710萬(wàn)t/a，主采二疊系3號(hào)煤層，煤層均厚6.5 m，采用綜采放頂煤一次采全高開(kāi)采工藝。本文以王莊煤礦71采區(qū)某工作面為例，進(jìn)行調(diào)斜開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用探討。該工作面位于礦井+540 m水平71采區(qū)中部，北為絳河，南為建筑用地，東為漳澤水庫(kù)，西為新208國(guó)道，舊208國(guó)道橫穿工作面中部，地面標(biāo)高900～902 m，工作面標(biāo)高496～524 m.井田內(nèi)工作面北為實(shí)體煤，南為實(shí)體煤，西為采空區(qū)，東為井田邊界。工作面進(jìn)風(fēng)巷長(zhǎng)1 332 m，運(yùn)巷長(zhǎng)1 338 m，切眼長(zhǎng)240 m，上覆地表舊208國(guó)道及附屬橋梁橫穿工作面，為了保證工作面回采期間道路和橋梁安全穩(wěn)定，根據(jù)礦已有地表移動(dòng)參數(shù)及地質(zhì)資料，以道路與工作面交叉最近位置向外設(shè)計(jì)200 m保護(hù)煤柱，故工作面實(shí)際可采長(zhǎng)度為600 m，工業(yè)儲(chǔ)量130萬(wàn)t，見(jiàn)圖1.

圖1 工作面布置示意

2 調(diào)斜開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用背景

研究區(qū)工作面按照采區(qū)設(shè)計(jì)，以方位角90°進(jìn)行布置，根據(jù)井上下對(duì)照關(guān)系，工作面設(shè)計(jì)與舊208國(guó)道走向方向呈7°左右?jiàn)A角，根據(jù)保護(hù)煤柱留設(shè)，道路與工作面位置最短距離為200 m，最長(zhǎng)邊距離達(dá)231 m左右，保護(hù)煤柱與道路傾斜范圍形成三角區(qū)，面積達(dá)3 720 m2，如果按照原設(shè)計(jì)切眼進(jìn)行回采，保護(hù)煤柱與道路傾斜范圍內(nèi)的邊角煤資源完全浪費(fèi)，初步計(jì)算浪費(fèi)資源儲(chǔ)量達(dá)34 000 t左右。為提高邊角煤的資源回收，最大限度地提升煤炭資源回收率，設(shè)計(jì)采用調(diào)斜開(kāi)采技術(shù)對(duì)三角區(qū)煤炭資源進(jìn)行回收。

根據(jù)現(xiàn)有工作面布置，留設(shè)的保護(hù)煤柱長(zhǎng)邊比短邊多31 m，為了確保保護(hù)煤柱的合理留設(shè)，調(diào)斜設(shè)計(jì)前對(duì)道路進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，精確確定道路、橋梁的具體位置和特征屬性。經(jīng)過(guò)測(cè)量，道路經(jīng)過(guò)橋梁后在A點(diǎn)擴(kuò)寬，實(shí)測(cè)方位與圖上原有方位一致。為了保證道路不受采煤塌陷影響，調(diào)斜設(shè)計(jì)以A點(diǎn)位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，垂直道路向切眼方向平移200 m作為調(diào)斜后停采線位置，調(diào)斜后切眼整體方位與道路平行，傾斜設(shè)計(jì)范圍為距離保護(hù)煤柱短邊202 m，長(zhǎng)邊229 m位置，工作面預(yù)計(jì)回采范圍由原來(lái)600 m調(diào)整為運(yùn)巷端頭598 m，進(jìn)風(fēng)巷端尾627 m，可多回采邊角區(qū)煤炭資源近30 000 t.

3 調(diào)斜開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 調(diào)斜開(kāi)采具體設(shè)計(jì)

按照研究區(qū)工作面調(diào)斜開(kāi)采技術(shù)構(gòu)想，進(jìn)行調(diào)斜開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用具體設(shè)計(jì)。在距離原設(shè)計(jì)停采線一定距離開(kāi)始進(jìn)行切眼調(diào)斜，根據(jù)道路與工作面夾角，開(kāi)始對(duì)運(yùn)巷端頭、進(jìn)風(fēng)巷端尾工作面推進(jìn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，按照每刀煤0.8 m進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)巷端頭推進(jìn)0.4 m，進(jìn)風(fēng)巷端尾推進(jìn)0.8 m，切眼逐步向傾斜方向調(diào)整，并及時(shí)進(jìn)行端頭支護(hù)和超前支護(hù)，以及支架安裝和液壓支架系統(tǒng)調(diào)整，待工作面切眼調(diào)斜完成后，即進(jìn)風(fēng)巷端尾距原設(shè)計(jì)停采線2 m位置，預(yù)計(jì)需要增加1臺(tái)低位放頂煤液壓支架，隨后端頭和端尾按照正常推進(jìn)速度(0.8 m/刀)進(jìn)行推進(jìn)至運(yùn)巷端頭598 m位置。

切眼調(diào)斜后切眼傾角為7°，調(diào)斜后切眼長(zhǎng)度由原來(lái)設(shè)計(jì)240 m調(diào)整為241.8 m，比原有切眼長(zhǎng)度多1.8 m，調(diào)斜前工作面運(yùn)巷端頭推進(jìn)距離較進(jìn)風(fēng)巷端尾推進(jìn)距離減緩29 m，即兩者推進(jìn)距離差：S=240×tan7°=29 m.由于端頭端尾推進(jìn)速度分別為0.4 m/刀和0.8 m/刀，待開(kāi)始調(diào)斜至調(diào)斜完成，運(yùn)巷端頭向前推進(jìn)距離L為29 m，風(fēng)巷端尾推進(jìn)距離為L(zhǎng)+S=58 m.綜上計(jì)算結(jié)果，開(kāi)始切眼調(diào)斜時(shí)，工作面端頭端尾距離原設(shè)計(jì)停采線距離T為：T=L+S+2=60 m.即工作面按照原設(shè)計(jì)回采540 m后開(kāi)始按照原定調(diào)斜開(kāi)采設(shè)計(jì)進(jìn)行切眼調(diào)斜開(kāi)采，運(yùn)巷端頭推進(jìn)0.4 m/刀，進(jìn)風(fēng)巷端尾推進(jìn)0.8 m/刀，待工作面推進(jìn)72.5刀后，運(yùn)巷端頭與進(jìn)風(fēng)巷端尾推進(jìn)距離差值達(dá)29 m，此時(shí)運(yùn)巷端頭推進(jìn)至距離原設(shè)計(jì)停采線31 m位置，調(diào)斜完成，見(jiàn)圖2.調(diào)斜完成后，端頭端尾按照正常推進(jìn)速度進(jìn)行推進(jìn)，待工作面繼續(xù)向前回采推進(jìn)29 m后，工作面回采結(jié)束。

圖2 調(diào)斜開(kāi)采技術(shù)設(shè)計(jì)示意(m)

3.2 補(bǔ)充排尾架技術(shù)措施

根據(jù)調(diào)斜設(shè)計(jì)，開(kāi)始調(diào)斜后工作面繼續(xù)向前推進(jìn)至端頭端尾距離差值為26.8 m，即風(fēng)巷端尾向前推進(jìn)53.6 m左右，切眼調(diào)斜長(zhǎng)度達(dá)到1.5 m，此時(shí)切眼端尾需補(bǔ)充增加1組支架，以便保證回采工作面安全生產(chǎn)，待調(diào)斜完成后，調(diào)斜后切眼長(zhǎng)度較原設(shè)計(jì)長(zhǎng)度長(zhǎng)1.8 m左右，為了保證工作面的安全生產(chǎn)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行端頭支護(hù)和超前支護(hù)。

1) 固定絞車(chē)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，在進(jìn)風(fēng)巷距起吊站30 m內(nèi)固定一部SDJ-20絞車(chē)，選擇地錨固定，主要用于回拖支架。

2) 鋼絲繩驗(yàn)證。鋼絲繩選用型號(hào)為6×19×26，破斷力拉力為327.4 kN，鋼絲繩公稱直徑26 mm，最小安全系數(shù)取6.5.

3) 臨時(shí)起吊站架設(shè)。在需要架設(shè)起吊站的地點(diǎn)架設(shè)二梁三柱單體柱大板抬棚，對(duì)起吊點(diǎn)工字鋼棚進(jìn)行連鎖，打設(shè)相同型號(hào)的單體柱并及時(shí)栓好護(hù)繩，且要垂直頂?shù)装宕┬蛟趯?shí)底上，并前后成線，對(duì)于進(jìn)風(fēng)巷，必須在起吊物體前，架設(shè)好超前維護(hù)，然后將超前維護(hù)棚用上述方法進(jìn)行連鎖方可進(jìn)行起吊。

4) 排尾架的組裝及就位。組裝順序：底座—頂梁—尾梁—小梁。將排尾架調(diào)向擺正到位后，在支架前端800 mm處，打設(shè)一架一梁二柱單體柱大板棚，然后利用大鏈配合兩臺(tái)5T倒鏈將小梁吊起，利用支架自身液壓系統(tǒng)配倒鏈調(diào)整銷(xiāo)孔位置，對(duì)正后，用銷(xiāo)子將二者連為一體。在小梁底下加打一根點(diǎn)柱，由一人扛起千斤頂，通知送液，待千斤頂銷(xiāo)孔與小梁上千斤頂銷(xiāo)孔對(duì)正后，由另一人扛起小梁千斤頂連接銷(xiāo)，將其連接好(上千斤頂由兩人完成，順序自左向右)。

3.3 調(diào)斜開(kāi)采應(yīng)用效果

根據(jù)調(diào)斜開(kāi)采技術(shù)設(shè)計(jì)，按照工作面回采前標(biāo)定的工作面推進(jìn)進(jìn)度表示牌，對(duì)工作面推進(jìn)進(jìn)度進(jìn)行定期測(cè)量，最終定于運(yùn)巷推進(jìn)539.6 m、進(jìn)風(fēng)巷推進(jìn)540.3 m開(kāi)始進(jìn)行調(diào)斜開(kāi)采，待運(yùn)巷推進(jìn)至568.8 m、進(jìn)風(fēng)巷推進(jìn)至598.7 m停止調(diào)斜。調(diào)斜完成后，工作面按照正規(guī)循環(huán)進(jìn)尺向前推進(jìn)29 m，即運(yùn)巷端頭距離原設(shè)計(jì)停采線2.2 m位置停采。按照工作面煤層的實(shí)際走向和傾角，運(yùn)巷、進(jìn)風(fēng)巷煤層落差較大，切眼實(shí)際調(diào)斜長(zhǎng)度達(dá)到了2.2 m左右，為了加強(qiáng)機(jī)尾空擋和確保工作面正常生產(chǎn)，及時(shí)采取加強(qiáng)支護(hù)，補(bǔ)充了1組排尾架，有效控制了工作面的安全穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，調(diào)斜開(kāi)采后，煤炭資源回收較未調(diào)斜前多回收了26 800 t，極大提高了邊角區(qū)煤炭資源的回收。

為了驗(yàn)證傾斜保護(hù)煤柱留設(shè)的合理性，以及調(diào)斜開(kāi)采引起的采煤塌陷是否對(duì)道路造成影響，基于道路原有設(shè)置的基準(zhǔn)點(diǎn)J1、J2，以及回采前道路布置的地表移動(dòng)觀測(cè)點(diǎn)Z1-Z8(見(jiàn)圖2)，對(duì)道路及橋梁是否受采煤塌陷影響情況進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1.通過(guò)實(shí)測(cè)，所布置的8個(gè)地表移動(dòng)觀測(cè)點(diǎn)高程均未發(fā)生明顯變化，說(shuō)明調(diào)斜開(kāi)采后未對(duì)道路及橋梁造成影響。

表1 地表移動(dòng)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)王莊煤礦某工作面設(shè)計(jì)與上覆道路之間的幾何關(guān)系，提出了采用調(diào)斜開(kāi)采技術(shù)對(duì)三角區(qū)煤炭資源進(jìn)行回收，減少常規(guī)開(kāi)采三角區(qū)煤炭資源的浪費(fèi)。根據(jù)設(shè)計(jì)，采用調(diào)整運(yùn)巷端頭、進(jìn)風(fēng)巷端尾采煤推進(jìn)速度的方法逐步對(duì)工作面切眼長(zhǎng)度和傾角進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐表明取得了較好的效果，多回收煤炭資源26 800 t.生產(chǎn)實(shí)踐表明，調(diào)斜開(kāi)采技術(shù)有效應(yīng)用的關(guān)鍵在于切眼調(diào)斜時(shí)機(jī)的把握，準(zhǔn)確把握調(diào)斜時(shí)機(jī)，能夠有效保證邊角區(qū)煤炭資源的最大化的回收，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)調(diào)斜進(jìn)程和切眼調(diào)斜距離的變化，及時(shí)調(diào)整支護(hù)強(qiáng)度和補(bǔ)充支架，保證工作面的安全回采。