复杂地质条件下大倾角综采工作面对接、旋转方案分析

缪建华

[摘 要]潘北煤矿12124工作面是淮南矿区首个“刀把”式大倾角综采工作面，通过对工作面“刀把”式布置及内折、旋转方案优化设计，提供了新的思路。调斜旋转工艺研究与液压支架对接实践，为今后淮南矿区大倾角不规则综采工作面安全、高效回采积累了宝贵经验，对类似地质条件下的矿井生产具有较高的借鉴意义。

[关键词]大倾角；旋转；对接；“刀把”式

中图分类号：TD67；TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）18-0117-01

引言

近年来研究表明，因旋转综采工艺[1]难度较大，一般选在煤层赋存稳定、倾角12°以下、顶板中等稳定以上、地质构造少的条件下应用。复杂地质条件下，使用普通支架的大倾角综采工作面旋转期间单产水平、回采工效均有较大下降，设备损坏较为严重。为增加综采工作面连续推进长度，降低巷道掘进率，减少工作面搬家次数，提高煤炭资源回收率，需对复杂地质条件下大倾角旋转综采关键技术进行研究。

1 问题的提出

潘北煤矿2016年矿井计划产量165万吨，三个接替面走向长度均在600m以下，三支综采队中的两支面临接替脱节。为填补矿井产量缺口，减少脱节影响，12124工作面优化设计，在WF5（落差20m）断层附近“刀把”式布置，采用非等长工作面里、外段对接方案， F70（落差17m）断层附近内折方式布置，采用旋转开采方案，可延长可采走向长度430m，多采出煤量28万吨，占全年产量17%。对接、旋转是否成功，直接影响全年产量计划的完成。

2 工作面基本情况

2.1 设计概况

12124工作面优化设计后可采走向770m，面长为92～138～144m，平均倾角30°，平均煤厚3m，可采煤量50.3万吨。该面运顺标高为-520～-460m，轨顺标高为-389～-458m，布置在F70（落差17m）、WF5（落差8m）两条断层之间。掘进期间受WF5及WF5-1（落差6m）断层的影响，将运顺上提45m，在距里段切眼130m处进行工作面对接，470m处进行旋采，旋采角度20°。

2.2 工作面“三机”设备配置

工作面配置MG500/1130-WD型采煤机一台，SGZ800/1050型刮板输送机一部，里段切眼安装ZZ7200/22/45型液压支架62架，对接后增加到92架，旋转、加架后共计96架。

3 对接方案选择及工序安排

3.1 方案

控制改造运顺巷宽（净宽3.2m），外段切眼内三十架整体上匀、对接。

优点在于施工工序简单，对接精度要求低，安全性较高；缺点在于匀架及设备对接过程耗时较长。

3.2 前期准备

1）外段切眼三十架底座下预先铺设双轨，向上匀架时支架在轨道上滑移，降低底板阻力；支架侧护板不打开，留出匀架空间。

2）里段切眼不安装排头支架，刮板输送機采用机尾驱动，机头不安装截齿电机。

3）掌握刮板输送机上下移动规律，同时调整采向，到对接位置前工作面第一架与外段切眼支架间距控制在3.5m左右，工作面与对接切眼方位一致，同时控制好对接的几何空间。

4）外段切眼对接处底板采用铺瓦石、砌台阶或接木垛的方式衬平倾角，处理对接支架、刮板输送机下底板悬空段。

3.3 工序安排

①控制刮板输送机上、下移动，确定停采对接机头、尾位置②推进至对接位置，停采③拆除机头，包括机头架、链轮轴组、护板等④安装中部溜槽、连接对接支架管路等⑤安装机头齿箱、电机、特殊框架等⑥安装绞车，逐架向上拉移外段切眼内预留支架⑦打开支架侧护板⑧恢复支架导向杆与刮板输送机溜槽之间连接⑨试运转⑩正常回采

4 旋转、加架方案设计

4.1 两巷支护设计

工作面轨、运顺内折旋转段采用锚粱网支护，便于预留、对接支架。

旋转期间，面长加大，出现一段倾角30°的无支架支护空顶区，极易窜矸、推倒支柱，加架前采取密集单体支柱挑棚配合架设木垛的方式管理顶板，再在末排柱切顶线处垛编制袋墙，增加支护强度。

4.2 旋转

为改善旋转中心附近的顶板管理状况，防止刮板输送机下滑、上窜，采用虚旋转中心旋转方式，使调斜工作面的机头也保持一定的前移量。将20°调斜角等分成4个循环角，每旋转5°完成一个调斜循环（图1所示）。

每个调斜循环[3]中按工作面机头、尾推进比1：2选择长短刀比例。调斜过程中，采用短刀斜切、单向割煤、及时支护、先零后整的回采方式。每循环内多次抹采，期间调整支架状态，直至调正、找直。

4.3 加架

准确定位对接、加架时机头、尾位置，预留支架放置在事先做出的硐室内。到达对接位置后，快速拆卸刮板输送机机尾部件及特殊框架，拉移至机尾预留支架处安装，再与刮板输送机中部槽对接[4]。

4.4 调斜

旋转完成后，调整工作面伪斜角度，在推进过程中选择最佳超前距，控制刮板输送机上窜、下滑。

5 大倾角煤层“刀把”式综采工作面对接、旋转技术关键

5.1 地质条件

大倾角综采对接、旋转调斜工艺难度较大，旋转段需具备以下条件：面内地质构造少，顶板中等稳定以上；采动影响小，无老巷、老硐；煤层赋存稳定，倾角变化不大，硬度适中；煤厚、采高不宜过大，控制在3m以下[5]。

5.2 旋转比例选择

根据旋转角、半径，计算循环内机头、尾推进比例。减少循环内刀数，能有效控制刮板输送机及支架的滑移，降低反复调架升降柱对顶、底板的二次破坏。

5.3 顶板管理

轨、运顺对接段、内折段受附近断层影响，易出现变形、破碎，工作面前方煤体应力集中，破碎带易漏冒，需提前在断层影响范围（特别是机尾加架处）顶板预注化学浆加固[6]。

旋转、对接期间，工作面中上部来压强度比上部、下部大，顶板破碎、煤壁片帮程度也较高，应提前做好铺设金属顶网、上木料护顶等工作，片帮区域及时拉超前架、背贴帮柱，加强管理。

6 结语

潘北煤矿12124工作面是淮南矿区首个按“刀把”式布置的大倾角综采工作面，通过对工作面“刀把”式布置及内折、旋转方案优化设计，为复杂地质条件下增加综采工作面连续推进长度，降低巷道掘进率，减少工作面搬家次数，提高煤炭资源回收率，提供了新的思路。调斜旋转工艺研究与液压支架对接实践，为今后淮南矿区大倾角不规则综采工作面安全、高效回采积累了宝贵经验，对类似地质条件下的矿井生产具有较高的借鉴意义。

参考文献

[1] 屠世浩，郝明奎.谢耀社.孤岛煤柱综采工作面旋转开采关键技术[J].中国矿业大学学报，2004，5（33）：520-523.

[2] 刘照辉，孙米银，张东亮.不规则综采工作面精确对接技术研究与实践.《煤炭工程》，2008（4）：43-44.