大倾角综采工作面实心旋转调采工艺研究

朱涛涛 胡 强

（枣庄矿业（集团）付村煤业有限公司，山东 微山 277600）

实心旋转调采是指在调采过程中，采煤机头或机尾一端保持不动，通过机尾或机头一端的移动而进行的调采方法，该方法具有工艺简单、投资小、效益高等优点，但由于受旋转工艺限制，该工艺调斜范围较小，不利于在大倾角工作面实施[1]。枣庄矿业（集团）付村煤业有限公司付村煤矿3下1001为大倾角工作面，此工作面在综采过程中成功实施了实心旋转调采工艺，并取得了良好效果。

1 工作面概况

3下1001工作面位于东十采区中部，东距欢城断层38～50.0m，西为3上1010工作面，南为3下1007设计工作面，北为3下1002工作面采空区，上方为3上1001工作面采空区。工作面煤层厚度3.3～4.0m，煤层倾角7～19°，直接顶为4.67m的粉砂岩，直接底为0.61m砂质泥岩，基本底为9.0m粉砂岩。

3下1001工作面两巷平行布置，工作面切眼处材巷拖后于运巷38.0m。材巷与3上1010材巷连接；运巷靠3下1002工作面采空区布置，与3上1002运巷相连、运巷溜煤眼连接；工作面开切眼位于欢城断层西30～60.0m。材运两巷高差38.0m，开切眼倾角为7～15.5°，平均倾角10°，如图1所示。

图1 3下1001工作面切眼剖面图

2 工作面初采调采方案

考虑到最大限度回收资源，工作面开切眼材巷拖后运巷约38.0m。工作面初采期间，需进行大比例调采机头。根据工作面两巷高差、开切眼倾角、工作面设备状况，工作面材巷应拖后运巷约19.0m。

3下1001工作面开切眼材巷拖后运巷布置，能够多回采出三角煤，具体如图2所示。

工业储量：块段面积×煤厚×容重=3458×3.7×1.34=1.7万t。可采储量：基础储量×回采率=1.7×95%=1.6万t。

通过工作面调采，可多回收煤炭资源1.6万t。

图2 3下1001工作面回收三角煤示意图

工作面初采期间需调采机头约19.0m，调采分两个阶段进行：

（1）第一阶段为机头推采19.2m，机尾推采0.8m，调采比例为24:1。

（2）第二阶段机头调采19.0m后，根据工作面运输机上窜下滑状况，进行小比例调采，控制住运输机的上窜下滑，工作面进入正规推采阶段，如图3。

图3 3下1001工作面初采调采平面示意图

3 工作面实心旋转调采工艺

3.1 煤机切割方式

旋转调采有两种切割方式，即长刀斜切和短刀斜切。由于3下1001工作面倾角较大，采用“短”刀斜切、先零后整方式割煤。

（1）循环数的确定

式中：

L头-机头进尺，m；

L尾-机尾进尺，m。

第一阶段调采：L头=19m，L尾=0.8m，共24个循环，工作面旋转6°。

工作面旋转调采19.0m，工作面机尾支架调架困难，易造成挤架、咬架、倒架现象。工作面调采时采取6:1比例进行调采，机尾割通后不进行推移溜槽，直接返机进行下一个循环调采。第二阶段调采采用虚中心调采，采用2:1或3:1进行调采，微调工作面，控制住运输机上窜下滑。

（2）循环内刀数的选取

在3下1001工作面的调采过程中，为保证每一个调采循环内的最后一刀能够将工作面割直，本循环的前几刀均采用有规律的短刀切割。这就使得每个切割循环的切割截面为扇形，扇形面积的大小主要与设备性能和工作面的长度有关。为使采煤机的截深能发挥最大功效，ab弧的长度应为采煤机有效截深的整数倍，同时，为了保持工作面的垂直度，要保证每一短刀的切割线平行于通刀切割线。在开采中，通过对3下1001工作面的实际测算，本调采确定6刀为一个循环。如图4 所示。

图4 单循环调采旋转角度

①ab的弧长

式中：

b-采煤机的有效截深，m；

n-实际每循环刀数。

② 验算α角的大小

式中：

α-扇形圆心角，（°）；

α1-输送机设计允许弯曲角度为5°；

l-工作面（最短）长度为180.0m。

当验算中出现α＞α1的情况时，可以采用减少循环内刀数的方法进行调整。

③ 求拐点间距p

第一阶段调采：

P=l/n=180/6=30， 即 20 架

6个切割点的初始位置分别为：第一切割点在42号架处（根据煤机身长度18.0m、溜子弯曲段不少于27.0m），第三、四、五切割点分别在60号架处、80号架处、100号架处，第六切割点则在126号架处。另外，在工作面地质条件发生变化时，采煤机的折返点要选择在顶板完整的地段，以免发生意外。

3.2 采煤工艺

（1）按照端头进尺定好工程线进行拉架，并顺直工作面支架，推出运输机；

（2）采煤机采用以下方式循环割煤，每6刀为一个循环；

以第一阶段调采煤机往机头方向割煤为例，如图5所示。

第一刀（短刀）：从机头—42#，运输机机头进尺1.6m；

第二刀（短刀）：从机头—60#，运输机机头进尺0.8m；

第三刀（短刀）:从机头—80#，运输机机头进尺0.8m；

第四刀（短刀）:从机头—100#，运输机机头进尺0.8m；

第五刀（通刀）:从机头—机尾，运输机机头进尺0.8m，运输机机尾割通后不推溜；

（3）采煤机割煤期间要保证采高，煤壁、顶底板平直，顺平直运输机；

（4）调采期间，必须保证工作面工程质量，使用好工程线。

（5）工作面机头调采19.2m后，工作面正刀推采2刀，现场测量运输机机头上窜10.0cm，根据这一现象，工作面调采进入第二阶段。采取虚中心调采机头，以2:1比例进行调采，通过小比例的调采调整，在工作面机尾超前机头14.0m时工作面运输机不再进行上窜下滑，开始进入正规推采阶段。

图5 工作面调采进刀图

4 实施效果

本次大倾角综采工作面旋转调采技术的应用，确保了工作面的正常有序生产，调采后工作面多采出煤炭约1.6万t，按照800元/t元计算，可产生1280.0万元效益。该技术的应用成功解决了大倾角综采工作面大比例旋转调采期间的安全高效推采问题，为其他矿井类似条件下旋转调采等问题提供了指导、借鉴和技术参考。