综采工作面大角度调斜工艺分析研究

杜 鑫

（冀中能源峰峰集团邯郸宝峰矿业有限公司九龙矿，河北 邯郸 056200）

随着矿井开采年限的增加，可采煤炭量不断减少，采煤工作面地质条件也越来越复杂。为有效利用矿井资源，最大限度地回收煤炭资源，延长工作面服务时间，减少搬家倒面次数，综采工作面时常需进行调斜开采。在实际回采过程中，受工作面赋存的地质条件、回采工艺、作业人员等各种因素的影响，常会出现工作面支架、前后刮板输送机上窜下滑的现象，严重时造成两安全出口不畅通，生产效率低下。以九龙矿15252综采工作面为例，通过现场试验、理论设计及计算，解决工作面旋转调斜应用过程中的运输机上窜下滑、支架旋转角度控制等问题，在回采时进行有效调斜，辅以支架有顺序地回撤，完成调斜目标，为类似条件下的回采工艺提供借鉴。

1 工作面调斜方法

采煤工作面调斜方法多种多样，常用的调斜方法主要有实中心调斜法与虚中心调斜法。

1.1 实中心调斜法

实中心调斜法的调斜工艺过程大致为：当采煤机把调斜前的最后一刀煤割完后，需旋转中心端，同时停移工作面输送机，让另一端先移一截深，调整输送机让其成直线状态，再让采煤机实施割煤作业，采煤机所割的每刀煤都应为小扇形状，割每刀煤工作面应调斜角度可按式（1）计算：

式中，B为采煤机截深，m；L为工作面长度，m。

实中心调斜法不会对设备造成损坏，工艺合理、易操作，但其调斜范围相对较小。由于其旋转端至中心移架的步距越来越小，支架需反复支撑顶板，中心四周顶板不易管理。此调斜法适用于工作面顶板较稳定、需调斜角度相对较小的工作面。有时，为更易实施调斜，取得更好的调斜效果，时常需事先采用灌注黏结剂加固或打锚杆加固的方式加固旋转中心四周的煤壁。

1.2 虚中心调斜法

为有效强化旋转中心四周顶板管理，在工作面生产条件允许的情况下，可应用虚中心调斜法调斜。可把调斜角α等分为多个αn小角，在工作面外布设旋转中心，当采煤机完成一组长刀与短刀切割后，让工作面旋转αn小角，这样一个调斜循环就顺利完成了。为防止旋转中心端的工作面由于长时间不推进引发顶板、煤壁难维护问题，应让旋转中心端工作面具备一定前移量。在采用虚中心调斜法调斜工作面时，需确定中心端的前移量S，同时每调斜循环的具体割煤刀数n也应确定出来。中心端的前移量S为图中的AB段，其大小应依据工作面顶板稳定性情况、实际调斜角α＇、工作面长度L、所用支架性能及输送机性能等因素来确定。一般每调斜循环最少也得割一长刀煤。

式中，n为调斜α角度大小的扇形块应循环次数；f为每调斜αn角的小扇形块，所用采煤机实际所割通刀数；B为采煤机具体截深[1]。

2 15252综采工作面大角度调斜工艺分析

2.1 15252工作面概况

2.1.1 地质条件

15252回采工作面位于南二下部采区下部，15252回采工作面东部为NF25及F15-1断层；西部为15248工作面采空区；南部为南翼二水平皮带暗斜井；北部为工业广场保护煤柱。

15252工作面煤层赋存稳定，2号煤最厚2.5 m，最薄2.3 m，平均2.4 m。煤层一般含两层层夹矸，夹矸厚为0.10 m、0.05 m，煤层结构：0.4（0.1）0.5（0.05）1.35。

该工作面地质构造复杂，在15252N工作面掘进过程中共揭露三条大断层DF15-2、F15-1、DF15、DF15-2断层位于工作面上下顺槽揭露、断层走向为60°，落差为H=2～20 m；F15-1断层位于工作面上下顺槽揭露、断层走向为46°，落差为H=25～40 m；DF15断层位于工作面上下顺槽揭露、断层走向为22°，落差为H=12～20 m。共揭露f1、f2、f3、f4、四条小断层，f1断层位于工作面下顺槽13点前22 m揭露、断层走向为53°，落差为H=1.2 m；f2断层位于工作面上顺槽44点前37 m揭露、断层走向为37°，落差为H=1.0 m；f3断层位于工作面上顺槽X点前3 m揭露、断层走向为44°，落差为H=2.0 m；f4断层位于工作面下顺槽63点前23.4 m揭露、断层走向为74°，落差为H=1.2 m，预计该断层延伸至工作面内。

2.1.2 工作面布置方式

落煤方式：采用MG300700—WD1型双滚筒采煤机割煤。

装煤方式：利用采煤机滚筒和刮板输送机铲煤板装煤（人工清理活煤）。

运煤方式：工作面调斜前工作面切眼采用SGZ764/500型可弯曲刮板输送机，下顺槽使用三台SGB-620/40T型刮板输送机、一台SGB-630/150型刮板输送机、一部DSJ100/80/2x125型落地式胶带输送机、一部DSJ100/80/2x75型落地式胶带输送机联合运输。

支护形式：工作面采用ZZ4800/17/36型四柱支撑掩护式液压支架支护顶板。

进刀方式：采煤机在工作面端头斜切进刀。

2.2 旋转调斜的关键技术问题

2.2.1 工作面设备下滑

15252综采工作面倾角2°～14°，俯采角度5°～8°，运输顺槽与回风顺槽落差达25 m，刮板输送机和支架自重较大，在回采过程中，设备自重有下滑的趋势。刮板输送机由上向下运煤，采煤机截割工艺有阻力，牵引运行过程中的综合作用，致使推移刮板输送机向下滑移。支架与前部刮板输送机通过连杆相连接，移架时随着刮板输送机下滑致连杆偏斜而下移。再加上作业人员前移支架时，部分支架初撑力不达要求[2]。

2.2.2 工作面设备上窜

15252综采工作面俯采时，俯采角度5°～8°，正常采煤将使工作面刮板输送机及支架上窜，促使工作面刮板输送机与运输顺槽转载机搭接失衡，影响上安全出口畅通。主要原因是工作面上半部落底下坡由弦边变成股边，煤壁变短量大于下滑量，而下落底随运输顺槽则是股边变成弦边，煤壁变长量大于输送机的下滑量，从而使工作面刮板输送机不接煤，损坏设备，卡死刮板输送机，前溜设备及支架出现上窜现象[3]。

2.2.3 调斜不当

15252综采工作面设备出现下窜后，适逢初期来压，工作面顶板破碎、片帮较重，在移架过程中部分支架初撑力不达要求，再加上调斜调整欠妥，曾一度造成综放工作面刮板运输机上窜，导致工作面刮板运输机机头与运输顺槽转载机搭接经常性变动，从而改变了工作面刮板输送机与运输顺槽转载机的合理搭接关系。工作面刮板输送机机头过短，造成运输机卸煤不畅，在下端头形成堆煤现象，增加人工清煤工序，严重时造成刮板输送机和支架推至回风顺槽外帮煤壁，致使上端头安全出口不畅。

2.3 15252综采工作面大角度调斜实践

2.3.1 技术实践

（1）15252下巷三部皮带车头车巷道为负角度拐弯。为保证旋转期间能够顺利将工作面方向旋转过来，该矿及时在下巷三部车头以里50 m至三部车头往外20 m处做一条新配巷。

（2）根据调斜推进要求及考虑到工作面结束时上网上绳工作需要，调斜工作需在下巷最少剩余8 m时结束，根据反算，工作面在距配巷外口20 m时，上巷在距拐点104 m时开始调斜，调斜比例1：12（即下巷推进12 m，上巷推进146 m），整个调斜过程中，上巷比下巷多推进137 m。

（3）受地质条件及支架自重等因素影响，工作面回采期间支架、工作面溜子会出现上窜下滑的现象.为保证工作面正常推进，工作面支架、溜子等不能与煤帮垂直，而应有一个向上的倾角，即工作面处于伪斜状态。根据生产经验15252工作面正常推进应下巷超前上巷14～16 m。巷道巷道调转方向期间，工作面会逐步下巷超前转变为上巷超前，此时工作面溜子及支架下滑速度会明显加快，若控制不当，支架及工作面溜子就有可能钻入巷道下帮。根据计算，整个调斜旋转过程工作面整体约会下滑8 m。

（4）根据推进图演示，理论上工作面调斜期间，工作面会先变短后变长，但整体工作面长度变化不超过1.5 m，且主要处于过上巷拐点时，工作面推进过程中，不再进行加架作业，确实需要时对上巷进行挑梁起临时支护。

2.3.2 施工实践

（1）针对调斜期间溜子会下滑8 m的情况，该矿提前对新配巷外口下帮进行扩帮（扩帮规格：长×宽=5 m×5 m），同时提前对工作面进行调下头，使工作面上窜，然后摘除排头架十字头并延长工作面溜槽，经计算延长2节槽子即可满足生产需要。待延长完毕后工作面开始1：12调上头，即大调斜旋转开采。调斜开始后，工作面出现下滑，为减少下滑量，该矿一方面采取单方向推移输送机的方式，另一方面推移车头及输送机时，采用液压点柱跄机头及溜槽的方式辅助作业，减少溜槽下滑量。拉架时也打戗点柱缓解支架下滑。

（2）当工作面下滑时，与工作面搭接的150溜子逐步向下帮进行摆溜子，保证工作面与横溜子合理搭接。当溜子缩短至最短后，将该溜子拆除，并延长原三部150溜子机尾与工作面搭接，并随着回采逐步缩短摆溜子，保证正常出煤。

（3）由于调斜比例太大（1：12），推进过程中，工作面肯定会出现挤架、咬架情况。为保证顺利推进，该矿及时借助单体支柱进行调架，做到刀刀调架。调斜实际推进过程中，按正常调斜比例1：12推进（上头进12回下头割透1回），下半段支架将挤死无法拉架，针对此问题，该矿认真研究探讨，最后决定，每次调斜分三个循环进行，即上巷正推四次2.4 m，下巷正常割透但只推移输送机0.2 m，结合调架，从而有效的缓解了挤架、咬架的情况，也满足了1：12大比例调斜的需要。

3 结论

一是制定专项安全技术措施，并由主管技术员及主管区长依次对职工进行贯彻。调斜期间，无论出现咬架还是架缝超宽等现象，验收员在现场第一时间结合班长组织人员进行调架补救，保证了安全生产。二是工作面大比例调斜，工作面下头进尺慢，顶板频繁受拉架影响不易控制，所以顶板的支护强度对顶板支护显得尤为重要。因此，在调斜前组织专人对工作面支架进行了检修，保证所有支架完好支护有效，每班交接班时首先对支架进行二次注液，保证支架的支护强度。拉架时，尽量带压拉架，保证了支护强度，从而对顶板做到了有效控制，避免了顶板事故的发生。三是针对15252工作面，上下超前处理和端头支护，支柱一律穿铁鞋，在实际工作中，加强了下端头3个支架的管理，按要求支设戗棚、密集等，保证了采煤高度。

15252工作面，2018年1月2日开始调斜，2018年2月6日调斜结束，历时一个多月一采区在15252工作面大调斜旋转角度为84°，合计多回收煤炭约2万t，为今后应对更加复杂的回采条件打下了坚实的基础。