22307综放工作面转采技术的实践探索

张晋鄂

(山西煤炭进出口集团有限公司 煤炭销售分公司， 山西 太原 030006)

随着煤矿开采的不断深入，煤炭资源逐渐变少，开采条件变得越来越复杂，对于工作面开采而言，提高煤炭资源的回收率成为亟需解决的问题。在20世纪八九十年代，我国首次试验了孤岛工作面开采中采用转采技术，经过几十年的发展，对于转采技术的研究取得了丰硕成果，但是针对特定条件下的转采技术，特别是遇到大断层和大倾角时还需继续深入研究。以山煤集团左云长春兴煤业有限公司22#煤层南盘区22307工作面为研究对象，对遇到大断层和大倾角时采用转采技术进行探究，以提高煤炭资源回收率，保证煤矿开采效率。

1 工作面概况

左云长春兴煤业有限公司现主采石炭系太原组22#煤层，煤层赋存稳定，井田区域内地质构造复杂，正断层较发育，所揭露断层均以西北走向延伸，落差较大。特别是现采南盘区范围内，断层发育密集。盘区中部存在一条F11正断层，断层落差30 m，西北走向，倾向东南，斜交于盘区中部，走向长度达3 000 m，将整个区域一分为二，彻底破坏了原设计东西布置工作面的构想，且该断层影响范围较大，次生断层密集，为工作面规划布置带来困难。通过对该区域设计进行优化，将原工作面东西向布置改变为沿断层走向布置，并在井田边界旋转布置，调整工作面走向与边界一致，采取转采的方式对南盘区中部井田边界内煤炭资源进行回收。

22307综放工作面为条带式布置弧形转采工作面，工作面设计长230 m，运输顺槽长1 603 m，回风顺槽长1 970 m；设计工作面转采区域以运输顺槽采位658.3 m位置为圆点，回风顺槽推进177.8 m，成弧形。现工作面已回采至562.4 m，距转采拐点剩余95.9 m. 转采区域煤层平均厚度约11.2 m，东高西低，南高北低，平均倾角2°，煤层普氏硬度2～3，转采时受F147断层(H=1.1 m，∠60°)影响，工作面45#—85#液压支架段可能出现顶板破碎、煤壁片帮等现象。平面布置见图1.

工作面运输顺槽选用SZZ1200/700型转载机配套ZY2700皮带机自移机尾形成运煤系统。由于该转载机长55 m，其铰接槽不能水平弯曲，机尾槽最大水平弯曲±0.6°，造成其无法保证在转采过程中与运输顺槽皮带和工作面前后部刮板输送机正常搭接而形成运煤系统。

图1 22307综放工作面平面布置图

2 工作面转采技术

2.1 工作面转采前的准备工作

1) 拆除皮带转弯机构、推移转载机及端头支架。

在工作面推进至转载机尾距转采拐点80.5 m时，对转采拐点处皮带转弯机构进行拆除，并将转载机和端头支架先行推移至运输顺槽一段正常回采位置，并在转载机尾增设3节刮板槽。

2) 安装转采输送机。

在运输顺槽二段原转载机位置安装一部SGZ1200/700型刮板输送机(以下简称转采输送机)，承担转载机功能，前部与转载机搭接，后部与工作面前后部刮板输送机搭接，形成运煤系统，见图2.

图2 推移转载机、端头支架平面图

3) 保护工作面电缆。

在转载机及端头支架推移至运输顺槽一段后，由于设备列车与工作面间部分电缆失去转载机电缆槽保护，暴露在巷道中，为了防止回采过程中电缆被采煤机滚筒割断，故将电缆改至运输顺槽北帮。

4) 原端头支架处加强支护。

将转载机和端头支架先行推移至运输顺槽一段正常回采位置后，导致原端头支架位置处空顶，需在该区域采用“井字”木垛+单体液压支柱联合加强支护：

a) 转载机推移前，在转载机机尾后部采用2.5 m、1.5 m长道木架设1架木垛，木垛架设规格为2 m×1 m；架设完毕后向外补打两排单体液压支柱进行支护，单体液压支柱排向平行于顺槽轴线方向。b) 在工作面运输顺槽出口处支设2排单体液压支柱，距煤柱0.9 m，柱距1.2 m，距煤壁0.8 m，见图3.

图3 工作面机头支护图

5) 正常回采。

在转采设备安装完成后，工作面继续正常回采至前部刮板输送机机头距转采拐点6 m处；转采输送机刮板槽随采随拆，根据工作面顶板情况，每推进4～7 m，拆除2～4节，每拆除两片刮板槽，并在距转采输送机机尾1～1.5 m处采用1.5 m长道木架设一架木垛，木垛架设为1 m×1 m“井”字型，最后剩余21 m供转采时使用；随着工作面回采，在工作面转采开始前，将转载机尾调整至转采拐点附近，确保工作面转采时运煤系统正常。

6) 调整支架移后溜千斤顶及侧护板。

由原来隔架一组(2架)移后溜千斤顶工作改成每架机尾侧(1架)移后溜千斤顶工作，保证工作面转采时后部刮板输送机受力均匀;同时将支架前部侧护板锁死，在拉架时利用后部侧护板推拉油缸的作用，将支架后部向机尾侧顶，使支架调向，确保工作面正常旋转。

7) 转采拐点处加强支护。

工作面转采时，由于端头支架前移，1#支架处出现空顶且面积较大，机头侧支架调架时，顶板受到支架的反复支撑作用，导致该处顶板压力较大、破碎，需加强支护，以保证该区域顶板完整性，确保工作面运输顺槽出口安全可靠：

a) 在工作面前部刮板输送机机头推进距转采拐点15 m时，1#—30#支架开始不放煤。b) 转采拐点处采用DW45型单体液压支柱支护，间距1.2 m；转采输送机机头北部采用1.5 m、1.5 m长道木架设4架连体木垛，见图4.

图4 工作面转采拐点支护示意图

2.2 转采工艺

22307综放工作面在采位658.3 m处进行转采，主要转采操作如下：

1) 转采工序及技术要求。

a) 工作面进行调刀开采，机头每推1刀进200 mm，机尾推一刀进800 mm. 机头每推一遍，机尾推8遍，此为一个循环，即一个大循环下来机头推进0.2 m，机尾推进6.4 m. b) 机尾调刀方式为奇偶调刀，即采煤机割至机尾后，先从工作面上头依次找到90#、70#、30#、1#为一个大循环，然后，再从工作面上头依次找到100#、60#、40#、1#为一个大循环，循环往复，进行转采。

2) 确定转采起始位置。

在两巷给出转采点位置、转采范围、转采关键点(起点、中点、终点、分段点)。转采圆心点为运输顺槽煤壁侧帮线(设计线)交点，该次转采角度约45°，回风顺槽(工作面机尾处)转采长度约180 m，根据一个大循环机头推进为0.2 m，机尾推进为6.4 m，将转采圆心点前6 m定为运输顺槽转采起始点，即转采结束时工作面机头正好位于转采圆心点处，见图5.

3) 工作面前后刮板输送机与胶带输送机间转载搭接。

由于受转载机长度影响，将转载机和端头支架在转采前先行拉移至转采后正常回采位置，再新铺设一部刮板输送机替代转载机的功能与转载机搭接。同时在转采期间根据工作面走向变化及支架调架情况，及时调整该刮板输送机位置及方向，保证工作面正常出煤。

图5 22307综放工作面转采起止位置平面图

4) 工作面转采圆心点区域顶板管理。

工作面转采时，由于端头支架前移，1#支架处出现空顶，面积较大，下头支架需要调架，顶板受到支架的反复支撑作用，导致该处顶板压力较大、破碎，需加强支护；在1#支架处原转载机位置补打木垛及支设单体液压支柱进行支护，同时在转采期间对工作面1#—6#支架顶板进行挂网，1#—30#支架区域不进行放煤，保证该区域顶板完整性，确保下出口安全可靠。

5) 工作面支架及刮板输送机的调整。

22307工作面转采期间，随着工作面循环推进，跟随每次调刀对前部刮板输送机进行推移，同时将液压支架随工作面的旋转而调正，后部刮板输送机会随着支架的调节而向上窜，导致后部刮板输送机与转载机搭接不上；施工中将支架后部刮板输送机推拉油缸链条与后部刮板输送机错位连接，在后部刮板输送机上窜时通过油缸倾斜用力，将后部运输机拉回正确位置。

6) 转采收尾。

在工作面转采期间，随转采进度推移，转载机尾随之向下推移，在新设刮板输送机与转载机方向一致，且转载机后退可与工作面前后部刮板输送机正常搭接时，分解新设刮板输送机由工作面前部刮板输送机运输至工作面回风顺槽，将转载机后退与工作面支架齐平，恢复正常工作面运输线路搭接，进行正常回采作业。

2.3 工作面转采过程时间节点

2020年3月3日—3月6日，工作面推进至机头590 m，机尾583.5 m处，距转采点68 m. 工作面停产，对转采拐点处皮带转弯机构进行拆除，并将转载机和端头支架先行推移至运输顺槽一段正常回采位置，并在转载机尾增设3节刮板槽。

2020年3月22日四点班，工作面推进至机头650 m，距转采点8 m，工作面开始转采。

2020年4月6日—7日，转采累计推进约130 m，工作面前部刮板输送机具备与转载机搭接条件。工作面拆除转采刮板输送机，恢复转载机和端头支架。

2020年4月16日，工作面机尾推进至转采结束点，标志着22307工作面转采安全平稳结束。

3 工作面转采期间矿压分析

3.1 工作面压力情况

1) 4月3日，机头推进至654 m，机尾推进至750.2 m，307工作面85#—105#、63#—73#支架压力显现，安全阀未开启，采高3 m.

2) 4月6日，机头推进至662 m，机尾推进770.2 m，307工作面早班30#—90#支架压力显现，115#—机尾采高超高；中班32#—65#支架压力显现，采高3.0 m.

3) 4月11日，机头推进至667.8 m，机尾推进至798.2 m，工作面29#—38#、123#—131#顶板压力显现，采高3.5 m.

3.2 KJ564矿压监测软件分析结果

307工作面共布置133台支架，此次分析，计算了工作面(2020年3月22日夜班—2020年4月16日夜班)8个区域工作阻力，统计工作面机头区域(4#—20#支架)、中部1区(21#—34#支架)、中部2区(35#—48#支架)、中部3区(49#—62#支架)、中部4区(63#—76#支架)、中部5区(77#—90#支架)、中部6区(91#—100#支架)、机尾区域(111#—122#支架)共109个支架的工作阻力；以17、12、14、14、14、14、14、10台支架宽度做为1个分析区域宽度，并以区域内全部支架同一循环工作阻力均值变化特征，研究工作面区域矿压变化规律。

1) 机头区域(4#—20#支架)、中部1区(21#—34#支架)、中部2区(35#—48#支架)、中部3区(49#—62#支架)、中部4区(63#—76#支架)、中部5区(77#—90#支架)、中部6区(91#—100#支架)、机尾区域(111#—122#支架)分别经历了2、1、2、4、3、3、3、3次完整的基本顶周期来压。

2) 顶板周期来压步距变化为13.1～53.8 m，均值为24.3 m，折合割煤刀数平均30刀；顶板周期来压步距均方差为0～21.5 m，其中中部6区顶板周期来压步距变化最大，为3.8～50.4 m.

3) 机头区域来压步距3.8～44.8 m，均值为24.3 m；中部1区来压步距53.8～53.8 m，均值为53.8 m；中部2区来压步距5.1～47.2 m，均值为26.2 m；中部3区来压步距5.1～31.2 m，均值为13.1 m；中部4区来压步距5.6～43.2 m，均值为18.4 m；中部5区来压步距5.6～25.6 m，均值为18.7 m；中部6区来压步距3.8～50.4 m，均值为19.9 m；机尾区域来压步距9.6～31.2 m，均值为20.0 m.

4 工作面转采技术效果分析

4.1 工作面转采技术与管理效益分析

1) 转采拐点处大断面顶板管理。

a) 工作面转采准备期间，在转载机向前推移时，转采拐点处顶板反复支撑，造成顶板锚索部分失效。为保证顶板完整，对端头支架前移造成的部分失效锚索进行补打。

b) 在工作面机头推进至距转采拐点15 m时，1#—6#支架采取挂网+挂钢丝绳的方式，1#—30#支架开始不放煤。

c) 采用“单体柱+木垛”加强支护。转采拐点处采用DW45型单体液压支柱密集支护，转采输送机机头北部架设4架连体木垛。

d) 补强帮部支护。转采点处煤壁帮掘进期间采用“玻璃钢锚杆+复合网”进行支护，该区域受超前压力影响，容易造成片帮。在转采前，重新挂菱形网、补打金属锚杆对巷帮进行加强支护。

e) 由于工作面采煤机割煤0.2 m精确掌握难度较大，同时在转采时工作面前部刮板输送机下窜时，需对工作面机头进行推进。机尾推进至130 m时，机头顶板压力逐渐显现，经现场分析，工作面前部刮板输送机具备与转载机搭接条件，拆除转采刮板输送机，恢复端头支架和转载机，工作面机头开始向前推进。

2) 上下端头悬顶管理。

a) 转采期间回风顺槽推进较快，采空区悬顶面积超过规定，及时进行退锚，保证顶板及时垮落。

b) 运输顺槽转采点机头硐室空间较大，硐室设计时加密了锚索支护，但在转采过程中，发现顶板无法及时垮落。经综合分析，顶板不能及时垮落的直接原因是机头硐室支护强度过大，在今后的设计中要结合矿井实际，综合考虑机头硐室的支护强度。

3) 工作面安全出口宽度管理。

22307工作面回风顺槽首次采用超前支架支护，若转采弧形巷道仍按照正常回风顺槽宽度4.6 m施工，将会造成转采调刀期间工作面机尾安全出口宽度小于0.8 m，造成重大安全隐患，故在该段巷道施工时，按照巷道中心不变原则，将巷道两侧均增加了0.5 m，即转采弧形巷道宽为5.6 m.

尽管采取了巷道加宽的措施，转采期间仍存在前后部刮板输送机与端尾支架安全出口宽度不足的现象，今后在设计转采工作面时，考虑工作面长度适当加长0.5 m，保障上下安全出口畅通。

4) 转采刮板输送机管理。

在转采设备安装完成后，工作面继续正常回采至前部刮板输送机机头距转采拐点8 m处。转采输送机刮板槽随采随拆，根据工作面顶板情况，每推进4～7 m，拆除2～4节，每拆除两片刮板槽，并在距转采输送机机尾1～1.5 m处打一个木垛，直至转采输送机最后剩余21 m供转采时使用。

5) 刮板输送机上窜下滑控制。

a) 在工作面转采期间，随着回采的推进，工作面走向发生变化，在拉架时利用支架前端作为支点，使用本架后部侧护板将支架尾部调向，保证工作面支架与走向一致；若侧护板无法实现调整支架形态时，使用单体液压支柱进行调整。

b) 随着工作面转采，后部刮板输送机将相对向“下滑”，此时采用机尾侧移后溜千斤顶将后部刮板输送机及时向机尾方向调整；同时要及时调整转采输送机位置及方向，保证工作面运煤系统正常。

c) 为保证工作面正常转采，防止工作面刮板输送机“下滑”，采取“单向推溜”方式，刮板输送机由机头向机尾依次推进；并将工作面机头处支架前部方向微向机尾处调整，使“支架推拉框架+底座”形成“杠杆”向机尾方向出力。

d) 转采过程中，由于机尾推进速度较快，根据实际情况，在工作面前部刮板输送机出现“下滑”趋势时调整机尾进刀为机头进刀，进刀方式与机尾进刀方式一样成镜像处理。

6) 优化回撤联巷布置。

根据22303工作面转采经验，优化回撤联巷布置，将回撤通道布置在转采区域以外，保证了转采刮板输送机在转采结束时的回撤通道。同时将转采区域和回撤联巷分开布置，降低了工作面转采期间的顶板控制难度，减小了工作面转采难度。在施工该联巷时，吸取22303工作面回采过联巷时的联巷顶板支护强度不够，造成顶板破碎、下沉等现象的经验， 增加锚索支护密度，加强联巷顶板支护强度。

4.2 经济效益分析

1) 采用转采工艺，相较原工作面东西走向布置，减少顺槽掘进岩巷约500 m，节约巷道成本近500万元；减少一次工作面搬家，节约成本约1 000万元。

2) 采用转采工艺，将22307工作面东北三角区域资源回收最大化，根据转采设计，转采区域可多回收煤炭30.5万t，实际回收资源约36万t，创造利润4 860万元。

5 结 语

1) 根据山煤集团左云长春兴煤业有限公司22#煤层南盘区22307工作面的具体实际情况，介绍了22307工作面采用转采技术进行开采的准备工作，为转采技术的实施奠定了基础，保证了22307工作面应用转采技术后顺利回采。

2) 在工作面转采过程中进行了矿压观测，分析了转采区域内全部支架同一循环工作阻力均值变化特征，研究了工作面区域矿压变化规律。

3) 采用转采工艺，相较原工作面东西走向布置，减少顺槽掘进岩巷约500 m，节约巷道成本近500万元；减少一次工作面搬家，节约成本约1 000万元。将22307工作面东北三角区域资源回收最大化，多回收资源约36万t，创造利润4 860万元。