不规则采煤工作面旋转开采技术研究

杜超

（冀中能源股份山西寿阳段王煤业集团有限公司，山西 晋中 045499）

0 引 言

我国煤炭资源赋存地质条件较为复杂，煤层常伴随有断层、褶曲等地质构造，因此优化旋转开采技术，高效指导生产，提高效率和效益，努力做到边际效益最大化是极为重要的，具有现实生产意义。

目前，学者在旋转开采技术方面进行了一系列的研究，苏相宾[1]为解决工作面遇断层导致工作面开采中断的难题，成功实施了工作面旋转开采关键技术。避免了工作面搬家倒面带来的安全风险和繁琐工程，保证了矿井生产的连续性和资源回收的最大化。杨晓东[2]为研究不规则工作面开采技术难题及开采过程中的矿压规律，通过实心旋转的方式配合长短刀结合的进刀方式调斜过程中应力、位移及塑性区存在着不对称分布的现象，调斜结束后，不对称现象基本消失。陈慧明[3]针对工作面直接顶破碎易冒落、综采设备严重下滑等问题，提出了破碎顶板条件下工作面旋转开采技术，研究对保障工作面安全生产具有重要意义。李顺顺[4]利用数值模拟的方法，重点研究了旋采段采场超前支承压力和侧向支承压力分布特征。王惠风[5]针对边界三角煤及不规则块段造成三角煤丢失、资源浪费的难题，通过综放工作面旋转开采关键技术的应用，成功回采了边界三角煤。史之印[6]为减少工作面搬家次数和回收更多煤炭资源，确定采用旋转开采布置和不规则梯形开采布置，实现安全高效生产。李亮[7]分别从技术经验、主要设备、劳动人员素质和管理水平等3 个角度探讨转采方案的可行性，得出转采方案的成功实施增加了该工作面的服务年限。杨胜利[8]为解决不规则工作面布置设备的难题，提出了基于顶板连续缓慢下沉为主的" 限定变形" 顶板载荷估算方法，节约了搬家倒面和新开切眼的经济成本。赵庆民[9]为了研究复杂地质条件下综采工作面旋采技术，进行了复杂地质条件下旋采角度测试，旋采效果令人满意。沈磊[10]旋转调斜开采的应用，为煤矿边角煤开采、工作面旋转调斜开采提供了经验。王军国[11]提出了综放工作面旋转开采技术，提高了工作面回采速度。高维智[12]从重型设备综放工作面的设备搭接、工艺优化、巷道布置等方面做了详细研究，提出了重型装备综放工作面旋转开采成套关键技术。王永平[13]为多回收煤炭资源制定了一系列关于设备布置、旋转开采以及过断层的安全技术保障措施，解决了综放面初采大落差断层下旋转开采的技术难题。张先华[14]关于如何最大限度的回收煤炭资源、安全前提下延长矿井寿命，经过深入研究确定局部采用旋转技术进行回采，效益明显。陆伟[15]为减少煤炭资源损失设计了进刀比为1∶3 的旋采方法及旋采关键技术方案，旋采期间日产量达正常综采期间的93.1%，经济效果良好。邵洪杰[16]提出旋转开采期间关键过程控制，可以有效减少搬家次数，缓解采掘衔接紧张的局面，有利于综采工作面发挥高产高效的优势，同时为工作面的设计提供了新的思路。王俊[17]通过采用旋转式开采提高了矿井资源采出率，为同类条件下的综采开采提供了参考。魏新贤[18]在分析综采工作面旋转开采现状的基础上，对旋转开采技术进行了研究。分析了综采面旋转开采工艺，解决了旋转开采实践中的关键技术。

不规则采煤工作面旋转开采技术是一种在复杂煤层地质条件下进行煤炭开采的方法。该技术的关键在于根据地质特征和煤层变化，通过调整掘进巷道的位置和形状，使其与煤层的走向和倾角相适应，从而实现煤炭的高效开采。

1 工程概况

友众煤矿6 号煤层为极不稳定的局部可采煤层，存在煤层厚度变化大、夹矸厚度变化大、赋存极不稳定的复杂地质条件，为延长6 号煤层服务年限，实现3 号、6 号煤层的合理配采，矿井开展6 号煤层“找煤扩量”工作，在6 号煤层东翼回风下山以西200 ～300 m 区域内的条状厚煤层区域布置了60108 工作面。

60108 工作面长66 m、运输巷可采长度526 m、回风巷可采长度412 m、平均可采长度469 m、平均煤厚2.2 m、储量9.53 万t，该工作面上部为3 号煤层30101、30103 工作面采空区，与3 号煤层的层间距8 ～11 m，平均10 m，受煤层赋存条件限制及掘进探煤巷的影响，该工作面为不规则的边角煤采煤工作面，在回采工程中需通过老巷两条、旋转开采两次，其中第一次旋转角度为142°、第二次旋转角度为137°，在第二次旋转开采后，工作面面长缩短至64 m。

2 旋转开采方法

为解决60108 工作面采空区下方旋转开采过程中的工作面面长短且调采期间面长变化、下端头顶板支护、下平巷运输系统调整、撤除支架、工作面支架调整等问题，在该工作面回采过程中，创新了固定溜尾、调采溜头、长短刀结合的旋转开采技术，并克服了工作面不等长、大角度旋转、支架调整频繁、刮板输送机上窜、旋转回采期间需通过老巷等困难，成功解决了旋转开采过程中的工作面及两巷顶板管理、设备调整等方面的难题，为国内首创，为今后走向长壁和倾斜长壁联合布置不等长工作面旋转回采积累了一定经验，对于同类型采煤工作面回采具有重大意义。

60108 工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤方法，采煤机组上下滚筒割装煤，刮板运输机、转载机运煤。工作面沿煤层一次采全高，采用全部垮落法管理顶板。

（1） 在工作面距离拐弯40 m 时，新安装40T 刮板输送机1 部、挪移工作面转载机至拐弯点以外，从而形成工作面刮板输送机—40T 刮板输送机—工作面转载机—带式输送机的出煤系统，保证了工作面旋转开采期间的正常运输。

（2） 工作面调采期间，因溜头“上窜”造成1 号支架距离60108 运输巷下帮煤壁超过1.5 m时，采用支设π 型钢配合DW35 单体支护顶板，在拐弯位置跨度较大的区域通过支设木垛加强大跨度区域的顶板支护。

（3） 创新了固定溜尾、调采溜头、长短刀结合的扇形旋转开采技术，即以溜尾为中心作扇形旋转开采溜头，旋转开采工艺为：机组从溜头吃刀直接上行割至20 号支架抹茬至30 号支架—吃刀下行至溜头—溜头吃刀割至30 号并抹茬至40号—40 号吃刀下行至溜头—溜头吃到上行割至40号并抹茬至溜尾—溜尾吃刀下行至溜头，完成一个循环，以此循环直至完成旋转开采为止。

（4） 在工作面旋转开采期间，创新“边开采、边调架”工艺，每班要及时调整支架，保证支架齐直，每一循环必须有一遍割通刀，在每个调采循环结束时，必须将工作面运输机找直，支架调正，防止工作面在推进过程中出“肚”，造成支架挤咬现象发生。

（5） 工作面在旋转回采过程中，保证工作面内支架始终垂直输送机，由于支架调整频繁、反复支撑顶板，尤其是工作面溜尾位置，在顶板破碎、煤壁片帮地段，坚持做到先维护顶板、后调整支架。

（6） 调整支架坚持勤调、微调、少降架、快调整方针，发现支架挤咬现象时，移架过程中及时利用侧护板或单体液压支柱调架，调整顺序一般为由机头侧至机尾侧，首先调整端头架的方向，以端头架为基准，依次调整工作面内支架。

3 结 语

不规则采煤工作面旋转开采技术是一种适应复杂地质条件的煤炭开采方法，其优势在于灵活性高、适应性强以及成本较低等特点，对于提高煤炭开采效率和节约资源具有积极的意义。该技术的一大优势是可以有效应对煤层走向和倾角的变化，避免了传统开采方法中因地质条件复杂而造成的矿山压力、安全隐患以及煤炭资源浪费等问题。通过旋转工作面的方式，可以灵活调整开采方向和方法，提高煤炭的回收率和开采效率。