综放面缩面和转角开采技术研究与实践

2014-05-26赵洪全李延曲凤斌

科技创新与应用 2014年16期

赵洪全　李延　曲凤斌

摘要：铁煤集团大明煤矿立井工业广场煤柱二段由于工作面煤层厚度5.53～6.25m，可以设计成综放工作面或者分层开采综采工作面或者是大采高综采工作面。但是由于受井型限制，大采高设备不能入井，经沈阳煤研所《近地表煤层开采可行性论证》认为分层开采可能会与第四系含水层导通，分层开采多留煤柱和防火困难。设计成综放工作面即不会与第四系含水层导通，又能最大限度回收煤炭资源，该不规则综采放顶煤开采需要缩面回采和转角工艺，通过生产实践取得了成功，多回收资源煤炭7.7万吨。

关键词：综放面；缩面回采；转角

引言

大明矿是集团公司最早投产的矿井，由于资源匮乏，目前已处于残采阶段，所以最大限度的对现有资源进行回收是大明矿必须要面对的现实问题。本着应收尽收，吃干榨净的原则，在立井（原大明二矿）工业广场煤柱二段设计了不规则的综放工作面，实施精采细采，提高了资源回收率。

1 工作面概况

工业广场煤柱二段综放工作面位于工业广场保护煤柱南部，煤层走向105～120°、倾向15～30°、倾角0～6°。煤层平均厚度为5.7m，煤平均厚度4.90m。商品煤储量为17万吨。

2 工作面设备配备

采煤机：MG300/701-WD型电牵引采煤机，采高范围1.5～2.9m，适应倾角≤15°，总装机功率701kW，截割电机功率2×300kW，牵引电机功率2×45kW，截深600mm、630mm，牵引速度7.5m/min、9m/min，牵引形式交流变频调速销轨无链电牵引。液压支架：ZFS7200-17/29A，工作阻力7200kN；转载机SZZ-800/800；刮板输送机SGZ-800/315；乳化液泵站GRB-315/31.5；破碎机PCM-160。

3 开采方案设计

综放工作面走向长278m，面长112～61m，工作面初采阶段回顺需先推进26m，后工作面平行推进87m时，开始缩面；推至156m时，工作面转角31°。如何达到煤柱开采提高回收率，要充分考虑到安装、放顶煤两道工序；综放使用ZFS7200-17/29A支撑掩护式液压支架重达24t，边采边撤期间支架调向、拉运阻力大，一定程度上会滞约生产，连带不安全操作因素；工作面转角角度大，综放端头支架、转载机长度分别为12.6m和41m，转角过程中调整非常困难，为保证顺利转角，拐点处开帮宽度深、两侧开帮延伸距离长，不利于顶板管理。转角过程中运输机与转载机会脱节，搭接不上会影响出货。对于我们首次安装综放面的矿井来说，回采过程中需要解决很多问题。

4 主要回采工艺

4.1 提高回收率的方法

工作面安装时，后部运输机多安装1块中部槽。开采前对切眼、前后三角点进行放顶，并在回采初期进行多次放顶，做到由切眼开始煤炭资源全部回收。两顺顶板支护材料全部进行回收，尽量减少两巷丢煤。为了初次来压前多回收煤炭，安装后部运输机牵引链时，人为将牵引链放长，老顶来压后及时缩短进入正常循环。同时本着多放煤少出矸石的原则，将工作面采高控制在2.5m-2.7m之间，过低煤有时候放不出来，过高会影响支架初撑力，对顶板管理不利。工作面每推进一刀，后部运输机放一次煤，做到不丢煤，至见矸石为止。放煤时如果煤能够顺利放出，只需要动插板即可，如果出煤不顺畅，可小幅度动尾梁，如果幅度过大，尾梁煤会放净，对顶板管理不利，还会造成下一循环拉架、放煤大量出矸石。

4.2 控制运输机窜动的方法

由回采决定安装设计，由于斜切眼与回顺成78°锐角，初采调角机尾26m后工作面垂直两顺，工作面缩短3.0m，按以往惯例运输机斜切中部槽应比直切多出2块安装，在机尾变线板位置每间隔2组支架留出1块1.5m中部槽的空隙，在调角机尾回采过程中逐一撤掉达到预期效果。根据现场实际情况，在保证机组正常切割煤壁的情况下少加板，这次只多安装1块1.5m中部槽，并且支架间没有留空隙，杜绝了调角机尾过程中架间维护，推移机尾时使用单体配合，当机尾接近下帮时，撤掉多余中部槽。

调角机尾期间推移运输机时，由于工作面伪斜，支架推移液压千斤会向机尾产生分力作用，导致运输机整体向机尾侧窜动的趋势，造成运输机机头与转载机搭接过短而影响出货，采取的办法是调角机尾应用长、短刀相结合的方式，单向进刀，即机组向机尾方向割煤，由机头向机尾侧顺序或间隔调架、移架，机组由机尾向机头运行时推移运输机，往返一次工作面推进一遍。

每次推移运输机向机头侧窜量H：

H=L-（L2-S2）1/2=0.2m

其中：L为运输机过渡段15m；S为运输机移动步距0.8m；即每次推移输送机向机头侧窜动200mm。

除采用单向割煤方法控制运输机外，使用液压千斤顶辅助牵引同样能够控制运输机窜动，即平均每10组支架安装1个液压千斤顶配双向锁，使用500型运输机链在支架“龙门架”与运输机间形成运输机窜动控制机构，推移前将工作面运输机控制千斤顶全部缩回绷紧，同样能够达到控制运输机窜动的效果。

采用单向割煤方法控制运输机和液压千斤顶牵引运输机两种方法相结合，有效地控制了运输机在初采调角期间不向机尾侧窜动。

5 缩面回采

回顺进入缩面回采时，回顺与工作面夹角59°，工作面由112m缩至61m，总共需要撤除支架34组。机尾每进一遍0.8m，工作面缩短0.48m、顺槽缩短0.94m，以此为依据，每回撤1组支架需要进3.1刀，按每天进4刀3.2m计算，平均每3天回撤4组支架。

5.1 回撤顺序

前后部运输机断板——回撤前部运输机中部槽——对前部运输机——回撤前部中部槽——对后部运输机——回撤支架（后部运输机中部槽栓在支架底座上连同支架一起回撤）。每次支架回撤前，在待撤支架尾梁液压千斤顶端部加300mm长加长段，保证了尾梁与机尾间足够的距离，不影响对机尾。后部运输机中部槽与支架一起回撤，防止了支架单独回撤后，回撤中部槽时顶板冒落被淹埋的现象。出现回撤两组支架时，首次撤出机尾2号支架及后部运输机中部槽，然后回撤尾1号支架。当回采至引板位置时，前移引板及五股铁道，为下一循环回撤创造条件。

5.2 顶板维护

待回撤支架上方按1m间距平行工作面方向架设4.0m圆木，如回撤两组支架时，机尾2号支架调向后，按800mm×1000mm间、排距打单体点柱维护支架调向三角区，尾1号支架回撤后，在尾3号支架前柱脚旁侧打一“井”字型木垛对顶板进行支护。当下一循环新的木垛架设完毕后，拆除上一个木垛，这样充分保证顶板正常垮落做好了顶板管理及防止了瓦斯积聚。超前支护改一梁四柱工字钢棚，净宽2.4m，即满足了回撤宽度，也保证了顶板支护强度。

5.3 支架调向、拉运

支架调向使用慢速回柱绞车，为减少拉运阻力，支架架脚挂动滑轮，前方8m位置顶板挂“抬头”导向滑轮，滑轮挂点使用∮21.8mm专用锚索、500型运输机链。回顺为拱形巷道，宽度、高度都难以满足支架整体装车运输要求。若采用“旱拉”回撤工艺，会加大拉运阻力。在综合对比的基础上，回撤支架选用“五股轨道回撤法”。五股轨道回撤法就是在超前支护外安装引板，引板外铺设五根铁道，中间三根铺设15kg/m铁道，两侧的两根铁道是24kg/m铁道。五股轨道回撤法特点：由于两侧铁轨高于中间三条铁轨30mm，可起到限位作用，保证了使用回柱绞车拉运中部槽及支架时即不钻底又不向两侧偏移，按五股道中心前移，顺利到达起吊间，减小了拉运阻力，避免了断绳、飞滑轮等机械事故。同时加快了回撤支架的速度，为支架回撤后工作面尽早恢复生产赢得了时间。

6 工作面转角工艺

边采边撤支架27组后，工作面将向运顺方向转角31°，综放面向运顺方向如此大幅度转角在集团公司尚属首次，技术管理会增加很大的难度，综放端头支架、转载机长度较普通综采分别长2.5m和10m，两项数据给转载机、端头支架转角过程中调整工作带来很大困难，为此，需要在拐点两侧开帮，其中拐点处开帮较深，向两侧延伸距离长，大面积开帮会造成顶板管理难度。转角过程中运输机与转载机会脱节，满足搭接出货需要不断更换不同规格的调节中部槽。在实际生产过程中，我们采取了一系列切实可行的措施达到了预期效果。

6.1 铺设刮板运输机

当运顺回采至拐点70m、顺槽二条皮带机不能正常使用时，翻掉二条皮带机铺设SGW-75刮板运输机与一条皮带机搭接，刮板输送机尾部铺设在皮带尾滑道内。

6.2 拐点下帮劈帮

第一次铺设刮板运输机结束，开始劈帮为转载机转角达到足够的空间做准备，具体做法是在拐点里侧35m位置按每1m多进100mm为准开始劈帮，总长度70m，即拐点两侧各35m。根据转载机弧形旋转轨迹，当转载机中心位于拐点位置时，为劈帮最大宽度3.5m，劈帮巷道按原巷道支护方式布置锚杆、锚索，另外视劈帮宽度打1-2排贴帮单体点柱，劈帮对应原巷道位置顶板加密锚索，劈帮结束后在拐点位置打木垛重点加强维护，盲巷内形成两排单体配铰接顶梁正规超前支架。回采超前支护进入拐点位置时，超前支护背6m圆木棚。

6.3 转载机转角开采

为保证转载机、端头架顺利转角并且能够及时调整，同时为了减少转载机转角过程中少开下帮，转载头接近拐点前13m，提前将运输机机头调至与转载机搭接能够出货最短位置。当转载头推至拐点，刮板输送机不能使用时，一条皮带尾缩回18m，前移一次刮板输送机，皮带尾滑道位于二条皮带道内，滑道前运输机中节形成可弯曲状态继续与一条皮带尾搭接。第二次铺设刮板输送机结束进入回采阶段，转载机随着工作面推进转载机头会向下帮偏移、逐渐转角31°进入一条皮带道内，转载机每推进一遍向下帮偏移0.7°，移出200mm，当转载机机身处于拐点位置时，第二次前移皮带尾23m，第二次前移输送机，刮板输送机整体进入一条皮带道内成直线状态继续与一条皮带尾搭接。三次铺设刮板输送机，达到了转载机转角期间设备正常搭接保证了正常出货的目的。

转载机转角偏移过程中，工作面运输机机头与转载机搭接会逐渐脱节，运输机接近拐点时，达到最大脱节程度2.4m，此时需要及时加长运输机，确保运输机与转载机正常搭接，按照时间进度具体做法是：变线板与普通中部槽间安装500mm型调节中部槽-500mm型调节中部槽拆除换1000mm型调节中部槽-在与1000mm型调节中部槽相隔两块中部槽位置加500mm型调节中部槽。后部运输机可以使用牵引链采用软连接方式向机头侧牵引达到搭接的目的。

转载机转角的同时，主副架逐渐随转载机向工作面方向调整。为了保证安全顺利调整支架，机头10组支架提前铺网、上圆木，支架调整过程中架间打单体点柱临时支护，由于综放端头架顶梁长，副端头架与过渡架间错差达2.5m，采空区顶板下沉面积大给调架工作带来困难，采取了在两架间后部运输机采空区侧打单体点柱滞后回收的方法确保了调架工作。

6.4 工作面转角

工作面推进距拐点3m位置时，开始以机头为轴采用一长多短的方式调角机尾42m回采，调角期间视机头长短适时推进机头，同时需要撤除支架7组。工作面转角过程中，工作面运输机机头会逐渐向转载侧延伸，出货口逐渐变小，同样为了达到正常出货的目的，需要及时缩短运输机长度，按照时间进度具体做法是：500mm型调节中部槽拆除-1000mm型调节中部槽拆除换500mm型调节中部槽-拆除换500mm型调节中部槽。转角、撤架工作结束，工作面推过拐点5m时工作面调直，转载机、端头支架完全进入一条皮带道，拆除刮板输送机恢复转载机与皮带机搭接。后部运输机仍然采用软连接方式向机尾侧牵引，保持运输机与转载机正常搭接。

7 经验与不足

掘进期间，没有充分考虑到回采中期边采边回撤支架工作，回顺设计为拱形巷道，回撤支架时需要向巷帮两侧改超前支护确保支架顺利拉运，翻改的超前支护刚好打在拱形巷道圆弧拱的位置，超前支护很难打正打牢，对顶板支护不利。综放面安装时前部运输机机尾过渡槽没有设置安装卡链器的位置，造成回撤支架期间每次断接链只能使用单体及液压缸作业，影响工作进度，给操作带来不安全因素。运顺拐点上帮掘进期间盲巷过长，造成拐点位置断面过大，人为增加了顶板管理难度。

8 经济效益

大明煤矿立井煤柱二段综放面采用了缩面回采及工作面转角工艺，多回收7.7万吨商品煤，按吨煤价格380元计算，销售收入为2926万元。

9 结束语

综放面首次采用了缩面回采及工作面转角工艺，将不可采的小块段回收，增加了销售收入，做到了优化设计、精采细采，提高了综放面的回收率。回采时前后部运输机采用机头单机运行，仅此一项节约电费5.7万元。该工作面的成功回采，延长了矿井服务的年限，对于我们这个已进入残复采的矿井来说，具有非常重要的意义。