综采工作面在复杂条件下连续推进的技术研究

2016-05-18文/冯尧

中国煤炭工业 2016年10期

文/冯尧

文/冯尧

为充分发挥综采设备效能，就必须提高工作面单产和设备的使用率，实现工作面连续生产。从目前综采生产实际情况来看，主要采取变双翼采区为单翼采区、变走向长壁工作面为倾斜长壁工作面等形式，增加综采设备一次安装后的推进距离。这在一定程度上，改善了一些综采工作面生产形势，取得了较好的经济效果。但是，综采工作面受断层、陷落柱、褶曲、火成岩侵入和煤层倾角、厚度变化等地质条件影响，限制了工作面直线连续推进的长度，并且矿井受井田边界、保安煤柱、煤层群开采顺序、老窑积水等制约，也不能加大综采工作面直线连续推进的长度，从而限制了综采工作面的几何尺寸。冀中能源股份公司显德汪矿二采区受井田边界和老窑积水影响，采区边界极不规则。该采区工作面通过采用倾斜长壁布置、扇形采煤、刀把式工作面对接等多种措施，在保证煤炭回收率的前提下，最大限度地实现工作面的连续推进，实现了矿井的高效安全开采。

一、工作面概况

1223工作面为二采区2#煤工作面，工作面倾斜上方为1221工作面采空区，西邻1121、1125工作面采空区，东至新二采东翼运输上山，下方尚未布置工作面。

两巷均沿煤层顶板掘进，采用锚网加锚索联合支护，断面规格4.2×2.6m（宽×下帮高），在1223运料巷里段及1223对接巷处发育薄煤带，沿巷道走向发育175～180m，预计向工作面内延伸12～24m。工作面中部扇形开采段巷道转向角为87°，运料巷增长量为232m，外部扇形开采段巷道转向角34°，运输巷增长量为84m。如图1所示。

图1 1223工作面巷道布置示意图

二、工作面对接

1223工作面上巷掘进期间揭露煤层变薄带，通过采用刀把式工作面布置回收里段边角煤。1223切眼安装支架52架，工作面推进118m后与1223对接巷内46架支架对接。

1.对接技术分析

综采工作面的对接，实际上是推进工作面与对接巷液压支架和刮板输送机之间的对接。对接后，架间空顶间距大，极易造成冒顶，并加大了刮板输送机对接和支架连溜子的工作量，如间距小，就有可能出现支架头顶尾的抄袖现象。在推进过程中，显德汪矿通过人为控制和调整，使得对接时对接巷第53架下边缘与工作面第52架上边缘间距为500mm；为避免对接后顶板出现台阶，对接时正常顶板的采高高差应控制在200mm以内；为保证对接工作面满足“三直一平”要求，对接刮板输送机必须在走向和倾向上实现平滑过渡。

2.支架对接工艺

工作面机尾长度控制。为掌握对接时支架间隙，工作面推至距离对接巷50m时，在1223运料巷顶板上标一条平行于巷帮的红线，红线距离53架下边缘垂直距离500mm。并在该红线两侧200mm处，再画两条平行线作为支架方位控制线，便于控制。如图2所示。

图2工作面结尾控制示意图

在此后的推进过程中，通过及时调整输送机伪倾斜角度来保证支架位于2条控制线之间，确保顺利对接。

工作面回采技术参数调整。对接巷第53架支架放置在巷道内，支架支护高度为3m，为确保对接时支架错差不超过侧护板的2/3，工作面推至距离对接巷20m时，工作面机尾段采高需以3m为控制基准进行调整，上下幅度不大于200m。为实现刮板输送机必须在走向和倾向上平滑过渡，工作面推至距离对接巷10m时，工作面机头超前距离需按5～7m控制，工作面机尾段倾向角度调整为对接巷的平均角度13°。

图3扇形开采带采三角煤

3.对接效果

显德汪矿由于提前制定好了对接计划，并且准备工作充分，从到达对接位置，到对接完成开始试运转，仅用一个小班约8h。对接结束后，52号架和53号架的水平间距为300mm，输送机对接误差为50mm，前后对齐一致。通过对接工作面长度达到147.5m，共有支架98架。

三、扇形开采

1.中部调采机尾

准备阶段。重点是调整采面状况，降低采高至2.4m，全面检修支架立柱、侧护等采面设备，为工作面正常调采做准备，此阶段平行推进10～15m。

初次调采阶段。以上下两巷推进度比例7∶1调采，此阶段调采过程中，工作面长度从147m延长到157m，需要在工作面机尾逐步增加6台支架。本阶段重点工作是精确计算工作面长度，在运料巷准确位置提前放置支架，从而实现工作面连续推进。

重点调采阶段。机尾加架结束后，运料巷推进至第一处拐点，工作面开始大幅度调采机尾。此阶段调采过程中，工作面长度变化频繁，根据现场实际情况，结合相关水文地质资料，在确保运料巷上帮安保煤柱宽度的前提下，为减少机尾缩短、延长的工序，同时尽可能多的开采煤炭资源，采用带采的方式回收上部三角煤，如图3所示。本阶段重点工作是加强工作面支架的调整力度，严防出现咬架倒架现象。

调整阶段。运料巷推进至第二处拐点后，工作面开始以上下两巷推进度比例6∶1调采，采线推至机头超前10m后，工作面进入正常回采阶段。此阶段调采过程中，工作面长度从159m缩短到147m，需对机尾进行连续缩溜减架作业，缩溜子中部槽7节，减架7架。

2.外部调采机头

1223工作面外部回采过程中，需调采机头，调采结束后工作面长度由146m缩短至137m，考虑到采用传统的机尾出支架缩短工作面在实际操作中存在较大难度，首次在机头进行了连续推溜出支架作业。

1223工作面所采2#煤属三软煤层，巷道压力大，机头出支架存在较多制约条件。首先，运输巷有皮带、刮板输送机等运输设备，占据巷道大部分空间，尤其是在刮板输送机机头位置，设备尺寸大、帮鼓严重，巷道扩帮工程量大；其次，运输巷轨道质量差，绞车功率小，不能达到运输液压支架的要求。显德汪矿针对以上问题，首先加大运输巷扩卧力度，将工作面人数压缩到最低，全部跟机作业，保证巷道的尺寸满足出支架要求。其次对下巷运输支架线路的绞车，钢丝绳等进行详查，道轨的轨枕由原来铁轨枕改为木轨枕，并进行加密，增加道轨的承载力和平整度，确保完好。并在运输巷里段施工绞车窝，安装两台绞车，完善出支架的运输系统。

3.技术措施

顶板管理。调采期间由于工作面一端推进度很小，应力集中，顶底板压力比较大，采取超前加密支护和排木垛方式有效控制机头顶板；带采上部三角煤期间，1223运料巷与工作面交叉点准备供人员跨越刮板输送机的过桥，运料巷超前支护的跑马梁挂到支架前方。跑马梁一梁两柱，跑马梁距运料巷内支架距离不大于0.5m；调整阶段缩短工作面，出支架一端推进过程中提前在支架顶梁上沿工作面倾向交替上2.4m长料，利用相邻支架顶梁托住长料，维护出架后机尾空顶。

通风管理。重点调采阶段，机尾带采上部三角煤深度不超过6m时，在工作面与运料巷交叉点悬挂导风帘实现机尾通风。带采深度超过6m时，在1223运料巷安装一台5.5KW对旋风机，向机尾带采段供风，风机使用专用供电线路，自动导向，风机电源与工作面及其回风流所有电器设备实现风电、瓦斯电闭锁。

调采质量管理。掌握现场情况，及时调整调采比例和采煤机吃刀长短。工作面大角度调采，易出现支架跟不上输送机的摆动，从而导致倒架咬架现象发生。显德汪矿坚持每班机组跑通刀、每刀调整支架，避免了出现支架推移杆与输送机不垂直现象。

4.调采各阶段的进度统计和分析

本次工作面两次扇形开采期间各经历了四个阶段，各阶段的进度及调采比例见下表。

1223工作面历时88天顺利通过两个扇形开采区，圆满完成了调采计划。显德汪矿通过采取一系列有效措施保证了调采期间日产3200吨左右高产水平，并通过带采多回收了约2000多吨的上部三角煤。