坚硬顶板大采高综采工作面旋转开采技术的应用

李胜

摘 要：文章以新疆焦煤集团1890煤矿16122综采工作面开采实践为依据，论述了坚硬顶板大采高综采工作面在旋转开采回采过程中，遇到的一些技术难题和采取了行之有效的技术方案，为坚硬顶板大采高综采工作面在旋转开采技术方面总结出了宝贵经验。

关键词：坚硬顶板；综采工作面；回采工艺；技术管理

1890煤矿位于艾维尔沟矿区东南部，设计生产能力120万吨/年，井田内可采煤层以焦煤为主，肥煤次之，属低硫、低磷、高发热量，是优质的炼焦配煤。矿井的水文地质条件为复杂类型，由于井田内的煤层走向由东西转向南北形成一个90°的转弯褶曲，无法布置一个非常规整的采煤工作面。经过多次技术方案研究讨论，形成以下主要技术方案：

1 优化工作面设计

为解决一采区北冀原设计布置的4个工作面，搬家次数频繁，效率低下的问题，根据煤层赋存特征，在理论分析的基础上，将原设计进行优化，采取大角度旋转联合开采方式，将90度弧线进行调整，设计分解成4次旋转进行开采，使工作面设计走向长度增加到2054m。

根据设计的工作面倾斜长度120m，工作面倾角为8°～21°，按照调斜经验公式s=L×tg（0.11α+0.016α2）（式中 S―伪斜超前距离，m；L―工作面倾斜长度，m；α―煤层倾角，度。）可求出工作面推进至调斜段，回风巷滞后运输巷的距离为19.76m，为了保证工作面在调斜过程中，能够顺利通过胶带输送机机头拐弯段，必须先将工作面往下调整到前后巷道的共切圆的弧线上，此时便是工作面开始调斜的位置。通过计算，调斜前工作面下滑的距离为3.8m、可保障1m的行人安全距离，根据公式s=L×tg（0.11α+0.016α2）可知，確保工作面不下滑不上窜回风巷滞后运输巷的距离为19.76m，为了能使工作面下滑3.8m，我们要把回风巷滞后的距离缩短，与此同时，工作面伪斜度会不断发生变化，由于工作面不等长，在推进过程中工作面的长度是个变量，在计算上我们把斜长假定不变斜长为120m时工作面下滑1.1m，此时工作面的伪斜角为1°，即工作面每推进19.76m，工作面下滑的距离为1.1m，保持伪斜1°推进。16122综采工作面在调采过程中，严格按设计计算参数对工作面进行调整，实行机尾多进，机头割通少进的调采原则，采用长、短刀穿插割煤的工艺解决了综采工作面多次搬家倒面的技术难题。

2 调整工作面旋转开采期间的深孔放顶参数

在顶板管理方面，工作面旋转开采过程中，如果坚硬顶板控制不好，采空区悬顶面积会逐渐增大，工作面控顶区域内压力高度集中，会引发冲击地压，造成设备严重损坏和人身伤害事故，而且容易使采空区内集聚的瓦斯瞬间涌出，极易造成瓦斯事故。因此，我们对坚硬顶板超前深孔预裂爆破参数进行了调整。

（1）对老顶切断孔的顶端装药高度h上，以岩石爆破冒落后将采空区充填满为目的，根据岩石冒落后碎胀系数取1.3、回采高度取4m，则：1.3×h上=4+ h上，h上≈13.3m，考虑顶板岩层内淋水的影响，取h上=13m。

（2）对端头切断孔顶端装药高度h上，考虑顶板冒落后形成自然平衡拱的两端高度将低于老顶切断孔的处理高度，并考虑顶板岩层内淋水的影响，取h上=9m。

（3）炮孔下端装药高度应保障炮孔爆破不影响回采工艺要求，保证工作面不漏顶、不片帮，保证炮孔有足够的充填堵塞长度，根据上述原则确定如下：端头切断孔下端装药高度取h下=5m（距煤层面）

（4）为提高爆破效果，循环放顶区预爆破炮孔均与工作面斜交一定角度，端头切断孔水平转角：取α=15°（与巷轴线夹角）

（5）设计炮孔顶端装药高度h上=9m，炮孔下端装药高度h下=5m，炮孔水平转角α=15°（与回风巷轴线夹角），炮孔在巷道轴线上的投影长度L投=20m，煤层倾角α=10?，计算炮孔参数：

通过对技术参数调整，采空区的悬顶得到了有效控制，保证了工作面正常推进。另外，工作面在调采过程中，机头推进缓慢，机尾必须要快速推进，此时工作面的切顶线在不断变化，工作面的循环放顶步距也需要不断进行调整。还有工作面上半部推进速度很快，在超前压力传导作用下，煤壁容易片帮，尤其是工作面机尾段煤壁片帮严重，必须要降低采高，工作面中上部采高不宜超过3.5m，同时还要制定安全技术措施，确保工作面调采过程的施工安全。

3 结语

16122综采工作面经过一年多的开采，在旋转开采技术的应用方面，积累了一定的经验，拓宽了综采工作面的适用范围，延长了矿井的服务年限，对复杂地质条件下提高资源回收，尤其是稀缺煤种的资源回收方面，有很好的推广价值。经过技术分析：采用旋转开采技术后，减少了工作面搬家次数，工作面可以连续开采，矿井实现了高产高效。同时，提高了资源回收率，工作面提高采出率3.24%，新增直接经济效益1167万元。

参考文献

[1]孙希奎.综放工作面大角度弧线旋转开采的设计[J].煤炭科学技术，2004，32（4）：28-30.

[2]庄学安，臧传伟，庄威.短壁工作面采场坚硬顶板强制放顶技术[J].煤炭科学技术，2014，42（11）：14-16.

（作者单位：新疆焦煤集团1890煤矿）