神东哈拉沟煤矿综采工作面调斜开采技术与应用

2018-06-20李建军

中国矿业 2018年6期

李建军

(神东煤炭集团公司哈拉沟煤矿，陕西神木 719315)

0 引言

当综采工作面布置在采区不规则边界时，一般通过调斜综采工作面等方式以提高煤炭资源回收率[1-5]。调斜开采方法一般分为实中心调斜开采和虚中心调斜开采。实中心调斜开采通常以工作面某固定端点(如刮板运输机机头)为调斜中心，推进另一端点进行调斜的方法进行回采。优点是不损坏设备，工艺简单，但调斜范围较小，主要适用于顶板稳定、调斜角度较小的工作面。虚中心调斜开采的调斜中心位于工作面以外，刮板运输机一端推进速度快于另一端推进速度进行调斜的方法进行回采。优点是调斜范围大，近中心端移动，缓解顶板、煤壁维护困难，但工程控制难度较大，主要适合于工作面顶板条件差、调斜长度大的情况。屠世浩等[6]对综采工作面旋转调斜开采技术、工艺方式、矿压显现规律和支护技术进行了研究；李生生等[7]针对复杂条件下综采工作面调斜开采技术，提出“虚心”旋转调斜方式，并通过加强端头支护和超前支护、合理控制工作面头尾推进度，保证了调斜开采顺利进行；马旋[8]针对淮北矿业集团石台煤矿3118工作面提出了“实中心旋转，弧形甩面法”，解决了工作面回踩期间爬架、挤架、歪架等技术难题。

神东矿区哈拉沟煤矿22528综采工作面切眼位于矿井边界，矿井边界与工作面两平巷有一定的夹角，为最大程度回收边角煤，提高回采率，将切眼布置为斜切眼。布置斜切眼后，通过调斜技术调整工作面两端头进尺，保证工作面与平巷垂直。22528综采工作面采用在工作面开切眼处采取两顺槽沿工作面走向相差52 m布置，工作面调斜角度为11.5°，提高了煤炭资源回收和经济效率，是神东煤炭集团首个大角度调斜开采综采工作面，该工作面调斜开采设计、调整技术、矿压规律等经验对日后矿区类似条件下综采工作面调斜开采具有非常重要的指导和借鉴作用。

1 工作面开采条件概况

22528综采工作面位于哈拉沟煤矿22煤五盘区，工作面长度300 m，推进长度2 266.6 m。工作面开采煤层平均厚度5.17 m，设计采高5 m，倾角1～3°，煤层赋存稳定。直接顶为细粒砂岩，厚1.9～10.65 m，平均6.4 m；老顶为粗粒砂岩，厚8.05～21.3 m，平均10.8m；直接底为细粒砂岩，厚1.5～31.63 m，平均12.98 m。工作面采用郑煤机ZY12000/25.5/5.5二柱掩护式液压支架，共计177台支架，中心距1.75 m，平均支护强度1.22 MPa，安全阀开启压力46.2 MPa。

2 22528综采工作面调斜开采技术与安全措施

2.1 工作面调斜巷道设计

22528综采工作面切眼宽8.7 m，高4.4 m。原设计切眼与巷道垂直，切眼长度300 m，布置177台支架；现将22528布置斜切眼，切眼从运输巷按照与运输巷成92°夹角掘进，掘进55 m后，按照与运输巷成101.5°夹角掘进与工作面回风巷贯通，斜切眼长度为305 m。若按照305 m切眼安装支架，当切眼由305 m长度调整至300 m后，需回撤3台支架；现将切眼按照300 m安装支架，对22528回风巷正帮进行扩帮，从而避免回采期间回撤支架。由于扩帮后巷道空顶面积大，为确保生产安全，对正帮、顶板进行补强支护。调斜后切眼机头超前机尾50 m，切眼后区域面积6 504 m2，按煤厚5.0 m计算，可多回收煤炭4.2万t。具体斜切眼布置情况如图1所示。

图1 22528综采面斜切眼布置图

2.2 回风顺槽扩帮与加强支护

为避免调斜期间回撤支架，按照300 m长度工作面进行安装，并对回风巷进行扩帮处理，以保证工作面正常推采。扩帮段近似为三角形，两边长51 m，一边长5 m，如图2所示。由于扩帮后巷道空顶面积大，为防止大断面巷道顶板事故发生，需对巷道进行补强支护。扩帮期间，及时对巷道正帮挂塑料网、打玻璃钢锚杆支护，排距为1 m。同时，对扩帮顶板采取锚索+钢带补强支护，间距2 m。扩帮完成后，在22528回风顺槽副帮侧0.2 m处施工一排“井”字型木垛，间距1.8 m，并在木垛旁打设一排丛柱，在50联巷口处施工一排木点柱，49联巷内补强支护一排木垛。在工作面安装时，将机尾超前支架安放在回风巷正帮侧，在工作面机尾新增加一台液压支架。工作面安装完毕后，在超前支架与木垛之间距端头架顶梁护帮板3 m补强支护一排单体，共6根，单体间距1 m，距丛柱2.4 m，预留出足够的行车空间，距工作面就近补打单体，随工作面推进逐根回撤。当工作面推进4 m后，工作面进行初次放顶，为保证机尾顶板支护安全，在超前支架和木垛之间增加16根单体，间排距为1 m×1 m。随工作面推进，22528回风顺槽端头支架与回风顺槽副帮间距逐渐缩小，当工作面回顺侧推进21 m时，回撤177#架，因回撤支架过程中已施工的7个木垛对回撤有影响，需回撤木垛后再回撤支架，待支架回撤完毕后再对巷道进行单体补强支护，距端头架护帮板2.2 m施工一排单体，单体间距1 m，距副帮1 m，共8根，距工作面就近补打单体，随工作面推进逐根回撤。

2.3 实中心调斜开采技术工艺

哈拉沟煤矿22528综采工作面是神东煤炭集团首个调斜综采面，成功与否关键是采煤机能否顺利通过工作面中部9.5°大转角。22528综采面调斜角度为11.5°，矿井第一次实施调斜开采，经验不足，确定采用实中心调斜开采方式。

工作面调斜共分两个阶段十一个循环，第一阶段为强制放顶阶段，第二阶段为工作面调斜阶段，如图3所示。

图2 22528回风巷扩帮图

2.3.1 深孔预爆破强制放顶技术

工作面整体按照切眼形状向前整体推进4 m(5刀)，保证正常装药放顶，此期间为防止运输机窜动，采取机尾向机头单向割煤，支架工由机尾依次向机头拉架，采煤机割至机头后，空刀返至机尾，此时推溜工由机头向机尾依次推溜。

开切眼深孔预爆破技术促使顶板垮落，减小初次来压步距，确保初次来压期间的安全生产。为增加深孔预爆破效果，22528切眼顶板深孔预裂爆破设计改变以往炮眼布置位置，将炮眼距离切眼副帮距离由4 m调整为3 m，炮眼布置呈“一”字型分布，炮眼间距为10 m，整体按22 m、28 m和34 m深炮眼为一组循环布置，垂深分别为11 m、14 m和17 m，共布置10组30个炮眼。工作面安装完毕后，整体推进4 m，5刀煤，进入支架后方装药放顶。

放顶后，通过观察发现支架后方顶板整体垮落充分，初次放顶效果良好，达到了预期效果。

2.3.2 工作面调斜技术

强制放顶施工完毕后，工作面进入第二阶段——调斜阶段，该段共分10个循环。以工作面35#架为实点，将35#架至机尾均分为5段，每段长50 m，对应为35#～63#架、63#～92#架、92#～120#架、120#～149#架、149#～177#架，每个循环割煤4 m(5刀)。

第一刀：推溜工先将工作面35#架至机尾段运输机拉回，煤机停在145#处(以煤机机尾侧滚筒为准)，推溜工将工作面149#架至机尾段运输机逐步推出，使149#架至机尾推移行程由零逐渐增大，至机尾时确保支架推移行程为865 mm，且保证该段运输机平直；煤机开始由149#架进刀向机尾割煤，割至机尾时煤机截深达到865 mm，煤机空刀返回至115#架，支架工自机尾依次向机头拉架，此时第一刀结束。

第二刀：推溜工将120#架至机尾段运输机推出，使120#架至机尾推移行程由零逐渐增大，至机尾时确保支架推移行程为865 mm，并保证该段运输机平直；煤机开始由120#架进刀向机尾割煤，割至机尾时煤机截深达到865 mm，煤机空刀返回至88#架，支架工自机尾依次向机头拉架，此时第二刀结束。

第三刀：推溜工将92#架至机尾段运输机推出，使120#架至机尾推移行程由零逐渐增大，至机尾时确保支架推移行程为865 mm，并保证该段运输机平直；煤机开始由90#架进刀向机尾割煤，割至机尾时煤机截深达到865 mm，煤机空刀返回至60#架，支架工自机尾依次向机头拉架，此时第三刀结束。

第四刀：推溜工将63#架至机尾段运输机推出，使63#架至机尾推移行程由零逐渐增大，至机尾时确保支架推移行程为865 mm，并保证该段运输机平直；煤机开始由63#架进刀向机尾割煤，割至机尾时煤机截深达到865 mm，煤机空刀返回至30#架，支架工自机尾依次向机头拉架，此时第四刀结束。

第五刀：推溜工将35#架至机尾段运输机推出，使35#架至机尾推移行程由零逐渐增大，至机尾时确保支架推移行程为865 mm，并保证该段运输机平直；煤机开始由35#架进刀向机尾割煤，割至机尾时煤机截深达到865 mm，煤机空刀返回至145#架，支架工自机尾依次向机头拉架，此时第五刀结束。

至此，一个循环结束，机尾向前推进4.3 m，工作面沿35#架实点旋转1°，以此类推，当10个循环全部完成，机尾推进43.3 m，工作面沿35#架拐点旋转了9.5°，此时工作面已基本平直，对工作面进行细微调整即可。

2.4 调斜开采安全技术措施

2.4.1 工作面整体推进距测量

22528工作面长度较大，且工作面存在拐弯点，很难了解把握工作面整体推进进度情况。需由地测人员每天停机时对工作面整体推进距进行测量，即先在22528运输顺槽选取2个固定基准点，然后以这两个点为起点，从工作面机头向机尾方向测量，保证测量点之间间距小于10台支架距离。通过查看测量工作面整体推进数据，跟班队长和推溜工能够准确了解工作面整体推进情况，掌握局部超前滞后情况，进而确定工作面调整方案，即确定如何加甩刀和加甩刀位置。

2.4.2 防止运输机窜动措施

以运输机向机头窜为例，防止运输机窜动措施如下：①加甩刀，采用机头加刀、机尾甩刀；②改变推溜方向，从机头向机尾顺序推溜；③调整推溜间隔时间，将同步推溜调整为间隔0.5～1.0 s,逐台先后动作；④工作面割通刀，煤机由机尾向机头割煤时不推溜，当煤机与运输顺槽贯通后空刀返回至35架位置，由机头向机尾将运输机推出，此时跟班队长观察运输机窜动情况，确定是否需要再进一步调整；⑤加甩刀后推溜工将支架逐台调整成一条斜线，支架相邻错茬不大于100 mm为宜；⑥当窜溜形式得以缓解，有往回窜的趋势不得再在机头段加刀；当向机尾窜动明显时在机尾可加2～3刀调直工作面；当运顺安全出口达到700 mm时，在机尾连续加刀机头甩刀，防止运输机快速回窜。

2.4.3 防止支架倒架、挤架措施

1) 全面加强工作面工程质量管理。支架工、推溜工要严格按照措施中要求移架、推溜，跟班队长坚持工程质量动态检查，严格落实标准，确保工作面顶底板平整，架型正、溜子直，支架推拉杆与溜槽垂直。

2) 调整工作面时，要以整个工作面支架推拉头受力情况为参照对象，确定每次适宜的回斜距离，回斜后要保证工作面“三直”，让运输机与支架同步调向移动。

3) 要求支架工正确使用支架侧护板，保持支架合理的架间间隙。支架工要充分利用侧护板调架功能，使支架及时随着推拉头改变，做到自身的调整找正。

4) 支架工拉架时，要以侧护板间隙较大的支架为准，坚持分段由机尾向机头拉架的方式，保证支架侧护板合理的间隙，使每一台支架都能拥有一个比较宽松的占据空间。

5) 支架推拉立销断裂后要及时更换，杜绝使用“软连接”现象。

6) 支架检修工加强支架的日常维护和检修，确保支架液压系统稳定，各动作正常可靠。

7) 煤机司机合理控制好采高，确保支架重心不偏离底座。

3 调斜开采期间矿压特征

当工作面机尾推进61m时，工作面120#～155#支架区域来压，来压强度不大，来压期间支架安全阀开启很少，来压持续5刀。当工作面推进至81 m时，110#～140#支架区域来压，来压强度同样不大，来压持续长度5刀。当工作面机尾推进至91 m时，机头推进27 m，此时工作面从机尾165#支架至机头40#支架大面积来压，局部来压强烈，整体来压强度不大，来压支架阻力普遍小于43 MPa。工作面机尾先来压，然后逐渐发展至机头。从机尾来压至机头来压，工作面未发生明显的顶板下沉现象，也未发生安全阀大面积开启现象，即初采期间工作面来压不剧烈。

矿压观测结合地表观测分析表明：22528工作面调斜开采，机尾侧推进速度远大于机头侧，即工作面两端头推进不一致，导致机尾侧先达到顶板初次来压垮落距离。工作面机尾推进至63 m位置时，工作面机尾侧先初次来压，随着工作面不断推进，工作面分多次来压，直至机头侧推进至约27 m位置时，机头侧发生初次来压，即机头来压步距为36 m，机尾来压步距为71 m。