综放工作面多阶段复合开采工艺的应用

赵延冰 董庆宝

(兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿，山东省济宁市，272100)

1 基本情况

兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿行政区属于山东省济宁市兖州区兴隆庄镇，是我国“六五”期间自行设计和建设的大型现代化矿井，煤矿东西宽6.8 km，南北长13.1 km，井田面积56.23 km2，于1981年12月21日正式投产,随着矿井生产年限的增加和储量的不断减少，矿井范围内能正常布置的工作面越来越少，将陆续对断层附近、边角煤区域等不规则块段进行回采。

2 工作面设计

1307(上)综放工作面位于兴隆庄煤矿一采区上部，工作面位于巨王林、大苑庄3#断层之间，两条断层落差均在10～20 m之间，该面周围地质条件复杂，周边断层数量多且位置集中，受断层影响，进风巷按五段折线布置，运输巷按两段折线布置。切眼与1309工作面停采线相邻，进风巷靠近切眼段260 m为沿空巷道，进风巷外段紧邻巨王林及1308 F2断层，运输巷紧邻大苑庄3#断层，工作面布置平面图如图1所示。

图1 工作面布置平面图

1307(上)综放工作面最大埋深382 m，工作面长度77～175 m，推进长度1060 m，煤层厚度9.2 m，煤层平均倾角5°，地质储量176万t，工作面等长段推进250 m，其余块段均为不等长布置。工作面回采过程中，根据回采阶段不同，需要采用多种采煤工艺，有边采边撤、旋转开采、边采边加等，工作面分阶段回采工艺和参数如表1所示。

表1 工作面分阶段回采工艺和参数

3 工作面设备配置

1307(上)工作面采用综放开采工艺，设备总体考虑矿井现有设备的通用性和可互换性，对拐弯带式输送机按照现场条件进行重新设计，其余设备均为矿井通用设备。因运输巷为两段折线布置，在运输巷布置一部19°拐弯带式输送机，转载机长度考虑拐弯需要按43.5 m长度进行配置，工作面设备配置如表2所示。

表2 工作面设备配置

4 工作面边采边撤工艺

4.1 边采边撤工艺流程

从切眼开始，随着工作面的推进，工作面长度逐渐变短，逐渐由237 m缩减为77 m，需撤除47组支架及刮板输送机中部槽等。支架及刮板输送机中部槽的撤除工作由检修班进行，按照输送机和支架前后空间位置，先撤除前部刮板输送机中部槽，后撤除支架,最后撤除后部刮板输送机中部槽。

为提高机尾端头撤除区域支护强度，减少单体支柱的使用和减轻职工劳动强度，利用机尾最后一组液压支架对机尾端头区域进行支护，并随工作面推进同步前移，提高机尾端头区域支护效果。

4.2 前部输送机撤除位置、撤除数量和撤除方式

前部输送机起始撤除位置为前部机尾超出回采侧煤帮一节正常刮板输送机中部槽时，最晚撤除位置为当工作面推进到前部输送机机尾、与非工作面侧巷帮距离200～300 mm时。

在起始和最晚撤除位置区间内根据生产进度和工作面实际推进位置选择撤除一节或两节前部刮板输送机中部槽。撤除前部刮板输送机中部槽后，需将待撤除的前部刮板输送机中部槽与周边的连接全部断开，使之处于游离状态，使用回柱机将之拉移到进风巷单轨吊机车处，用单轨吊机车运至边采边加阶段按设定位置存放。

4.3 边采边撤阶段

2018年2月1日至4月20日，1307(上)工作面顺利地完成了边采边撤阶段的全部撤除工作，实现了工作面正常生产，撤除过程中实现了支架和刮板输送机中部槽的全部回撤。撤除过程中，采用已撤除液压支架代替单体支柱对机尾端头区域进行加强支护，增加了支护强度，减少了巷道变形，隔绝了鼓帮伤人的隐患，为撤除工作创造了安全的作业空间。

针对后部撤除作业空间狭小，采用“缓改造、撤多节、少作业”的方式，在条件允许的情况下，暂缓后部刮板输送机中部槽的撤除，积累到一定程度，一次性撤除多节后部刮板输送机中部槽，减少进入后部的作业次数。撤除的后部刮板输送机中部槽可固定于撤除的支架后，随支架一起外运，支架撤出过程中增加了刮板输送机中部槽的调整空间，减少了撤出中部槽的难度。

5 工作面旋转开采工艺

5.1 支架旋转工艺

旋转开采阶段，为保证支架旋转的需要，支架的旋转需要在拉移支架时，使用单体支柱和侧护板对支架进行调向，旋转开采过程中，工作面每推进3～5刀，工作面割通刀平推一次，以舒缓支架间的作用力，避免支架之间互相挤架及歪架等问题出现。平推过程中，拉移支架前，需观察支架间的间隙及支架歪斜，并确定支架运动趋势和下步拉移支架时调整重点，对架间隙较小或可能挤架段进行重点调整。对支架的架间隙较小地段，则需要将侧护板收回，以利于支架的旋转和调向。

5.1.1 旋转开采时上窜下滑控制

旋转开采时由于支架始终给输送机向机尾方向的力，导致输送机有向机尾明显窜动的趋势，因此开始旋转前，需使前机头在运输巷内长度尽可能长，以抵消旋转过程中输送机向机尾窜动，保证前后部和转载机的搭接需要。

5.1.2 旋转开采过程

2018年4月13日，工作面进风巷推进252 m，运输巷推进221 m时开始旋转开采，此时工作面剩余支架57组，断层位于48#支架，受断层影响，48#～57#支架全部割全岩，机头与转载机搭接合理，机头人行路宽度正常，开采过程中，两端头进尺按750 mm进行考核，采高控制在3.6～3.8 m。

为保证旋转开采转载机和拐弯装置带式输送机架杆搭接需要，最大限度增大拐弯半径,在机头旋转开采前，通过多进机尾的方式使输送机下滑，机头至少两组端头支架完全进入运输巷内。

达到旋转位置后，机头和机尾两头进尺按6∶1比例进行旋转回采，旋转初期，后机头因搭接较长，通过更改带后部链条的方式使后部输送机向机头方向窜动，保证了后机头搭接。

运输巷推进到250 m位置时，生产中采取了机头方向吃刀、单向推溜和架前打单体液压支柱的方式使输送机向机尾方向移动，同时通过拉移支架过程中使用侧护板靠架方式使支架调向逐步摆正。

2018年4月19日，工作面进风巷推进至265 m，运输巷推进至262 m，工作面剩余支架53组，断层位于49#支架，进风巷合计推进7 m，运输巷合计推进41 m。输送机有向机尾窜动趋势，旋转开采基本结束，工作面开始平推。

5.1.3 旋转开采经验

旋转过程中，机头端头架与小支架顶梁间距始终保持在300 mm以内，没有出现超宽现象，减少了顶板事故。机头架与转载机搭接能够保证出煤空间，旋转初期通过改带后部链条的方式使之平稳后基本保持，减少了机头添加后部刮板输送机中部槽的工序。旋转开采时，为控制前部输送机向机尾滑动，可在支架前打单体支柱的方式，调整输送机的运动，防止上窜下滑失控。生产过程中，输送机向机尾运动量较大，机头出现较大面积空顶时，则需将支架整体平移的方式进行调整。

旋转初期，现场没有使用单体液压支柱和单向推溜等方式抵缓输送机向机头方向滑动，导致支架旋转角度比计划减小。旋转期间机头推进较快，移动变电站至转载机头段电缆长度较短，没有充足富余系数，拉移移动变电站工作较为紧张。部分区段巷道宽度变窄，巷道内支架虽能够拉移，但人行路畅通性没有保证，需停机过人。

工作面旋转开采历时一周，工作面生产保持连续性，支架旋转到位，为类似条件工作面回采积累了宝贵的实践经验，特别是条件复杂无法布置正规工作面的区域和断层较多区域以及边角煤区域等地方。

5.2 转载机和超前支架旋转工艺

考虑到转载机和超前支架拐弯需要，转载机长度按43 m进行配置，转载机头推进到带式输送机拐弯位置时，每天对带式输送机拐弯装置进行改造，为生产班转载机向前拉移创造条件。

转载机头推进到距离运输巷拐点时，转载机开始拐弯，为尽量增大转载机的拐弯半径，需要将转载机外靠。经计算转载机的弯曲半径为238m，巷道安设胶带前按曲率半径300 m进行了扩宽，考虑人行路宽度等因素，转载机推到此位置时，需对非工作面侧进行局部扩宽以保证转载机能够通过。

转载机头推进到距离运输拐点时，转载机进行拐弯，为尽量增大转载机的拐弯半径，需严格控制工作面刮板输送机的上窜下滑，使前后部输送机向机头方向滑动。

5.3 带式输送机拐弯的改造

5.3.1 带式输送机拐弯的改造工艺及方法

改造前对工作面进行调面，使输送机向机头方向滑动，为转载机与带式输送机的搭接创造有利条件，煤机速度进行了限速，严格控制生产过程中最大瞬时采煤量。

当带式输送机机尾只剩3组正常架杆时，将与之相邻的6组转弯装置过渡架杆中的第2、3、4、6组(从里向外数)过渡架杆拆除。然后将第1、5组过渡架杆向外移动，并与转弯装置对接。

用4组正常架杆将拆除过渡架杆空出的部分补齐，并且在过渡架杆向里的所有正常架杆上安装自动纠偏托辊。根据工作面推进进尺，每天在里侧过渡架杆以外拆除与之相邻的转弯装置3～5组。

每次拆除转弯装置后，将原第1、5组过渡架杆向外移动，并与转弯装置对接。用正常架杆将空出的部分补齐，并且在过渡架杆向里的所有正常架杆上安装自动纠偏托辊。

转载机进入运输巷拐弯段后，整体向非工作面侧调整拐弯段架杆，带式输送机自移机尾随转载机后进行调整，保证转载机与带式输送机的正常搭接。依照上述方法，一直到将全部转弯装置拆除后，将剩余的过渡架杆更换为正常架杆。

5.3.2 带式输送机拐弯改造经验

工作面旋转开采阶段，为保证转载机顺利过弯和正常搭接，转弯装置需进行平移，耗费人力较多，实施改造后，胶带可能会出现跑偏现象，需调整马鞍架以调节胶带跑偏。

转弯装置改造后，胶带有跑偏现象，需不断地及时进行调偏，改造之初，在带式输送机机尾侧保留2组转弯装置过渡架杆，起到了很好的缓冲作用。改造末期，在带式输送机机头侧保留1组转弯装置和6组过渡架杆，对顺利完成改造起到关键作用。经过改造，转弯装置良好地完成了任务，满足了工作面生产需要，使得工作面顺利完成了旋转开采，取得了较好的使用效果。

5.4 工作面边采边加工艺

5.4.1 撤除支架的放置位置

在边采边撤阶段，工作面合计撤除47组支架，边采边加阶段需要添加54组支架，工作面撤除的支架按照从里向外的方式放置，从里侧拐点按照6.53 m的间距放置支架，以支架顶梁头为定位点，在现场对支架放置位置进行标识。

从地面下井的7组支架，在工作面回采后期进行添加。工作面撤除支架用单轨吊机车运出后，用单体支柱将支架靠到非工作面侧，支架主顶梁紧靠煤壁，给单轨吊留出足够的运行空间。到位后的支架进行供液，并对支架存在的问题进行逐架检修和处理。

此阶段工作面超前支护使用撤除的支架进行支护，超前支护段不再需要使用单体液压支柱。

5.4.2 边采边加支架工艺

支架的添加工艺相对撤除相对简单容易，边采边加支架工艺的前后部刮板输送机中部槽和支架添加的基本顺序为：先加支架，再加前部刮板输送机中部槽，最后添加后部刮板输送机中部槽。支架和前部刮板输送机中部槽每次添加一组，后部刮板输送机中部槽每次添加两节，以提高工效。

工作面支架推进到与待添加支架对齐后，将待添加支架旋转15°并使用单体支柱进行平移到工作面新位置与原支架对齐，连接到对应鱼口上并恢复支架的正常供液。

工作面向前推进过程中，采煤机无法割透机尾煤壁时，则开始进行添加前部刮板输送机中部槽工作，前部刮板输送机中部槽的 添加应在支架添加完成之后，后部刮板输送机中部槽应在添架完成后进行。

2018年5月3日开始，工作面进入边采边加阶段，8月10日顺利完成最后一组支架添加，边采边加阶段顺利完成，98 d内完成添加支架54组，期间各项生产指标完成考核，未发生影响生产的问题。

6 结语

1307(上)工作面经过12个月的回采，累计推进1060 m，完成原煤产量198.5万t。回采过程中成功应用了边采边撤、旋转开采、边采边加等复合回采工艺，各项工作进展顺利。工作面的顺利回采为不规则区域及边角煤区域回采积累了实践经验，实现了矿井边角煤回采及不规则煤柱的合并回采，减少了搬家倒面次数和人员占用，采用复合开采工艺实现了综放工作面的安全高效回采，具有很高的推广应用价值。