大倾角“三软”煤层综采工作面旋转开采研究与实践

卫其松

摘 要：淮北矿业集团公司神源煤化工3404外工作面的煤层属于典型大倾角“三软”煤层，由于断层F51（∠40～60°H=0～72m）影响，为了提高煤炭资源回收效率，工作面里段与外段采用不平行布置，回采过程中需要进行旋转开采。借鉴淮北矿区大倾角“三软”煤层综采工作面回采和近水平煤层旋转开采经验，通过不断研究与实践，形成了一套大倾角“三软”煤层综采工作面旋转开采工艺技术体系。

关键词：大倾角;三软煤层;旋转开采

0 引言

随着煤炭资源的高强度开采，综采工作面旋转式采煤法在我国一些矿区开始应用，近年来取得较大进展提高了煤炭资源回收效率。根据国内开采经验，煤层倾角在25°以下，煤层硬度系数f﹥1时，旋转开采的工艺难度较小，但煤层倾角大于25°时，特别是“三软”煤层，旋转开采难度大，传统的旋转开采工艺不能大倾角“三软”煤层旋转开采要求。结合神源煤化工实际地质条件，并借鉴淮北矿区大倾角“三软”煤层综采工作面回采和近水平煤层旋转开采经验，通过研究和实践应用，在3404外大倾角工作面取得甩采成功，形成了一套大倾角“三软”煤层综采工作面旋转开采工艺技术体系。

1 工作面慨况

神源煤化工3404外工作面东临F51断层，南到工业广场保护煤柱，西临3402工作面（未施工），北到F120断层。该面采用走向长壁布置，可采走向长576m，倾斜长202m（见图1），煤层厚度1.4m～3.0m，平均2.34m，煤层结构简单—复杂，局部含一层厚度约0.1～0.2m的碳质泥岩夹矸，直接顶底板岩性均为泥岩，煤层普氏系数f=0.5，煤层倾角26～40°，平均为34，属于典型的“三软”大倾角煤层。

工作面由于受F51（∠40～60°H=0～72m）影响，为了提高煤炭资源回收率，里段与外段采用不平行布置，夹角27°，该工作面从2020年1月10日开始甩采，到2020年2月19日结束，机巷进尺33.5m，风巷进尺118.5m，机尾比机头多进尺85m，实现了大倾角工作面安全高效回采。

通过3404外工作面大倾角“三软”煤层旋转开采工艺的成功应用，解决了大倾角“三软”煤层旋转开采的技术难题，在工作面设备选型、旋转工艺及现场管理等方面，进行了有益的探索，为类似条件下的安全高效开采积累了宝贵的经验。

2 工作面设备布置情况

神源煤化工3404外工作面煤层倾角平均34°，局部超过40°，结合该矿井3408、3101及3404里已回采大倾角工作面实践经验，并综合考虑煤层顶底板岩性为泥岩，底板软且易泥化的特征，在支架选型上由原来的掩护式液压支架（ZY6800/17/36）改为支撑掩护式液压支架（ZZ7600/18/36），煤机由原来的800mm截深（MG500/1150-WD）改为630mm小截深（MG400/920-WD）煤机。

通过液压支架的选型优化，一方面四立柱支撑掩护式液压支架比两掩护式液压支架稳定性更可靠，更适应大倾角“三软”煤层支架咬架、挤架及歪架的调整;另一方面四立柱支撑掩护式液压支架现场操作更安全，煤机割煤或拉移支架时人员站在架档内操作，可以防止矸石滚落碰伤人员，更适合大倾角工作面的安全管理。

通过煤机选型上的优化，使用630mm小截深煤机配合800mm步距的支架推移千斤顶，支架护帮板可以抵实煤壁，可以很好控制片帮掉顶现象发生，实现安全高效开采。

在大倾角“三软”煤层旋转开采过程中，控制运输机机头搭接是关键，3404外工作面甩采期间机巷采用转载机配合150链板机出煤，每天检修班对150车机尾卧底靠车，保证了出煤系统正常，为旋转开采成功创造了条件。（工作面主要设备明细见表1）

3 旋转开采工艺

3.1 旋转初始位置的确定

该工作面里段与外段采用不平行布置，夹角27°，为了防止旋转开采期间，运输机和支架下滑导致运输机机头不能出煤，待工作面运输机头过过拐点后，就进行旋转开采，此时工作面机头超前机尾35m。

3.2 旋转最终位置的确定

根据该工作面煤层角度和机风巷超前关系，并结合现场管理得出的经验，最终确定工作面旋转结束时，机巷超前风巷40m，按照1：4进行甩采，即机巷进尺约30m，风巷进尺约120m，机尾比机头多进尺约90m，完成整个旋转开采过程。

3.3 旋转开采循环比例及循环数

根据该工作面运输机可弯曲允许长度及工作面顶板岩性，循环比例采用1：4，即机头进一刀，机尾进四刀，则每一循环工作面调斜角度为 arcsin[（4-1）×0.7/202]=0.6°，循环数为n=27°/0.6°=45（个）（见图2）。

3.4 旋转工艺

（1）工作面拉通线，第一、二、三刀机尾各进700mm，机头不动;第四刀工作面平推一硐，局部退后地段加大进尺，保持工作面运输机始终呈一条直线，依次类推，进行下一个循环。

（2）为了防止工作面运输机下窜，工作面必须从机头向机尾方向单项抵车，以确保工作面运输机与转载机正常搭接。

（3）工作面抵车必须拉线进行，保证工作面运输机、煤壁成直线，确保支架推移杆始终垂直运输机，架间距不大于100mm，运输机弯曲度不超过5°，弯曲段长度不小于20m。

（4）工作面旋转开采过程中，工作面每推进一硐，要及时调整支架侧护板，使支架推移方向与工作面走向方向保持一致，确保支架状态完好，能够有效支撑顶板。

（5）旋转开采过程中，工作面距离将变长，当机尾支架与风巷间隙距离超过500mm时，及时进行人工使棚管理。

3.5 旋转开采技术管理和现场管理

在技术上要求做到“两控三直三保证”，即控制采高，活柱伸缩量控制在500-1000mm之间，保证煤机正常通过即可;控制运输机机头搭接，机巷采用转载机配合150链板机拉煤，每天检修班对150车机尾卧底靠车，保证了出煤系统正常;动态调整运输机、支架状态，要求运输机要平直;支架要直，严禁出现咬架歪架现象;工作面运输机和支架推移杆要垂直;同时旋转开采过程中保证安全，保证质量，保证进度。

在现场管理上高标准、严要求的将制定的方案措施落实到现场中，拉移支架严格从机头向机尾方向顺序移架，并执行从下往上单向抵车措施;工作面旋转开采过程中，每推进一硐，都必须调整支架侧护板，使支架推移方向与工作面走向方向保持一致，同时移架降立柱时不超过邻架的侧护板，升柱时观察与相邻支架的架间距，避免了咬架歪架现象发生。

4  结论

大倾角“三软”煤层旋转开采研究和实践在3404外工作面回采期间得到了应用，通过不断研究和实践，及时调整旋转开采工艺和施工组织，形成了一套大倾角“三软”煤层综采工作面旋转开采工艺技术体系，值得同等条件下全面推广。下一步将继续攻关大倾角“三软”煤层旋转开采在防治水、防突、防火等灾害更加严重条件下的研究，努力實现淮北矿区复杂地质条件下旋转开采工艺应用新模式，提供煤炭资源回收率。

参考文献：

[1]徐永圻.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.