朱集东矿综采工作面大比例甩采技术应用研究

任 禹

（淮南矿业集团朱集东煤矿，安徽 淮南 232001）

为应对不规则工作面的回采，甩采技术应运而生。甩采技术的关键在于抑制运输机的“上窜下滑”、顶板管理控制、三角煤合理回收。本文基于朱集东煤矿1121（3）工作面现场条件，应用大比例甩采技术，优化甩采比例，采取针对性措施控制输送机，加强机尾加长段管理，确保了工程实践取得预期效果[1]。

1 概述

淮南矿业集团朱集东煤矿1121（3）工作面切眼长度207 m，平均回采长度1 362.9 m，其中轨顺停采线位置1 404.7 m，运顺停采线位置1 361.2 m，工作面甩采起始位置确定为轨顺1 331.1 m、运顺1 336.1 m，轨顺甩采长度60.6 m，运顺甩采长度12.1 m，工作面甩采结束后机尾超前机头43.5 m，工作面面长增加4.4 m，如图1。工作面共计安装120 架液压支架，平均每架中心距1.75 m，支架总长度210 m。主要机电设备：MG750/1860-WD 型采煤机双滚筒落煤，SGZ-1000/1710 刮板输送机，SZZ1000/400 型转载机，ZZ13000/24/50 液压支架。

2 甩采工艺

2.1 甩采前准备

工作面正式甩采前，工作面机头适当多进刀，使运输机尽可能上窜，为机尾甩采准备条件。甩采前及时调整好支架及运输机，使运输机与转载机搭接合理。

2.2 甩采比例的确定

甩采比例为1:6（图2），即运顺回采1 硐，轨顺回采6 硐，结合机组截割深度，采用“长、短”相结合的方式，满足工作面两端推进度不同的要求。

为精准控制采煤机截割方式，统一截割循环标准，明确了“长、短”刀截割线位置，且每次截割后拐点的弯曲度（即截割循环转角a）应在输送机设计允许弯曲度（运输机允许弯曲角a'）内，由此得出：

式中：N为每循环刀数；B为截割深度；L为工作面长度。

将相关参数代入式中后，可得每循环刀数为：N=207 tan2°/0.8=9 刀。

根据工作面实际条件，综合考虑液压支架完好度、推进进度等因素，确定机头、机尾调斜比例为1:6，即机尾甩采时，机尾进刀数为6 刀 ，机头进1刀。在工作面回采推进度到调斜起始线后，从第24架开始，每24 架开始向机尾连进5 次，直到第120架，始终保持液压支架垂直于输送机，此过程称为一次调斜循环。

图1 工作面甩采起止位置示意图

2.3 工作面运输机、支架下滑控制

（1）工作面甩采时采用从机头向机尾单向抵车，拉架过程中合理调整架向，控制运输机下滑量，使运输机机头与转载机搭接合理。

（2）工作面每10 架安设一根斜撑单体支柱，单体支设在相近支架上：一端生根在下一架架脚，另一端支撑在上一架导向杆连接销上。

（3）甩采期间，为了控制运输机下滑，机头抵车前，在运输机机头与运顺非回采侧帮部之间打设（2～4）根单体，单体两端使用防倒绳固定牢固。

（4）每班安排1 名班长专门管理支架，务必使支架成直线，防止因车弯曲造成齿条与煤机齿轨轮的严重磨损。

图2 甩采比例图

2.4 机尾加长段的管理技术

工作面甩采调斜加长了工作面倾向长度，甩采后期造成煤机无法割透轨顺回采侧，则采取超前对轨顺回采侧刷帮的措施[2-3]。

（1）刷帮最大距离计算

式中：X1为轨道顺槽甩采长度，60.6 m；X2为轨道顺槽甩采长度，12.1 m；L为工作面长度，207 m。

将相关顺槽及工作面长度代入上式中（因为甩采前，运顺比轨顺多5 m，而式中取值为甩采差值，需减去5 m），可得调斜角：β=arctan[（60.6-12.1-5）/207]=11.8°。

工作面末采时，运输顺槽刷帮宽度X达到最大，即：

式中：X3为联网联绳时刷面宽度，13 m。

上式代入数据可得运输顺槽刷帮宽度为X=13tan11.8°+（207-207cos11.8°）=6.8 m。

（2）刷帮支护方式

刷帮区域采用锚梁网支护方式，顶、帮部支护为锚杆（索），帮部支护为笆片单体。高强锚杆规格：Ф=22 mm，L=2500 mm， 间 排 距1600 mm×800 mm；锚索规格：Ф=22 mm，L=6300 mm。梁规格：M4 钢带，L=3000 mm；金属网采用10#铁丝制成，规格为5 m×1 m。

3 数值模拟

随着1121（3）工作面的推进，受回采时采动应力影响，工作面四周原岩应力场发生变化，出现超前支承应力区[4]，即工作面前方出现高于原岩应力的应力区域。其应力峰值及影响范围随工作面推进向深部移动。因此有必要对回采过程中的应力场分布进行数值模拟。本数值模型基于1121（3）工作面回采条件，建立密集网格，整个模型长宽高为100 m×100 m×20 m，在模型上方施加25 MPa载荷，并约束水平、垂直方向位移，以此来分析回采过程中超前支承应力场分布情况[5]。

图3 回采工作面前方支承应力云图

由图3 回采工作面前方支承应力云图可知，从支承应力场分布来看，1121（3）工作面前方支承应力峰值出现在工作面中部，此时支承应力峰值能达到36 MPa，接近于3 倍的原岩应力，距工作面下端头10 m 及20 m 处的支承应力分布云图基本重合，工作面下端头超前支承应力约为29 MPa，均小于工作面中部支承应力。

4 矿压观测

在1121（3）工作面轨道巷27.8 m 及35.8 m 处采用“十字布点法”布置测点，对顶底、两帮移近量进行测量，研究巷道围岩变形。

由图4 可知，在距工作面5～35 m 左右，巷道变形量随着距离减小而增加，速率越来越大，在5～10 m 到最大，两帮最大变形速度为128 mm/d，顶底最大变形速度为98 mm/d，且两帮变形速度普遍大于顶底变形速度。同时发现随着距工作面距离的减小，巷道收敛率在允许的范围之内，收敛后的巷道断面能够满足安全生产的需要。

图4 1121（3）轨道巷表面位移变形曲线

5 总结

在采用确定甩采比例、控制工作面运输机、支架和加强机尾加长段管理等方式后，甩采过程中顺槽两帮最大变形速度为128 mm/d，顶底最大变形速度为98 mm/d，能够满足安全生产的需要。同时，应用大比例甩采技术，可适当多回收三角煤，增产煤量达3.8 万t，延长矿井服务年限。