综采工作面特殊条件下转采技术应用

高 诚

(霍州煤电集团 辛置煤矿， 山西 霍州 031400)

旋转开采技术起源于德国，20世纪70年代在前进式和Z型采煤法基础上发展起来，20 世纪80年代以后，我国首先在孤岛工作面开采过程中应用了转采技术[1]. 近几年，旋转开采技术得到进一步发展,王惠风等[2-4]采用转采技术减少了搬家次数多、提高了煤炭资源回采率。李顺顺等[5]根据芦岭矿Ⅱ104东翼采区煤层赋存条件及原巷道布置特点，采用进刀比为1∶8的旋转开采方案，实现了工作面在复杂条件下不搬家,连续推进，保证了工作面的正常回采。

霍州煤电集团有限公司辛置煤矿2-216工作面井下回采设计时受复杂地质条件影响，为规避风险将安全风险系数降至最低，造成了工作面呈多种形式形状规格布置，特别是“刀把”形状布置的工作面，将面临着缩短切巷长度、回撤部分液压支架与回采溜槽、工作面调斜等工艺。这些问题将影响到工作面的服务年限、正规循环作业率以及矿井2#煤的衔接等。鉴于此，拟采用转采技术进行回采，以提高资源回收率。

1 工作面概况

辛置煤矿2-216工作面位于310水平二采区正前轨道巷左侧，东北面紧邻二采区正前轨道巷，距210设计工作面310 m，其余方向无任何工作面，由于布置受310二采区50 m断层防水煤柱边界影响，工作面设计为不规则形状(梯形与矩形组合图形)。该工作面采用走向长臂后退式采煤工艺，工作面平均走向长度为669 m，可采长度为610 m，循环进度0.8 m，工作面倾角9°，切巷一切巷长203 m，二切巷长140 m，安装支架116架，煤层厚度3.8～4.3 m，平均为4.1 m，基本顶为K8细砂岩，平均厚度为7.2 m，直接顶为泥岩、砂质泥岩，厚度为3 m. 回采工作面示意图见图1.

2 工作面转采方案

根据《2-216综采工作面作业规程》设计及工作面推进情况，由于工作面呈不规则形状，两巷推进至344 m处工作面采取两次机头、一次机尾进刀方式进行调斜推进，调斜长度运输顺槽调斜距离30 m，回风顺槽调斜距离15.2 m，调斜夹角4°. 当工作面调斜后推进至一切巷停采位置，在距停采线前14.4 m处铺设金属网和钢丝绳，末采长度203 m. 末采期间与二切巷回风顺槽末端进行贯通，末采结束对后半段83#—116#支架，机头处5#、7#架进行回撤，1#—6#架向机尾方向靠架回缩机头。工作面剩余80架形成完整生产系统后，进刀方式变为三次机头，一次机尾进行推进，调斜角度运输顺槽调斜距离38.4 m，回风顺槽调斜距离12.8 m，旋转开采夹角10°，共计16个调采循环工作面两巷才能持平。

图1 辛置煤矿2-216回采工作面示意图

2.1 确定调斜、转采比例

根据工作面布置，采用长短刀相结合的切割循环作业方式。工作面每调斜一个角度，需要一组“长”、“短”刀配合割煤，以保证推进度小的地方，支架的移动次数也相应减少。“长”刀即工作面全长割煤，如图中 m1～m2、m5～B；“短”刀即采煤机割煤距离短于工作面长度，见图 m3～m4. 上述一个完整过程称为一个切割循环，见图2.

图2 工作面调采切割循环示意图

为了有效地利用采煤机截深和保证切割顺序不变，图2中AB线段的长度是采煤机有效截深的整数倍。为了保证切割出标准的循环面积，每一短刀的切割线必须平行于长刀切割线，而每次切割之后必然在工作面出现拐点，每个拐点的弯曲角度不能大于工作面输送机设计允许的弯曲角度。由于每个拐点的弯曲角度与整个切割循环的转角相等，因此切割循环的转角α也不得大于工作面输送机设计允许弯曲的角度α′，即：

式中：

N—循环内刀数,刀；

b—采煤机截深，m；

L—工作面长度，m.

因为 AB 线段的长度是采煤机截深的整数倍，因此有 AB=N·b，代入前式可得出一次循环内采煤机截割刀数为：

旋转工作面使用的是 SGZ-1000/2*855 型刮板输送机，根据该输送机技术特征，允许弯曲的角度α′=2°～3°，旋转过程中工作面长度L=140 m，采煤机实际截深b=0.8 m，可计算出循环内刀数应小于6刀，根据工作面实际取3刀。调面比例为1∶3，即工作面机头处进三刀，机尾处进一刀。

2.2 调斜、转采回采刮板输送机位移进度

调斜期间，调斜比例1∶2，设计19个循环(38刀)，工作面切巷长度为A=203 m，每刀循环进度0.8 m，则调斜对边长为B=15.2 m，根据三角函数公式计算调斜斜边C,即：

Tanα=B/A，带入公式得α=4.4°(调斜夹角4°).

C2=A2+B2，带入公式得C=203.58 (m).

因调斜比例为2倍，即：

调斜回采刮板输送机位移进度=0.58×2=1.16 m

因回采机头调斜比例较多，推进速度快，所以工作面回采溜子向机尾推移，移近量为1.16 m. 转采期间，调斜比例1∶3，设计16个循环(48刀)，工作面切巷长度为A=140 m，每刀循环进度0.8 m，三次机头一次机尾，根据三角关系，机头为0 m，机尾进度1.6 m，则三角对边长为B=25.6 m，根据三角函数公式计算调斜斜边C，即：

Tanα=B/A，带入公式得α=10.5°(调斜夹角10°).

C=A/sinα，带入公式得C=142.15 m.

调斜回采刮板输送机位移进度=142.15-140=2.15 (m)

因工作面转采期间支架整体上调3.53 m，所以调整完毕支架距帮为3.53-2.15=1.38 (m).

2.3 工作面转采循环工艺

工作面调面比例选择1∶3，设计在工作面运输顺槽推进到11#导线点后79 m开始转采，有利于工作面旋转调面期间调整刮板输送机平直度及机尾顶板控制。一个转采循环为机头推进3刀，机尾推进1刀。进刀方式：工作面转采期间进刀方式，由机头进刀，工作面整体机头向机尾推移、拉架，第一刀煤整体割通，第二刀煤机头割至42#架处，第三刀煤整体煤壁割平割直。刮板输送机推移步距：割煤前1#—40#架全部推移到煤壁，60#—80#架向落山侧后退，60#架距煤壁0.1 m，70#架距煤壁0.15 m，80#架距煤壁0.2 m；第一刀割煤后1#—30#架全部推移到煤壁，40#架推移0.75 m，50#架推移0.6 m，60#架推移0.45 m，70#架推移0.35 m，80#架推移0.2 m；第二刀割煤后1#架推移至煤壁，5#架推移0.7 m，10#架推移0.6 m，20#架推移0.4 m，30#架推移0.2 m，39#—80#架不推移；第三刀煤割煤后将回采刮板输送机推移至与刚开始割煤前推移步距一致开始下一个循环。工作面进刀比例示意图见图3.

图3 工作面进刀比例示意图

3 工作面转采技术的控制措施

综采工作面转采技术控制中：1) 控制好工作面刮板输送机、支架直线度，进而保障支架方向，支架出现歪斜时，用单体柱辅助调整支架方向。2) 工作面调斜期间，控制好机头机尾进刀方式，采取从机尾向机头推移方式抵消上窜，机头、机尾无法割透时，采取在机头、机尾变线槽处加设溜槽，保证机头正常搭接。3) 工作面煤壁出现片帮、冒顶时，采取顶板注浆加固加强顶板支护。4) 工作面一切巷后半段及工作面机头回撤完毕后，利用单体柱进行靠架调整二切巷支架距帮距离，控制回采机头转采下滑量，确保二切巷巷道正常推进。

4 经济效益

在2-216工作面实施旋转开采技术,实现了不规则工作面连续开采，确保了采掘衔接正常，并提高了煤炭资源回收率，减少煤炭资源浪费，增加工作面煤炭资源回收2.17万t，同时采用该技术少施工一条140 m切巷，减少搬家倒面次数，可节约资金1 140余万元。

5 结 语

在综采工作面中使用转采技术有着很高的技术要求，必须根据综采工作面现场情况准确设计转采方案，在转采过程中应注意以下方面：

1) 工作面转采前要及时调整回采刮板输送机上窜下滑，避免转采期间回采机头向内回缩造成回采机头无法割透。运输巷超前20 m范围内刷扩回采煤壁巷帮，保证刮板输送机的正常搭接运行。

2) 刷扩后的巷道较宽，需及时调整转载机紧靠刷扩侧煤壁帮，与回采刮板输送机机头正常搭接，在转载刮板输送机行人煤柱帮侧施工木垛，控制刷扩后巷道顶板，同时运输巷超前施工一梁两柱加固顶板支护。

3) 为避免转采期间支架出现挤架咬架现象，转采期间，回采刮板输送机机头、机尾必须严格按照转采循环工艺进行推进，并在推进期间及时利用支架侧护板和单体柱调整支架间隙，保证支架垂直顶底板支护。