综放工作面定心旋转开采技术研究

牛庆俊 张中腾 柳研青

（兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿，山东 邹城 273513）

在煤炭资源开采过程中，由于受地质条件、保护煤柱等特定因素影响，不规则工作面布置形式日益增加。为增加煤炭资源回收率，实现工作面高产高效，延长矿井服务年限，需对采区设计不断优化，合理调整工作面尺寸，经常采用旋转采煤法。旋转采煤法是以工作面巷道中某一个点为中心，工作面按照设定角度边旋转边开采，工作面及时调整角度。

屠世浩[1]等结合现场开采实例，对综采旋转开采过程中矿压显现规律、孤岛煤柱回收工艺方式、旋转区巷道布置等方面关键技术进行研究，并取得了良好的经济效果。邢相[2]等针对晓南煤矿西三采区北部原设计布置的四个工作面造成的回采巷道布置困难、综采效率低下的问题，通过特大角度联合开采将原有四个工作面合并成为一个工作面，将工作面煤炭采出率提高了约5%。李生生等[3]设计同家梁矿8801工作面采用旋转半径226 m，“虚心”旋转调斜开采技术，通过加强两巷支护与端头支护，保证同家梁矿8801工作面调斜开采试验的顺利进行，实现工作面安全高效生产，大大提高资源采出效率。

1 工作面概况

鲍店煤矿83上02工作面位于八采区中部，工作面标高为-214 m，煤层倾角为2°～19°，工作面长度为228 m，推进长度2477 m，初期开采煤层为3上煤层。3上煤厚度为3.69～7.76 m，均厚5.28 m，f=2.9。直接顶为平均厚度2.83 m的粉砂岩；基本顶为平均厚度4.52 m的细砂岩互层，以细砂岩为主，夹杂部分粉砂岩；直接底为平均厚度0.51 m的粉砂岩；基本底为平均厚度9.44 m的粉细砂岩互层，以细砂岩为主，夹杂部分粉砂岩。83上02工作面旋转开采段布置如图1。

图1 工作面布置

83上02作为鲍店煤矿主力生产工作面，为尽可能多的回收煤炭资源，回采初期采用定心扇形旋转开采的方式推进，旋转角度约为20°，旋转弧长近80 m。

2 旋转开采技术研究

2.1 设备配置

83上02综放工作面使用主要大型机械包括采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机及破碎机等，设备型号及主要技术参数见表1。

表1 83上02综放工作面设备技术参数

2.2 旋转开采技术方案

83上02综放工作面扇形旋转开采的基本方针为：采用定心旋转方式，即工作面以半径228 m圆做扇形旋转，分26个循环完成，每个循环运输机旋转约0.75°，26个循环后，机尾推进78 m，工作面累计旋转角度约为20°，此时工作面机头超前2 m，两巷高差2 m，工作面进入正常生产阶段。设定两种旋转开采技术方案，示意图如图2。

如图2（a）所示，第一种旋转开采技术方案采取“增刀式”采煤方式，即“先割小刀后割大刀”。工作面割煤路线为130#-100#，130#-65#，130#-30#，130#-1#，每个“小刀”中移架路线为130#-90#，130#-55#，130#-20#，130#-1#。如图2（b）所示，第二种旋转开采技术方案采取“减刀式”的采煤方式，即“先割大刀后割小刀”，工作面割煤路线为130#-1#，30#-130#，130#-55#，85#-130#，每个“大刀”中移架路线为130#-1#，20#-130#，130#-45#，75#-130#。

图2 旋转开采技术方案

采用“增刀式”采煤方式时，工作面中运输机推移拐点少，平直程度较高，煤机从机头返回至机尾时需要返空刀，但整体推进速度较慢，导致割煤效率比较低，影响工作面正常推进速度。采用“减刀式”采煤方式时，煤机从机头返回至机尾时进行正常割煤，整体推进速度较快，工作面中运输机需要推移时拐点较多，但运输机会持续拖后，影响下一个循环正常生产。

3 技术效果分析

根据回采过程中推进速度和前部运输机机尾长度变化情况，将两种采煤方式进行对比分析，对每日推进速度、前部运输机机尾长度及运输机平直程度进行实时记录，将开采过程分为四个阶段，如图3。

图3 扇形开采四阶段主要参数图

工作面推进天数第1至第5天即为第一阶段，本阶段采取“增刀式”的采煤方式。本阶段机尾累计进尺16.20 m，工作面正常推进状态下，机尾日进尺3.25 m左右。前部运输机机尾长度从-890 mm逐渐减至-200 mm左右（正负值代表机尾距离巷道中线长度），运输机状态整体较好。

工作面推进天数第6至第12天即为第二阶段，为减少采煤机返机过程中进刀小、割煤效率比较低的情况，将割煤路线“增刀式”的割煤方式改为“减刀式”的割煤方式。本阶段机尾进尺为32.0 m，工作面正常推进状态下，机尾日进尺为6.20 m左右，比原方案每天多进2.95 m，推移困难后机尾日进尺为2.85 m左右。前部运输机机尾长度从-650 mm逐渐减至200 mm左右。

工作面推进天数第13至第15天即为第三阶段，本阶段主要是中部来回返机，将工作面找直。因运输机运动起势，控制效果较好，前部运输机机尾长度在250～500 mm左右，保障运输机推移顺利。本阶段机尾进尺8.85 m，平均日推进2.95 m，运输机平直度逐渐好转。

工作面推进天数第16至第18天即为第四阶段，此阶段机尾进尺22.95 m，改为每班割3个机尾、机头不进刀割煤方式，执行每刀机头侧30个支架左右顺直，机尾侧剩余支架拉满硐，即130#-1#（130#-30#拉满硐），30#-130#（65#-130#拉满硐），130#-65#（130#-85#拉满硐）运输机平直度较好，如图4。

图4 调整后运输机状态示意图

前部运输机机尾长度600 mm减至100 mm，能进行正常推移，工作面持续正常推进，前部运输机机尾日进尺在7.5 m以上，生产保持高效稳定。

4 结论

为增加鲍店煤矿83上02工作面初采阶段煤炭资源回收率，将两种旋转开采方式进行现场实际应用，得到以下结论：

（1）当采用“增刀式”割煤方式时，即“先割小刀，后割大刀”的割煤方式，前部运输机状态较好，但工作面整体推进速度较慢，割煤效率低，生产效率大幅降低。

（2）当采用“减刀式”割煤方式时，即“先割大刀，后割小刀”的割煤方式，会造成运输机持续拖后，继而影响后续工作面正常生产。

（3）当采用“减刀找直式”割煤方式，即机尾侧支架拉满硐的割煤拉架配合方式，同时，机头侧30个支架左右顺直，机尾侧剩余支架拉满硐的旋转开采方式，保障了运输机的正常推移，保障工作面稳定高效推进，煤炭资源回收率大幅提高。

鲍店煤矿83上02工作面在初采阶段成功进行扇形开采，提高煤炭资源采出率，经济效益显著，为该矿扇形开采积累了宝贵的技术经验。