阐述复杂地质条件下综采工作面调向回采技术

2022-03-10王振龙

科学与信息化 2022年4期

关键词：机尾基准线大巷

王振龙

山西保利平山煤业股份有限公司山西晋城 048205

引言

加强煤矿安全生产管理建设，健全煤矿安全开采整治体系，必须结合采煤环境，科学选用采煤方法。

1 井下采煤方法

我国目前常用的采煤方法有：走向长壁采煤法、倾斜长壁采煤法、大采高一次采全厚、放顶煤长壁采煤法、掩护支架采煤法、倾斜分层走向（倾斜）长臂下行垮落采煤法、台阶采煤法、水平分层采煤法、斜切分层采煤法、房柱式采煤法、房式采煤法、仓储、巷道长臂采煤法、倾斜分层长臂上行填充采煤法、刀柱式采煤法、水力采煤法等50多种类型。各煤矿根据自身地质条件选择合适的采煤方法，目前常用的多为综合机械化采煤法，在实际工作过程中，使用综合机械化采煤方法具有明显的优点，例如：采用相应的机械设备进行具体工作，能够连续完成各项工作，在一定程度上提高了整体工作的安全性能和工作效率，有效解放了劳动力，降低了企业的资金投入。因为综合机械化采煤方法的特点和优势使得其在当下煤炭行业的使用频率和应用范围越来越广泛，成为一项主要的采煤工艺[1]。

2 综采工作面调向回采技术应用方案

2.1 合理设计采煤工作面

山西保利平山煤业股份有限公司采煤区域为3#煤层，3号煤为无烟煤，属低灰～中灰、特低硫分、高～特高热值之动力和化工用煤。水分含量为4.2%，灰分含量为12.98%，挥发分含量为6.94%，发热量为30.82MJ/kg，固定碳含量为75.88%，硫份含量为0.43%，牌号为WY3。采区共划分为31采区、32采区，现回采工作面31采区31017工作面，采用走向长壁综合机械化采煤方法，工作面底板标高为+368～+404m，地面标高+866～+995m，31017运输顺槽设计推进长度为645m，31017回风顺槽设计推进长度为699m，设计推进长度平均为672m，工作面长度为181.5m，面积121968m2；该工作面位于井下主系统大巷东翼，为本矿第六个综采工作面，其北部为实体煤（工作面北部10m处，煤层底板下15～20m岩层中布置有东翼胶带大巷），东邻矿井井田东翼边界，南部为31015工作面采空区，西邻31采区主系统大巷（回风大巷、轨道大巷、胶带大巷）。该工作面煤层厚度为4.9～6.4m，平均厚度5.4m，煤层结构简单，煤层倾角2°～9°，平均倾角为6°，该工作面内煤层为黑色半亮型，油脂光泽，鳞片状结构，块状构造，质地较硬，内生裂隙发育，煤层硬度f=1.5。本工作面内地质构类型简单，煤层赋存稳定，发育的构造有在31017运输顺槽掘进过程中揭露的K9正断层，31017回风顺槽掘进中揭露的K14正断层，回采过冲中工作面将揭露一处冲刷带。31017工作面回采至S2向斜轴部柱附近时可能发育有伴生小断层，顶板破碎、瓦斯赋存异常，对工作面回采有一定的影响；煤层内部剪节理发育。综采工作面的工作模式为八小时轮班，有两班负责煤矿开采生产，另一班负责机械设备检修和安全管理工作。

在煤矿开采工作中，配备的机械设备如下：ZT14000/22/45型端头液压支架1组两架、ZYG7200/28/48过渡架7架、ZY7200/28/55中间架116架、MG500/1180-GWD型采煤机1部、SGZ900/800型刮板输送机1部、SZZ800/315转载机1部、PCM-200型破碎机1部、ZY2300型自移机尾1部、DSJ100/80/2×250胶带输送机皮带机1部、BRW400/31.5型乳化液泵2台、RX2500S型乳化液泵箱1台、KJZ-2400/3.3/12D型动力负荷中心1套、KJZ-1800/1140（660）-12Y型动力负荷中心1套。同时，为了解决综采工作中的调面问题，煤矿企业对调面原因进行了综合分析。分析结果表明在综采工作面设计中，回风顺槽和采煤运输顺槽呈平行关系，切眼和两顺槽呈垂直关系。

综采工作面通常以两巷平行等长，切眼与两巷垂直方式进行布置，以充分发挥综采设备优势，使工作面始终按照正规循环作业有序推进。

本设计为了提高矿井煤炭资源采出率，回收工作面与井田边界三角区煤炭资源，将31017工作面切眼沿井田边界保护煤柱布置、对回风顺槽方位进行了合理调整，造成工作面两巷不平行布置，切眼与回风顺槽呈82°32’20”夹角、与运输顺槽呈107°27’40”夹角，工作面呈不规则布置。因此，31017综采工作面在初采阶段实施调斜回采，使工作面完成由初采阶段向正常回采阶段的过渡。根据31017综采工作面顶板稳定条件，考虑到实中心调斜液压支架反复支撑机头（旋转中心）顶板，容易造成机头附近顶板管理困难，因此，确定选用虚中心调斜工艺，即将机头对应的旋转中心点设置在工作面范围之外，旋转机尾端的同时机头端也保持了一定的前移量，这在一定程度缓解了机头端顶板和煤壁维护的困难，有利于改善顶板与煤壁支护状况。

依据工作面长度及切眼与回风顺槽夹角计算调斜比例，即机头端比机尾端多推进54.01m，完成调斜角度为17°27’40”。将调斜角划分为若干个相等的小角，工作面每旋转一个小角即完成一个调斜循环，而合理确定每一调斜循环中机头机尾进尺比例，才能保证调斜工作顺利完成。

通过计算得出调斜角度和调斜量：目前工作面采用的SGZ900/800型刮板输送机水平可弯曲角度（1°）、弯曲段长度要求（大于21m）、MG500/1180-GWD型采煤机截深（600mm）及液压支架灵活性等三机设备性能、切眼长度（181.5m）和顶底板岩性、现场管理等因素综合考虑，确定工作面调斜比例为5∶1，即每各调斜循环机尾推进5刀，机头1刀，净计算可得调斜角度为0°45’50”，刮板输送机最小弯曲段长度45m。完成整个调斜工作需23个循环，机尾总前移量为69m，机头为13.8m。

图1 切眼实测剖面图

31017工作面进入冲刷带、K14断层时，因工作面机头机尾存在高差，刮板运输机的机头端所处高度低于机尾端，所以刮板运输机会沿着煤层的倾向下滑，不及时调面就会导致机头长而机头短，这样会使机头和转载机搭接不合理，无法正常推进采煤工作。为了避免运输机出现下滑问题，特意调斜了工作面，加快工作面机头推进度，将工作面调整为机头超前于机尾，对运输机下滑问题进行有效控制。在综采工作面沿着工作面倾斜方向垂直方向持续推进，就很有可能使刮板运输机上窜，造成运输机机尾常，而机头短，也会出现刮板运输机和装载机搭接不合理问题，采煤机无法正常工作。为了缓解运输机的上窜问题，就需要调向回采，多加推进机尾，使运输机的机头能与转载机有效搭接，做好大量的调向回采工作[2]。

2.2 优化综采工作面调向回采技术措施

优化煤矿综采工作面调向回采技术措施，首先要遵循三项基本原则：第一，运输机的机头和装载机的搭接必须合理，调面时不能以机尾的长短为基准。第二，结合机头和机尾之间高差准确计算机头超前于机尾的距离。从图2可以看出高差简称为BF，机头超前于机尾的距离简称EH，一般情况下，EH=BF/2。如果刮板运输机处于下滑状态，EH可能大于BF/2。如果刮板运输机处于上窜状态，EH可能小于BF/2。第三，如果机头巷道的两帮并非笔直，巷道存在弯曲与变形现象，就要设置好精准线，如图3所示，同时，要随时注意基准线和机头大架基准点之间的水平距离（L）变化情况，以此判断是多加推进机头还是机尾，或者采取平行推进措施。通常，要将基准线设置在顶板上，使其和巷道的中线保持平行关系。

图2 运输机塔接图

图3 精准线设置图

其次，要注意把握以下4项要点：

第一，因31017工作面运输顺槽为沿空掘巷，运输顺槽受顶板压力较大，巷帮变形较为严重，不易作为基准线。如果运输顺槽处于沿空顺槽状态，因为顶板承受的压力较大，机头巷道的两帮移近量也比较大，巷道会出现严重的变形，所以此时就不能将巷帮作为基准线，以免影响准确性，而是要在顶板上设置一条和运输顺槽的中线相重合或者保持平行的基准线。通常，随着综采工作面的持续推进，需要结合基准线和机头大架基准点的水平距离来选取随时量，并结合水平距离L的变化来实施调采。图4是延长回采技术结构图。

图4 延长回采技术结构图

第二，如果回风顺槽和运输顺槽未处于平衡关系，就会出现这样一种现象——随着综采工作面的推进，工作面的长度会缩短或者变长，进而导致运输机会延长或者缩短，液压支架也会增加或者减少，机头工作会受阻，只有机尾才能继续工作。此时，就要合理搭接机头和转载机，减少上窜与下滑问题，科学实施调采方案。例如31017工作面受沿空掘巷小煤柱影响及工作面矿压影响，工作面长度增加，工作面内液压支架数量由原有的121架增加为123架，刮板数量由121个增加为123个。

第三，如果综采工作面出现了倾斜或者背斜，就不易控制上窜与下滑问题，此时，要确保运输机的机头大架和转载机的合理搭接，在工作中全方位监测搭接情况以及支架推移框架的具体摆向，结合摆向和搭接水平距离分析运输机此时处于上窜还是下滑状态，并根据伪斜调采的方案实施采煤工作。其次，如果出现了向斜构造地段，就要让运输机和液压支架保持顺直，不能拖后[3]。

第四，如果运输机出现了严重的上窜下滑问题，就要采取单向推溜和单向移架的方式予以控制。一般情况下，当运输机上窜现象明显，就可以在多进机尾的同时，从机头来说移动支架，将其移至机尾，然后，从机尾开始进行推溜。当运输机存在严重的下滑问题，为了迅速调采，就需要在多进机头的同时从机尾开始对支架进行移动，将其移至机头位置。