综放工作面初采阶段调斜及调正工艺

弓仲标

(国能神东煤炭集团有限责任公司大柳塔煤矿，陕西 榆林 719315)

0 引言

活鸡兔井1-2煤复合区特厚煤层为该矿井主采煤层之一，煤层平均厚度为10.0 m，属浅埋藏近水平煤层，节理裂隙不发育，煤层韧性好且易自燃，最短自然发火期为37 d。2005年上分层12上202综采面已回采完毕，回采厚度为4.0 m，下分层采用综放工艺，回采厚度剩余6.0 m。大量的边角煤柱遗留在采空区，不但造成资源浪费，而且造成自然发火重大隐患，为了进一步提高资源回收率，利用切眼调斜设计把边角区域也纳入回采工作面，然而，在工作面初采阶段不但要面临调斜及调正问题，更要预防过上覆集中煤柱期间出现压架事故，给工作面安全回采带来诸多挑战。通过对活鸡兔井12下202综放面初采阶段调斜及调正出煤柱工艺的介绍，对初采期间安全技术措施实践进行总结，为今后类似工作面的安全开采提供借鉴。

1 工作面初采概况

12下202综放工作面走向长度1 124.5 m，工作面面宽为249.8 m，回采总体呈负坡推进(俯采)，切眼附近煤层底板标高最高为1 126.55 m；工作面设计采高为3.7 m，放煤高度为2.3 m，采放比为1∶0.62；工作面巷道采用外错式布置(即下分层综放面的顺槽、切眼、回撤通道都布置在实体煤柱内)[1]，切眼采用调斜设计，初采期间工作面不采用强制放顶，利用过上覆集中煤柱的切顶泄压作用，避免下层煤出煤柱的位置与初次来压位置相叠加[2]；其中机尾切眼回采帮煤壁距上分层切眼煤柱边界6.05 m，位置相叠加[2]；其中机尾切眼回采帮煤壁距上分层切眼煤柱边界6.05 m，机头切眼回采帮煤壁距离上分层煤柱边界20.45 m，机尾相对超前机头14.4 m；下分层切眼与下分层切眼调斜角度为2°～7°，12下202切眼巷道布置如图1所示。

图1 12下202工作面切眼巷道布置

2 工作面调斜及调正方案

2.1 工作面调整方案概述

12下202综放工作面在初采阶段由于工作面切眼与上分层切眼呈一定调斜角度，支架在安装前期就出现支架推拉杆与运输机打斜，局部支架间相互挤架，拉后溜链子卡阻支架后座等现象，造成支架移架、拉后溜困难。在工作面调整过程中不可一次性调整到位，防止因连续加甩刀引起工作面窜动严重造成设备挤帮[3]或者设备损坏，要采用分次逐步加甩刀的方法进行调整，因此工作面调整分为4个阶段。

第1阶段为工作面调直阶段，此阶段集中把中部弯曲段调直，分为3个短刀1个通刀，2个短刀1个通刀，总计进7刀煤；短刀主要进刀中部滞后段，通刀为整个工作面全部进刀，割通刀时要由机头向机尾推溜，从而抵消反向推溜时产生的挤压力，调直阶段结束后要保证工作面从机尾到机头呈一条直线。

第2阶段为缩短工作面机尾相对超前机头的距离阶段，采取连续进机头7刀，使得工作面机尾相对超前机头9.44 m，在此过程中要尽量将工作面调整平直。

第3阶段为工作面斜推出煤柱阶段，在此阶段工作面整体进13刀，从而保证机尾出煤柱7 m，在此过程中采取甩机尾加机头的方式。

第4阶段为工作面调正出煤柱阶段，在此阶段工作面采取甩机尾或加机头的方式进刀，使工作面整体出煤柱。

2.2 工作面调整过程

第1阶段首先调整工作面斜度，主要采用“三短一长”进刀的进刀方式，即分别从工作面距机头70 m、140 m、210 m处分别向机头进短刀，短刀进刀后跑空刀返回，第3次短刀割完后，由机头端部斜切进刀，反向入窝吃三角煤，然后再从机头至机尾进一个通刀，进刀示意如图2所示。

图2 “三短一长”调斜进刀示意

“三短一长”进刀完成后工作面再进行“两短一长”进刀，“两短一长”进刀方式与“三短一长”类似，只是少进一个短刀。工作面推溜工推溜时，确保前运输机在拐点两侧平直，弯曲段过渡平缓，观察、控制运输机窜动情况；推弯曲段时将推溜行程设置为430 mm，推溜架数为10架[4]，确保每次推溜只推半个油缸行程，推溜期间，推溜工须一手把住支架急停闭锁，一旦出现异常情况时，可立即停止推溜；安排专人手动拉后溜，注意观察拉后溜链子与支架后座的刮卡情况，要根据实际情况分多次进行拉后溜，确保后溜不出现前后错茬或刮板刮卡现象；工作面正常段滞后移架时，正常推前运输机、拉后运输机，吃三角煤必须保证滞后采煤机不少于18 m的弯曲段距离。第1阶段调斜结束后，工作面机尾相对超前机头15.49 m，工作面相对上覆切眼斜度为4°，第1阶段调斜示意如图3所示。

图3 第1阶段调斜示意

第2阶段调斜为缩短工作面机头、机尾的相对距离，调斜总原则为机尾端保持不动，机头侧连续循环加刀。当煤机在工作面中部或者机头附近一定距离，保证预留距离满足机头方向正常推溜，且弯曲段距离不低于18 m；期间安排专人监护采煤机拖拽电缆运行情况，防止电缆掉落或者刮卡溜槽，尾滚筒司机注意及时清理底层电缆夹板上的煤块；当煤机割至机尾端头后只需拉直电缆即可空刀返回入窝直接向机头割煤；当工作面机头侧连续循环进7刀后，最终使机尾相对超前机头9.44 m，100 #～120 #支架架后采空区局部开始垮落，工作面相对上覆切眼斜度为2°，此过程中须尽量将工作面调整平直，第2阶段调斜示意如图4所示。

图4 第2阶段调斜示意

第3阶段为工作面斜推出煤柱阶段，此阶段使工作面保持2°的斜度，整体分段，渐次斜推安全通过煤柱。当工作面推进至靠近机尾侧的上覆调车硐室时，上覆硐室两侧的煤柱悬臂梁，将侧向翻转挤压工作面顶煤，在纵向切顶的作用下使架前顶煤全部垮落，导致支架压力剧增，此时工作面采取从来压位置至机尾侧加刀，结合后溜放煤措施进行泄压，直到该区域压力稳定；当局部压力增大时禁止向机头方向加刀，防止工作面出现大面积来压，因不能快速加刀进行甩压而出现压架事故。整个过程先机尾后工作面，先后斜推出煤柱，在机头侧工作面支架没有通过上分层煤柱之前，工作面顶板处于一端固支，一端简支梁的结构状态，此时工作面支架在该结构下开采时所受压力较小，基本是支架给予顶板的初撑力。综上所述，该阶段均衡等于工作面连续进13刀，最终使机尾侧推出煤柱7 m，工作面从45架至机尾段全部安全推过煤柱，除机头段外，工作面采空区基本全部垮落，而此时机头侧正处于煤柱边缘附近，第3阶段斜推整体示意如图5所示。

图5 第3阶段调斜示意

第4阶段是工作面的调正阶段，也是工作面机头段出煤柱阶段，此阶段工作面再次采取甩机尾加机头的方式进刀，使工作面全部出煤柱。当工作面支架逐渐到达煤柱外侧直至完全处于煤柱外侧边界时，固支梁已演变为悬臂梁结构，随着工作面的推进，悬臂梁将会垮断，造成顶板失稳从而再形成铰接梁，该铰接梁的一端与原煤柱铰接，另一端则直接压在支架上方，造成支架压力急剧增大，从而使安全阀开启，导致活柱下缩量增大。工作面调正阶段，应保证每次加刀前运输机在拐点两侧平直，且弯曲段过渡平缓，机头侧累计连续快速推进11刀，当工作面全部推过上覆集中煤柱，进入上覆切眼下时调正阶段结束，第4阶段调正示意如图6所示。

图6 第4阶段调斜示意

3 工艺措施总结

3.1 工程质量管理

采高管理：工作面推进7 m后，开始沿底板回采，以底控顶，并将工作面采高最大化至3.9 m，保证了立柱活柱行程，为工作面初次来压做准备，采高最大化也是防止出现压架事故的重要措施。

顶底板管理：严格执行“以底控顶”回采，杜绝大起大落，原则上抬落刀幅度不得大于±100 mm，工作面过渡平缓。

支架管理：初采期间加强支架管理，保证支架不倒架、不咬架、不错茬，及时调整架形，保证确保支架接顶效果。移架必须保证“跟机、带压、擦顶”移架，支架工紧跟采煤机前滚筒，每次移架保证少降快拉，降柱行程不大于200 mm；来压期间采取边降架、边收平衡、边拉架，减少支架降柱行程等措施，移架结束后保证初撑力一次性升到位，尾滚筒司机及时打出护帮板进行护帮。

两端头过渡：工作面两端头平缓过渡，端头铲煤板前扫刀次数不得低于3次，防止出现割不透煤壁或端头搭桥事故，影响安全生产。

3.2 设备维护

合理控制采煤机速度，特别是吃三角煤入窝段以及返空刀期间，防止损坏采煤机各部件。

初采期间应及时拉回后部运输机，收回支架尾梁和插板，减少支架对地投影面积；出煤柱老顶来压期间，后运输机开始放煤从而减缓支架载荷，放煤后须再次对支架进行补液，保证支架初撑力达到25.2 MPa以上。

3.3 工作面调斜

调斜工作面选择机尾侧优先出煤柱，使初次来压由机尾不断向机头分多次多段来压[5]，优点是一次性垮落顶板面积小，压力集中影响区通常只集中在8#～10#架范围内，但来压强度相对较剧烈；来压区域必须及时拉出超前支架进行避压，使附近两侧的支架共同分担压力。

控制运输机窜动时，通过采取伪斜推进、改变推、拉溜方式、调整割煤工艺等方式[6]，可有效地控制运输机的上窜下滑；放顶煤工作面窜动直接影响前后运输机与转载机的搭接情况，搭接过宽时导致前后运输机大块煤难以卸货或在卸载点卡阻，搭接过窄时会造成运输机卸货不彻底，导致底链拉回煤，从而影响运输机的正常运行。

调斜工作中要严格保证工程质量，每个分段点要确保工作面区段内的支架、运输机、煤壁都处在一条直线上[7]，即工作面“三直”，放顶煤工作面“三直”，还需要注意后运输机的平直，特别是在各拐点的弯曲度，为下一阶段调斜工作打好基础。

4 结论

(1)初采阶段利用特殊的调斜工艺在不进行强放的条件下处理采空区，使采空区悬顶分段逐次垮落，既可减小过上分层集中煤柱时集中应力的影响范围，防止出现压架事故，又可避免大面积悬顶垮落时飓风伤人。

(2)综放工作面调斜工艺不同于综采工作面，在初采调斜阶段，须注意后运输机管理，特别是后运输机的弯曲度以及拉后溜结构件的维护，防止人为损坏后运输机构件，从而影响工作面正常推进。

(3)调斜回采工艺技术，主要适用于切眼小角度调斜巷道设计，既可提高切眼外侧边角煤的顺利回收，又保证初采期间工作面安全高效回采，同时拓宽综采工作面的设计思路，具有借鉴及推广价值。