綜采工作面大角度調(diào)斜工藝分析研究

杜 鑫

（冀中能源峰峰集團(tuán)邯鄲寶峰礦業(yè)有限公司九龍礦，河北 邯鄲 056200）

隨著礦井開(kāi)采年限的增加，可采煤炭量不斷減少，采煤工作面地質(zhì)條件也越來(lái)越復(fù)雜。為有效利用礦井資源，最大限度地回收煤炭資源，延長(zhǎng)工作面服務(wù)時(shí)間，減少搬家倒面次數(shù)，綜采工作面時(shí)常需進(jìn)行調(diào)斜開(kāi)采。在實(shí)際回采過(guò)程中，受工作面賦存的地質(zhì)條件、回采工藝、作業(yè)人員等各種因素的影響，常會(huì)出現(xiàn)工作面支架、前后刮板輸送機(jī)上竄下滑的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)造成兩安全出口不暢通，生產(chǎn)效率低下。以九龍礦15252綜采工作面為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、理論設(shè)計(jì)及計(jì)算，解決工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)斜應(yīng)用過(guò)程中的運(yùn)輸機(jī)上竄下滑、支架旋轉(zhuǎn)角度控制等問(wèn)題，在回采時(shí)進(jìn)行有效調(diào)斜，輔以支架有順序地回撤，完成調(diào)斜目標(biāo)，為類似條件下的回采工藝提供借鑒。

1 工作面調(diào)斜方法

采煤工作面調(diào)斜方法多種多樣，常用的調(diào)斜方法主要有實(shí)中心調(diào)斜法與虛中心調(diào)斜法。

1.1 實(shí)中心調(diào)斜法

實(shí)中心調(diào)斜法的調(diào)斜工藝過(guò)程大致為：當(dāng)采煤機(jī)把調(diào)斜前的最后一刀煤割完后，需旋轉(zhuǎn)中心端，同時(shí)停移工作面輸送機(jī)，讓另一端先移一截深，調(diào)整輸送機(jī)讓其成直線狀態(tài)，再讓采煤機(jī)實(shí)施割煤作業(yè)，采煤機(jī)所割的每刀煤都應(yīng)為小扇形狀，割每刀煤工作面應(yīng)調(diào)斜角度可按式（1）計(jì)算：

式中，B為采煤機(jī)截深，m；L為工作面長(zhǎng)度，m。

實(shí)中心調(diào)斜法不會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞，工藝合理、易操作，但其調(diào)斜范圍相對(duì)較小。由于其旋轉(zhuǎn)端至中心移架的步距越來(lái)越小，支架需反復(fù)支撐頂板，中心四周頂板不易管理。此調(diào)斜法適用于工作面頂板較穩(wěn)定、需調(diào)斜角度相對(duì)較小的工作面。有時(shí)，為更易實(shí)施調(diào)斜，取得更好的調(diào)斜效果，時(shí)常需事先采用灌注黏結(jié)劑加固或打錨桿加固的方式加固旋轉(zhuǎn)中心四周的煤壁。

1.2 虛中心調(diào)斜法

為有效強(qiáng)化旋轉(zhuǎn)中心四周頂板管理，在工作面生產(chǎn)條件允許的情況下，可應(yīng)用虛中心調(diào)斜法調(diào)斜。可把調(diào)斜角α等分為多個(gè)αn小角，在工作面外布設(shè)旋轉(zhuǎn)中心，當(dāng)采煤機(jī)完成一組長(zhǎng)刀與短刀切割后，讓工作面旋轉(zhuǎn)αn小角，這樣一個(gè)調(diào)斜循環(huán)就順利完成了。為防止旋轉(zhuǎn)中心端的工作面由于長(zhǎng)時(shí)間不推進(jìn)引發(fā)頂板、煤壁難維護(hù)問(wèn)題，應(yīng)讓旋轉(zhuǎn)中心端工作面具備一定前移量。在采用虛中心調(diào)斜法調(diào)斜工作面時(shí)，需確定中心端的前移量S，同時(shí)每調(diào)斜循環(huán)的具體割煤刀數(shù)n也應(yīng)確定出來(lái)。中心端的前移量S為圖中的AB段，其大小應(yīng)依據(jù)工作面頂板穩(wěn)定性情況、實(shí)際調(diào)斜角α＇、工作面長(zhǎng)度L、所用支架性能及輸送機(jī)性能等因素來(lái)確定。一般每調(diào)斜循環(huán)最少也得割一長(zhǎng)刀煤。

式中，n為調(diào)斜α角度大小的扇形塊應(yīng)循環(huán)次數(shù)；f為每調(diào)斜αn角的小扇形塊，所用采煤機(jī)實(shí)際所割通刀數(shù)；B為采煤機(jī)具體截深[1]。

2 15252綜采工作面大角度調(diào)斜工藝分析

2.1 15252工作面概況

2.1.1 地質(zhì)條件

15252回采工作面位于南二下部采區(qū)下部，15252回采工作面東部為NF25及F15-1斷層；西部為15248工作面采空區(qū)；南部為南翼二水平皮帶暗斜井；北部為工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱。

15252工作面煤層賦存穩(wěn)定，2號(hào)煤最厚2.5 m，最薄2.3 m，平均2.4 m。煤層一般含兩層層夾矸，夾矸厚為0.10 m、0.05 m，煤層結(jié)構(gòu)：0.4（0.1）0.5（0.05）1.35。

該工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，在15252N工作面掘進(jìn)過(guò)程中共揭露三條大斷層DF15-2、F15-1、DF15、DF15-2斷層位于工作面上下順槽揭露、斷層走向?yàn)?0°，落差為H=2～20 m；F15-1斷層位于工作面上下順槽揭露、斷層走向?yàn)?6°，落差為H=25～40 m；DF15斷層位于工作面上下順槽揭露、斷層走向?yàn)?2°，落差為H=12～20 m。共揭露f1、f2、f3、f4、四條小斷層，f1斷層位于工作面下順槽13點(diǎn)前22 m揭露、斷層走向?yàn)?3°，落差為H=1.2 m；f2斷層位于工作面上順槽44點(diǎn)前37 m揭露、斷層走向?yàn)?7°，落差為H=1.0 m；f3斷層位于工作面上順槽X點(diǎn)前3 m揭露、斷層走向?yàn)?4°，落差為H=2.0 m；f4斷層位于工作面下順槽63點(diǎn)前23.4 m揭露、斷層走向?yàn)?4°，落差為H=1.2 m，預(yù)計(jì)該斷層延伸至工作面內(nèi)。

2.1.2 工作面布置方式

落煤方式：采用MG300700—WD1型雙滾筒采煤機(jī)割煤。

裝煤方式：利用采煤機(jī)滾筒和刮板輸送機(jī)鏟煤板裝煤（人工清理活煤）。

運(yùn)煤方式：工作面調(diào)斜前工作面切眼采用SGZ764/500型可彎曲刮板輸送機(jī)，下順槽使用三臺(tái)SGB-620/40T型刮板輸送機(jī)、一臺(tái)SGB-630/150型刮板輸送機(jī)、一部DSJ100/80/2x125型落地式膠帶輸送機(jī)、一部DSJ100/80/2x75型落地式膠帶輸送機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸。

支護(hù)形式：工作面采用ZZ4800/17/36型四柱支撐掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板。

進(jìn)刀方式：采煤機(jī)在工作面端頭斜切進(jìn)刀。

2.2 旋轉(zhuǎn)調(diào)斜的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

2.2.1 工作面設(shè)備下滑

15252綜采工作面傾角2°～14°，俯采角度5°～8°，運(yùn)輸順槽與回風(fēng)順槽落差達(dá)25 m，刮板輸送機(jī)和支架自重較大，在回采過(guò)程中，設(shè)備自重有下滑的趨勢(shì)。刮板輸送機(jī)由上向下運(yùn)煤，采煤機(jī)截割工藝有阻力，牽引運(yùn)行過(guò)程中的綜合作用，致使推移刮板輸送機(jī)向下滑移。支架與前部刮板輸送機(jī)通過(guò)連桿相連接，移架時(shí)隨著刮板輸送機(jī)下滑致連桿偏斜而下移。再加上作業(yè)人員前移支架時(shí)，部分支架初撐力不達(dá)要求[2]。

2.2.2 工作面設(shè)備上竄

15252綜采工作面俯采時(shí)，俯采角度5°～8°，正常采煤將使工作面刮板輸送機(jī)及支架上竄，促使工作面刮板輸送機(jī)與運(yùn)輸順槽轉(zhuǎn)載機(jī)搭接失衡，影響上安全出口暢通。主要原因是工作面上半部落底下坡由弦邊變成股邊，煤壁變短量大于下滑量，而下落底隨運(yùn)輸順槽則是股邊變成弦邊，煤壁變長(zhǎng)量大于輸送機(jī)的下滑量，從而使工作面刮板輸送機(jī)不接煤，損壞設(shè)備，卡死刮板輸送機(jī)，前溜設(shè)備及支架出現(xiàn)上竄現(xiàn)象[3]。

2.2.3 調(diào)斜不當(dāng)

15252綜采工作面設(shè)備出現(xiàn)下竄后，適逢初期來(lái)壓，工作面頂板破碎、片幫較重，在移架過(guò)程中部分支架初撐力不達(dá)要求，再加上調(diào)斜調(diào)整欠妥，曾一度造成綜放工作面刮板運(yùn)輸機(jī)上竄，導(dǎo)致工作面刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭與運(yùn)輸順槽轉(zhuǎn)載機(jī)搭接經(jīng)常性變動(dòng)，從而改變了工作面刮板輸送機(jī)與運(yùn)輸順槽轉(zhuǎn)載機(jī)的合理搭接關(guān)系。工作面刮板輸送機(jī)機(jī)頭過(guò)短，造成運(yùn)輸機(jī)卸煤不暢，在下端頭形成堆煤現(xiàn)象，增加人工清煤工序，嚴(yán)重時(shí)造成刮板輸送機(jī)和支架推至回風(fēng)順槽外幫煤壁，致使上端頭安全出口不暢。

2.3 15252綜采工作面大角度調(diào)斜實(shí)踐

2.3.1 技術(shù)實(shí)踐

（1）15252下巷三部皮帶車頭車巷道為負(fù)角度拐彎。為保證旋轉(zhuǎn)期間能夠順利將工作面方向旋轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，該礦及時(shí)在下巷三部車頭以里50 m至三部車頭往外20 m處做一條新配巷。

（2）根據(jù)調(diào)斜推進(jìn)要求及考慮到工作面結(jié)束時(shí)上網(wǎng)上繩工作需要，調(diào)斜工作需在下巷最少剩余8 m時(shí)結(jié)束，根據(jù)反算，工作面在距配巷外口20 m時(shí)，上巷在距拐點(diǎn)104 m時(shí)開(kāi)始調(diào)斜，調(diào)斜比例1：12（即下巷推進(jìn)12 m，上巷推進(jìn)146 m），整個(gè)調(diào)斜過(guò)程中，上巷比下巷多推進(jìn)137 m。

（3）受地質(zhì)條件及支架自重等因素影響，工作面回采期間支架、工作面溜子會(huì)出現(xiàn)上竄下滑的現(xiàn)象.為保證工作面正常推進(jìn)，工作面支架、溜子等不能與煤幫垂直，而應(yīng)有一個(gè)向上的傾角，即工作面處于偽斜狀態(tài)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)15252工作面正常推進(jìn)應(yīng)下巷超前上巷14～16 m。巷道巷道調(diào)轉(zhuǎn)方向期間，工作面會(huì)逐步下巷超前轉(zhuǎn)變?yōu)樯舷锍埃藭r(shí)工作面溜子及支架下滑速度會(huì)明顯加快，若控制不當(dāng)，支架及工作面溜子就有可能鉆入巷道下幫。根據(jù)計(jì)算，整個(gè)調(diào)斜旋轉(zhuǎn)過(guò)程工作面整體約會(huì)下滑8 m。

（4）根據(jù)推進(jìn)圖演示，理論上工作面調(diào)斜期間，工作面會(huì)先變短后變長(zhǎng)，但整體工作面長(zhǎng)度變化不超過(guò)1.5 m，且主要處于過(guò)上巷拐點(diǎn)時(shí)，工作面推進(jìn)過(guò)程中，不再進(jìn)行加架作業(yè)，確實(shí)需要時(shí)對(duì)上巷進(jìn)行挑梁起臨時(shí)支護(hù)。

2.3.2 施工實(shí)踐

（1）針對(duì)調(diào)斜期間溜子會(huì)下滑8 m的情況，該礦提前對(duì)新配巷外口下幫進(jìn)行擴(kuò)幫（擴(kuò)幫規(guī)格：長(zhǎng)×寬=5 m×5 m），同時(shí)提前對(duì)工作面進(jìn)行調(diào)下頭，使工作面上竄，然后摘除排頭架十字頭并延長(zhǎng)工作面溜槽，經(jīng)計(jì)算延長(zhǎng)2節(jié)槽子即可滿足生產(chǎn)需要。待延長(zhǎng)完畢后工作面開(kāi)始1：12調(diào)上頭，即大調(diào)斜旋轉(zhuǎn)開(kāi)采。調(diào)斜開(kāi)始后，工作面出現(xiàn)下滑，為減少下滑量，該礦一方面采取單方向推移輸送機(jī)的方式，另一方面推移車頭及輸送機(jī)時(shí)，采用液壓點(diǎn)柱蹌機(jī)頭及溜槽的方式輔助作業(yè)，減少溜槽下滑量。拉架時(shí)也打戧點(diǎn)柱緩解支架下滑。

（2）當(dāng)工作面下滑時(shí)，與工作面搭接的150溜子逐步向下幫進(jìn)行擺溜子，保證工作面與橫溜子合理搭接。當(dāng)溜子縮短至最短后，將該溜子拆除，并延長(zhǎng)原三部150溜子機(jī)尾與工作面搭接，并隨著回采逐步縮短擺溜子，保證正常出煤。

（3）由于調(diào)斜比例太大（1：12），推進(jìn)過(guò)程中，工作面肯定會(huì)出現(xiàn)擠架、咬架情況。為保證順利推進(jìn)，該礦及時(shí)借助單體支柱進(jìn)行調(diào)架，做到刀刀調(diào)架。調(diào)斜實(shí)際推進(jìn)過(guò)程中，按正常調(diào)斜比例1：12推進(jìn)（上頭進(jìn)12回下頭割透1回），下半段支架將擠死無(wú)法拉架，針對(duì)此問(wèn)題，該礦認(rèn)真研究探討，最后決定，每次調(diào)斜分三個(gè)循環(huán)進(jìn)行，即上巷正推四次2.4 m，下巷正常割透但只推移輸送機(jī)0.2 m，結(jié)合調(diào)架，從而有效的緩解了擠架、咬架的情況，也滿足了1：12大比例調(diào)斜的需要。

3 結(jié)論

一是制定專項(xiàng)安全技術(shù)措施，并由主管技術(shù)員及主管區(qū)長(zhǎng)依次對(duì)職工進(jìn)行貫徹。調(diào)斜期間，無(wú)論出現(xiàn)咬架還是架縫超寬等現(xiàn)象，驗(yàn)收員在現(xiàn)場(chǎng)第一時(shí)間結(jié)合班長(zhǎng)組織人員進(jìn)行調(diào)架補(bǔ)救，保證了安全生產(chǎn)。二是工作面大比例調(diào)斜，工作面下頭進(jìn)尺慢，頂板頻繁受拉架影響不易控制，所以頂板的支護(hù)強(qiáng)度對(duì)頂板支護(hù)顯得尤為重要。因此，在調(diào)斜前組織專人對(duì)工作面支架進(jìn)行了檢修，保證所有支架完好支護(hù)有效，每班交接班時(shí)首先對(duì)支架進(jìn)行二次注液，保證支架的支護(hù)強(qiáng)度。拉架時(shí)，盡量帶壓拉架，保證了支護(hù)強(qiáng)度，從而對(duì)頂板做到了有效控制，避免了頂板事故的發(fā)生。三是針對(duì)15252工作面，上下超前處理和端頭支護(hù)，支柱一律穿鐵鞋，在實(shí)際工作中，加強(qiáng)了下端頭3個(gè)支架的管理，按要求支設(shè)戧棚、密集等，保證了采煤高度。

15252工作面，2018年1月2日開(kāi)始調(diào)斜，2018年2月6日調(diào)斜結(jié)束，歷時(shí)一個(gè)多月一采區(qū)在15252工作面大調(diào)斜旋轉(zhuǎn)角度為84°，合計(jì)多回收煤炭約2萬(wàn)t，為今后應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜的回采條件打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。