大傾角厚煤層綜采工作面旋轉開采技術研究

（淮南礦業(yè)集團新莊孜礦，安徽 淮南 232072）

大傾角厚煤層綜采工作面旋轉開采技術研究

邵洪杰

（淮南礦業(yè)集團新莊孜礦，安徽 淮南 232072）

本文結合新莊孜礦66211工作面開采實踐，分析了綜采工作面旋轉開采工藝，提出旋轉開采期間關鍵過程控制。實踐證明，旋轉開采實現(xiàn)工作面連續(xù)推進，可以減少搬家次數(shù)，緩解采掘銜接緊張的局面，有利于綜采工作面發(fā)揮高產(chǎn)高效的優(yōu)勢，同時為工作面的設計提供了新的思路。

大傾角；厚煤層；綜采工作面；旋轉開采；過程控制

1 工程背景

66211綜采工作面位于新莊孜礦六六采區(qū)，呈“刀把式”布置，上限標高-699m，下限標高-810m，短面傾斜長135m，長面傾斜長198m，由南向北回采。該面回采的B11b煤結構復雜，厚度0.5～5.1m，平均4.3m，煤層傾角28°。工作面直接頂砂質泥巖，厚2.5m，直接底為2.6m厚的砂質泥巖。工作面采用后退式走向長壁一次采全高綜合機械化采煤法，全部垮落法管理頂板。受采場布局影響，工作面兩巷呈折線布置，需進行旋轉開采，旋轉角度為31°，如圖1所示。

2 旋采進尺比例的確定

66211綜采工作面傾角大，頂板條件差，旋轉開采選擇以虛線為中心，多甩采下部的方式進行。

為便于及時調(diào)整旋轉開采期間的支架狀態(tài)，做到支架不擠、不咬，對旋轉回采做到過程控制，需合理確定每個調(diào)斜循環(huán)的割煤刀數(shù)，并確保循環(huán)內(nèi)最大旋轉角度不得大于工作面輸送機設計允許彎曲的角度。

式中：

B——采煤機截深，0.8m；

L——工作面斜長，135m；

N——為一個循環(huán)內(nèi)機頭割煤刀數(shù)；

β——刮板運輸機允許彎曲角度，取3°

計算知：

圖1 66211工作面旋轉開采示意圖

即旋轉開采期間每循環(huán)進尺比例不得超過1:5，循環(huán)內(nèi)機尾機頭進尺比例越大，調(diào)斜速度越快，工作面輸送機及支架滑移現(xiàn)象就越嚴重，導致工作面擴幫工作量大，所以循環(huán)內(nèi)刀數(shù)不宜過大。

（1）不同旋采進尺比例支架架尾下甩位移量

工作面在扇形調(diào)面過程中，支架每個循環(huán)雖然都沿切線方向前進，但是支架本身有6. 9m的長度，所以支架架尾有向下甩動的相對位移。選擇不同的進刀比例，根據(jù)相關公式計算比較推進一峒時支架架尾向下甩動的位移。

式中：

N——循環(huán)數(shù)；

L1——推進一硐時支架架尾向下甩動的位移；

L——支架架尾旋采前至旋采后向下甩動的總位移；

α——支架從旋轉開始至旋轉結束的旋轉角度31°；

圖2 順槽擴幫量計算圖

r——支架自身長度，6.9m。

圖3 順槽刷擴示意圖

式中：

X——機尾與機頭進刀比例；

L上——風巷旋采長度；

L上=0.8N （煤機截深為0.8m）；L下——順槽旋采長度。

分別取機尾與機頭進刀比例為1:2、1:3、1:4和1:5時進行計算，得出支架架尾向下甩動位移L1分別為0.041m，0.081m，0.124m，0.162m。

（2）不同旋采進尺比例順槽拐點處擴幫量

旋轉開采期間，順槽拐點刷擴量如圖2所示。

由圖2知：順槽拐點處擴幫量為DO”，則：

式中：

R——旋轉半徑；

R越大，順槽拐點處擴幫量越大。分別取機尾與機頭進刀比例為1:2、1:3、1:4和1:5時進行計算，計算出運輸巷拐點處擴幫量分別為5.06m，3.8m，3.24m，3.16m。

由上述分析可知，旋采期間，機尾機頭進尺比例越大，支架架尾下甩位移越大，旋采過程中易出現(xiàn)擠架、咬架現(xiàn)象，運輸機滑移量難以控制，且支架不垂直于工作面運輸機，在移架、抵車時易損壞機電設備；同時，甩采比例大小與順槽旋采拐點的擴幫量呈反比關系，即車頭機尾的旋轉比例越小，下出口的刷幫量越大。

當工作面旋采位于A區(qū)域時，工作面處于仰采狀態(tài)，甩采比例過大將會造成工作面仰采角度過大，不利于煤幫頂板的管理；旋采至B區(qū)域時，工作面由仰斜開采逐步轉變?yōu)楦┬遍_采，考慮前方大小面對接問題，應盡快使工作面甩正，防止運輸機下竄，保證回采方位有利于對接。因此，綜合考慮旋采比例對支架架尾下甩及順槽刷幫量的影響以及上述分析，66211工作面旋采期間，A區(qū)域和B區(qū)域機尾機頭進尺比例分別定為1:3和1:4。

3 旋采過程技術管理

66211綜采面旋采期間，通過對順槽刷擴、巷道大斷面支護、出煤系統(tǒng)、支架架型、頂板以及工作面輸送機防下竄進行有效管理控制，實現(xiàn)了安全高效的目的。

3.1 轉載機過旋采拐點的管理

工作面以旋轉中心進行旋轉過程中，工作面運輸機車頭會以沿著一個弧形軌跡推移，如圖5所示，順槽上幫刷幫范圍和寬度主要依據(jù)工作面旋轉軌跡和順槽上幫的位置關系來確定。旋轉軌跡線與順槽上幫沿走向的兩個交點之間的范圍作為順槽上幫刷幫的范圍，同時每3m取一個節(jié)點來確定刷幫的寬度。

順槽上幫超前刷幫管理，不僅利于工作面運輸機車頭與順槽轉載機合理的搭接，也增大了順槽轉載機的轉向空間。但順槽上幫刷擴后，導致轉折點附近巷道斷面過大，難以支護，在現(xiàn)場主要以加裝木垛和加強挑棚的方式來加強支護，減少頂板的下沉量。

3.2 順槽運煤系統(tǒng)的優(yōu)化

62211工作面旋采過程中，轉載機將按照制定的弧線規(guī)定挪移，但是轉載機受到不可拆分、長度大、轉向差等條件限制，現(xiàn)場轉向較為困難，不利于安全管理，因此，運煤系統(tǒng)需及時進行優(yōu)化，避免對生產(chǎn)造成影響。

旋采前，以順槽旋采拐點為界分別安設了一部皮帶機，當工作面回采距拐點40m時，將拐點以南的皮帶機拆除，同時將拐點以北的皮帶機機尾向前縮短40m，并將轉載機按照旋采軌跡一次性挪至拐點以北，使轉載機機頭皮帶機機尾搭接，然后在轉載機以南鋪設一部80kW刮板輸送機，將工作面輸送機、順槽刮板輸送機、轉載機依次搭接。隨著工作面運輸機的不斷前移，逐步縮短刮板輸送機機尾，避免了轉載機不斷轉向的局面，利于現(xiàn)場的操作和安全管理。

4主要結論

66211綜采工作面作為新莊孜礦首個大采厚煤層旋轉開采的試點面，旋采期間，66211綜采工作面不停產(chǎn)、連續(xù)生產(chǎn)，保證了工作面的推進度和礦井產(chǎn)量，通過積極采取各種措施，有效防控了工作面輸送機下滑、支架擠、咬等現(xiàn)象。其成功回采為下一階段或水平類似回采工作面積累了寶貴經(jīng)驗，也為工作面設計提供了新的設計思路。綜采工作面旋轉開采技術的應用，不僅提高了綜采的適應能力，同時為實現(xiàn)礦井的高產(chǎn)高效奠定了良好的基礎。

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