采煤工作面調(diào)斜與旋轉(zhuǎn)技術(shù)的應(yīng)用

摘要：煤礦隨著開(kāi)采深度的增加，資源逐漸匱乏，地質(zhì)條件更為復(fù)雜，開(kāi)采煤層賦存不穩(wěn)定，受相鄰工作面采動(dòng)和地質(zhì)條件影響，為避開(kāi)地質(zhì)構(gòu)造帶，工作面兩巷掘進(jìn)過(guò)程中不平行，出現(xiàn)拐彎現(xiàn)象，需實(shí)施工作面調(diào)斜和旋轉(zhuǎn)，以發(fā)揮出綜采工作面高產(chǎn)高效的優(yōu)勢(shì)，提高工作面單產(chǎn)水平。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，表明只要根據(jù)具體的條件，采取可行的技術(shù)措施，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，大角度調(diào)斜、旋轉(zhuǎn)技術(shù)在工作面推進(jìn)過(guò)程中是可行的，并且具有極大的 經(jīng)濟(jì)效益，煤炭產(chǎn)量顯著提高，為復(fù)雜地質(zhì)條件下綜采工作面高產(chǎn)高效找到了一條新路。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件；資源枯竭礦井；工作面調(diào)斜；旋轉(zhuǎn)；提高單產(chǎn)水平

引言

綜采工作面以其機(jī)械化程度高、安全性能高、生產(chǎn)效率高著稱(chēng)，但隨著采掘深度的增加，礦井資源逐漸枯竭，淺部煤層資源開(kāi)采困難，特別是一些煤柱工作面或邊角煤，由于受井田設(shè)計(jì)或回采地質(zhì)條件限制， 工作面在回采過(guò)程中為躲避采空區(qū)、斷層等構(gòu)造帶，導(dǎo)致工作面布置方式不是條帶形狀，工作面大多呈不規(guī)程形狀布置，為了提高煤炭質(zhì)量和煤炭資源回收率，減少搬家倒面次數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)性，保證資源枯竭型礦井的持續(xù)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，從設(shè)計(jì)上就應(yīng)該考慮生產(chǎn)過(guò)程中的一切情況，要求從生產(chǎn)技術(shù)上克服困難，就不可避免的涉及到工作面調(diào)斜和旋轉(zhuǎn)技術(shù)，本文以冀中能源新屯礦14249（外）輕放工作面為例，講述工作面調(diào)斜和旋轉(zhuǎn)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的遇到的一些問(wèn)題和解決方法，闡述了復(fù)雜地形條件下采煤技術(shù)選擇和可行性，以期發(fā)揮出綜采工作面高產(chǎn)高效的優(yōu)勢(shì)，提高工作面單產(chǎn)，為資源枯竭型礦井找到了一條新路，使復(fù)雜地形條件下采煤技術(shù)日趨成熟。

一、采煤工作面調(diào)斜與旋轉(zhuǎn)技術(shù)應(yīng)用條件

回采工作面在開(kāi)采過(guò)程中時(shí)常遇到調(diào)斜和旋轉(zhuǎn)開(kāi)采的問(wèn)題，通常轉(zhuǎn)角小于45°時(shí)，稱(chēng)為工作面調(diào)斜或調(diào)采，大于45°時(shí)稱(chēng)為工作面旋轉(zhuǎn)。綜采工作面高產(chǎn)高效要求，地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，煤層賦存穩(wěn)定，不受相鄰工作面采動(dòng)影響，但對(duì)于在復(fù)雜地質(zhì)條件下，在上下兩巷拐彎多的煤層中布置的工作面，尤其是在煤柱和斷層邊緣帶設(shè)計(jì)的工作面，如何采用工作面調(diào)斜和旋轉(zhuǎn)技術(shù)，發(fā)揮出高產(chǎn)高效的優(yōu)勢(shì)，提高工作面單產(chǎn)，成為一個(gè)重要課題。此種工作面一般儲(chǔ)量較少，銜接困難，對(duì)礦井產(chǎn)量來(lái)說(shuō)是個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，因此如何解決復(fù)雜地質(zhì)條件下工作面兩巷調(diào)斜問(wèn)題，在煤炭開(kāi)采中具有重要意義。

（一）工作面調(diào)斜和旋轉(zhuǎn)方法的選擇工作面調(diào)斜和和旋轉(zhuǎn)范圍實(shí)中心和虛中心兩種，確定旋轉(zhuǎn)中心是應(yīng)考慮以下因素：最好以工作面輸送機(jī)機(jī)頭為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)機(jī)尾端，以保證旋轉(zhuǎn)期間工作面輸送機(jī)機(jī)頭與順槽轉(zhuǎn)載機(jī)能正常搭接，以保證運(yùn)輸順暢；。旋轉(zhuǎn)中心頂板要穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造要簡(jiǎn)單，不受或少收其他采空區(qū)采動(dòng)影響。

1、實(shí)中心調(diào)斜。實(shí)中心調(diào)斜的工藝過(guò)程為：采煤機(jī)完成調(diào)斜前的最后一刀煤時(shí)，旋轉(zhuǎn)中心端停移輸送機(jī)，另一端則移夠一個(gè)截深，并將輸送機(jī)調(diào)成一條直線，然后采煤機(jī)割煤，其所割的每一刀煤都是一個(gè)小扇形。實(shí)中心調(diào)斜對(duì)設(shè)備損壞較少，工藝簡(jiǎn)單，調(diào)斜范圍較小，由于旋轉(zhuǎn)端至中心的移架步距變小，支架對(duì)訂房反復(fù)支撐此時(shí)逐漸增多，中心附近頂板管理困難，適用于頂板穩(wěn)定，調(diào)斜教的小的工作面。

2、虛中心線調(diào)斜。為改善旋轉(zhuǎn)中心附近的頂板管理狀況，可采用虛中心線調(diào)斜，為保證割煤質(zhì)量每一短刀的切割線平行于長(zhǎng)刀切割線，每次切割之后再工作面出現(xiàn)拐點(diǎn)，每個(gè)拐點(diǎn)的彎曲角度應(yīng)大于刮板輸送機(jī)實(shí)際允許的彎曲角度，拐點(diǎn)的問(wèn)去角度與整個(gè)契合循環(huán)的轉(zhuǎn)角相等。

（二）調(diào)斜和旋轉(zhuǎn)技術(shù)在工作面中的應(yīng)用。新屯礦井田面積狹小，地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層發(fā)育完全，工作面掘進(jìn)工程量大，儲(chǔ)量少，銜接緊張，資源逐漸匱乏。截至目前該礦已經(jīng)破產(chǎn)，度過(guò)了出煤的高峰期，而對(duì)于一個(gè)逐漸走向衰落的礦井來(lái)說(shuō)，前景不容樂(lè)觀。如何保持礦井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，使原煤產(chǎn)量保持在80萬(wàn)噸，再創(chuàng)輝煌，提高工作面的單產(chǎn)成為當(dāng)前尤為突出的問(wèn)題。鑒于以該礦輕放工作面調(diào)斜技術(shù)日趨成熟，在多個(gè)工作面開(kāi)采中采用調(diào)斜技術(shù)，均取得了成功，其中最有代表性的當(dāng)屬14249（外）輕放工作面實(shí)施的工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采技術(shù)。下面以該工作面為例，介紹工作面調(diào)斜與旋轉(zhuǎn)技術(shù)的應(yīng)用。

二、工作面概況簡(jiǎn)介

（一）工作面位置。14249（外）地面位于磨崗坡西南部300m左右，地表除一沖溝外皆為農(nóng)田。本工作面西部為屯薛邊界斷層；北部為14249（頂、中、底）及14249煤柱采空區(qū)；東部為14247、14245采空區(qū)。

（二）開(kāi)采范圍及賦存狀態(tài)：

（三）地質(zhì)構(gòu)造：

1、構(gòu)造情況簡(jiǎn)述：該工作面煤層屬寬緩背斜構(gòu)造，煤層走向：344～60o、傾向：254～330o、傾角：5o。所見(jiàn)斷層均為該工作面運(yùn)料道、溜子道、切眼實(shí)見(jiàn)所得，分別為：f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8、f9、f10，共10條斷層。其中f2、f5、f8、f10斷層對(duì)工作面回采有較大的影響。其中f2斷層在運(yùn)料道34號(hào)測(cè)點(diǎn)揭露，H=3.0米，向溜子道方向延伸。f5斷層從運(yùn)料道44號(hào)測(cè)點(diǎn)揭露，順運(yùn)料道下幫延伸至48號(hào)測(cè)點(diǎn)，H=4.3米。f8 H=1.0～1.7米、f10 H=0.6米在切眼揭露。

2、斷層情況表：

3、煤層特征：

煤層產(chǎn)狀及穩(wěn)定性、節(jié)理、裂隙、夾矸情況

4、本區(qū)煤層厚度基本穩(wěn)定，平均5.5米，由于受到老巷道影響，儲(chǔ)量計(jì)算煤厚取5.3米。工作面掘進(jìn)時(shí)共揭露斷層10條。斷層具體情況詳見(jiàn)斷層情況表。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有兩層夾矸石，結(jié)構(gòu)為：0.5（0.05）3.4（0.15）1.4。

5、圍巖特性：巖性、厚度、節(jié)理、級(jí)別等

該面直接頂為砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度3.8m，深灰色，含碳質(zhì)與植物化石，局部有砂質(zhì)結(jié)核，老頂為細(xì)砂巖，厚度12.0m，灰色、質(zhì)堅(jiān)，以石英為主。因采用輕放工藝，工作面留煤頂開(kāi)采處應(yīng)盡量找一層較穩(wěn)定的硬煤為工作面頂板，以利于頂板管理工作。直接底為砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度10.9m，深灰、灰黑色，含有植物化石碎片，頂部局部為細(xì)砂巖，質(zhì)堅(jiān)，局部有矽質(zhì)結(jié)核。直接頂Ⅱ類(lèi)。老底為細(xì)砂巖，厚度3.4m，淺灰色，中部有砂頁(yè)巖與結(jié)核。

6、瓦斯、煤塵、自然發(fā)火情況：本地區(qū)為高瓦斯地區(qū)，瓦斯絕對(duì)涌出量為4.0 m3/min，煤塵有爆炸性，煤層三類(lèi)不易自燃。回采時(shí)要將頂煤回收干凈，工作面結(jié)束后要及時(shí)封閉采空區(qū)，防止自然發(fā)火。

7、水文地質(zhì)情況：本工作面充水水源為頂板砂巖水。預(yù)計(jì)正常涌水量：0.2m3/min，最大：0.35m3/min。（不包括水窩內(nèi)泄水孔的水）。由于本工作面無(wú)放水巷，回采期間要加強(qiáng)工作面防水工作，在運(yùn)料道安設(shè)排水設(shè)施，排水設(shè)施的最大排水能力應(yīng)大于最大涌水量。

三、本項(xiàng)目主要技術(shù)要求

本工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，影響較大的斷層有四條，在推進(jìn)過(guò)程中需過(guò)11條老洞子，受斷層和老洞子影響，巷道頂板壓力大，嚴(yán)重變形，工作面頂板較破碎，在調(diào)斜過(guò)程中工作面不同程度破底，加上受老巷影響，煤壁有片幫現(xiàn)象。如何解決調(diào)斜過(guò)程中，工作面大面積片幫、頂板流砟，支架頂空，支架傾斜不正規(guī)，成為此次調(diào)斜研究的主要目的。

四、項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

（一）工作面布置選擇。考慮道本工作面是煤柱工作面，四周為采空區(qū)和斷層邊緣帶，原準(zhǔn)備設(shè)計(jì)成兩個(gè)工作面，分別為：

Ⅰ#方案。12491#工作面沿傾向開(kāi)采，溜子道作為進(jìn)風(fēng)巷，運(yùn)料巷回風(fēng)不變，工作面切眼長(zhǎng)65米，工作面上52架，走向55.2米，推至結(jié)束剩余35架43.6米、工作面可采儲(chǔ)量41514噸。工作面可避開(kāi)f5、f6 、f7三條斷層、特別是f5斷層、落差4.3米，對(duì)工作面影響較大，推進(jìn)困難，預(yù)計(jì)推進(jìn)兩個(gè)月可結(jié)束工作面。另外工作面拆除大約需要1個(gè)月左右，對(duì)后續(xù)工作面銜接不利。不予采納。

Ⅱ#方案。2492#工作面沿走向下山開(kāi)采，工作面切眼需重新走一條141米的切眼，溜子道、回風(fēng)道不需改動(dòng)，此時(shí)工作面長(zhǎng)141米，走向81.31米，工作面上114架，推至結(jié)束不需要加架或延長(zhǎng)工作面輸送機(jī)，工作面可采儲(chǔ)量92232噸。切眼準(zhǔn)備、工作面安裝整個(gè)工程大約需要3個(gè)月。可避開(kāi)14249頂層工作面老巷。這樣布置工作面開(kāi)采安全系數(shù)有一定提高。但此段老巷比較集中，最多達(dá)9條，老巷基本與工作面處于同層位，頂板較難控制，推進(jìn)困難。不予采納。

Ⅲ#方案：工作面最終方案選擇。第三種方案就是把以上兩個(gè)工作面合并為一個(gè)工作面開(kāi)采。14249外輕放面沿傾向開(kāi)采，切眼長(zhǎng)度65米，為滿足調(diào)斜需要，把調(diào)斜分成兩個(gè)階段；第一階段先在工作面溜子道掘一條長(zhǎng)30米配巷，重新鋪設(shè)一臺(tái)溜子，此工作與工作面推進(jìn)同時(shí)進(jìn)行，并隨推進(jìn)逐漸甩架、縮短工作面輸送機(jī)至50米，調(diào)斜角度32度。第二階段先平推14.5米后，然后隨工作面調(diào)斜、加架、延長(zhǎng)工作面輸送機(jī)至141米，第二階段共需加架80架，調(diào)斜角度58度。由于本工作面老巷較多，加上斷層影響，整個(gè)調(diào)斜過(guò)程約2個(gè)月，調(diào)斜角度90度。

鑒于新屯礦第二、第三水平各煤層基本采完，儲(chǔ)量逐漸減少，只剩下一些煤柱工作面，采用以上方案條帶開(kāi)采煤炭丟量大，不利于資源回收，另外布置工作面掘進(jìn)工程量大，銜接周期時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，很難完成礦井生產(chǎn)任務(wù)。從1997年新屯礦在14242工作面，第一次在全局采用輕型放頂煤綜采支架以來(lái)，有很多工作面巷道呈不規(guī)則形狀，多數(shù)工作面涉及調(diào)斜技術(shù)，在實(shí)踐應(yīng)用中調(diào)斜技術(shù)已經(jīng)趨向成熟。從而決定把兩個(gè)工作面并為一個(gè)工作面開(kāi)采，這樣可縮短工作面銜接時(shí)間3個(gè)月，并可多回收原煤5萬(wàn)多噸。但這樣工作面必須完成90度調(diào)斜任務(wù)。對(duì)裝備和管理水平是極大的考驗(yàn)。

（二）調(diào)斜技術(shù)及進(jìn)度介紹。本工作面從10年2月15日開(kāi)始調(diào)斜，調(diào)斜比例為1：4，即溜子道進(jìn)1米，運(yùn)料巷進(jìn)4米。第一階段至3月2日期間運(yùn)料道進(jìn)了48米，溜子道進(jìn)了13米。在此段時(shí)間主要抓好工作面甩架及工作面下頭三岔口管理工作，調(diào)斜期間需要調(diào)架，以保證支架時(shí)刻垂直煤壁和頂?shù)装濉Ｓ捎诠ぷ髅嫦骂^推進(jìn)較慢，頂板破碎嚴(yán)重。采取在20#以下支架由于調(diào)架原因頂板破碎段鋪雙層塑料網(wǎng)，很好的解決了頂板不完整的問(wèn)題。第一階段完成后大約需平推14米，正好用于工作面調(diào)整。從3月10日開(kāi)始第二階段調(diào)斜。調(diào)斜比例確定為1：7，調(diào)斜期間，主要抓好工作面上架和調(diào)架工作，由于工作面運(yùn)料巷斜度過(guò)大，上架寬度不夠，為保證上架寬度采取在運(yùn)料巷上幫采取擴(kuò)幫措施，盡量保證上架進(jìn)度，減少上高檔段支護(hù)面積。截止4月15日工作面已順利完成調(diào)斜過(guò)程。整個(gè)調(diào)斜角度達(dá)90度，為以后工作面布置，采用調(diào)斜技術(shù)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（三）注意事項(xiàng)：

（1）調(diào)斜期間要保證工作面直率，工作面在割煤期間采用斜切進(jìn)到方式，機(jī)組長(zhǎng)短刀交替進(jìn)行，斜茬 25米以上調(diào)斜比例控制在1：4以?xún)?nèi)最為合適。

（2）工作面調(diào)斜期間注意控制機(jī)頭長(zhǎng)短，以保證機(jī)頭搭接合理。可適當(dāng)擴(kuò)幫，擺動(dòng)轉(zhuǎn)載機(jī)位置，一般采用點(diǎn)柱趕溜子，機(jī)頭過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短時(shí)，采用向機(jī)尾和機(jī)頭趕溜子的辦法解決搭接問(wèn)題。

（3）工作在調(diào)斜期間要保證工程質(zhì)量，特別是支架要垂直煤壁與頂、底板，采取班班調(diào)架措施。

（四）調(diào)斜過(guò)程中采取措施

（1）繪制大量施工圖樣，在調(diào)斜期間按計(jì)劃嚴(yán)格按比例調(diào)斜，標(biāo)明每天的進(jìn)度點(diǎn)；制定切實(shí)可行的安全技術(shù)措施，及時(shí)對(duì)職工進(jìn)行培訓(xùn)；保證工作面機(jī)頭長(zhǎng)度與順槽輸送機(jī)搭接合理；便于管理人員隨時(shí)掌握情況，做到心中有數(shù)，保證安全生產(chǎn)。

（2）嚴(yán)格現(xiàn)場(chǎng)跟班管理制度，實(shí)現(xiàn)工作面正規(guī)循環(huán)；加強(qiáng)斷層和洞眼處的頂板管理，工作面輸送機(jī)必須順直；班班調(diào)架，保證工作面工程質(zhì)量，不得出現(xiàn)擠架、倒架、咬架和支架壓死情況；；此外加強(qiáng)重點(diǎn)地區(qū)的管理，特別是下半部配巷頂板管理。

（3）嚴(yán)抓正規(guī)操作，搞好職工培訓(xùn)；抓好機(jī)電設(shè)備的檢修、運(yùn)轉(zhuǎn)工作，抓好支架運(yùn)輸與工作面延長(zhǎng)縮短、加架環(huán)節(jié)，做好崗前確認(rèn)，堅(jiān)決杜絕三違和重大事故的發(fā)生。

（4）精心組織，保證每道工序、每個(gè)環(huán)節(jié)都要按計(jì)劃進(jìn)行；明確分工，跟班區(qū)隊(duì)長(zhǎng)密切合作，現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)協(xié)調(diào)工作，嚴(yán)格落實(shí)責(zé)任制，保證調(diào)斜順利進(jìn)行，

（五）效果評(píng)價(jià)：

優(yōu)點(diǎn)：

（1）縮短工作面銜接時(shí)間2個(gè)月，減少了工作面銜接掘進(jìn)工程量，與工作面銜接次數(shù)。

（2）吃下一塊三角煤，解除了丟煤可能引發(fā)的自然發(fā)火現(xiàn)象，多回收原煤50184噸，直接經(jīng)濟(jì)效益1505萬(wàn)元，有效的回收了邊角煤，提高了資源利用率和煤炭回收率。

（3）采用支架支護(hù)，減小高檔段的支護(hù)面積，安全系數(shù)大大提高，有效的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

（4）節(jié)約人工、設(shè)備和坑木塘材費(fèi)用約200萬(wàn)元，節(jié)約坑木塘才消耗，使原煤成本進(jìn)一步降低。

缺點(diǎn)：

（1）工作面不同程度破底。加上受老巷影響，煤壁有片幫現(xiàn)象，造成工作面直率差，支架頂空，支架傾斜，支架穩(wěn)定性較差，而同時(shí)由于頂板破碎，工作面大面積進(jìn)行調(diào)架造成流煤嚴(yán)重，給管理工作帶來(lái)一定困難

（2）加架、調(diào)架工作繁重，調(diào)斜比例不恒定，工作面機(jī)頭搭接不好控制，增加職工了工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度工作。

五、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

14249（外）煤柱輕放工作面大角度旋轉(zhuǎn)技術(shù)的成功應(yīng)用，表明只要根據(jù)具體的條件，采取可行的技術(shù)措施，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，大角度調(diào)斜是可行的，并且具有極大的 經(jīng)濟(jì)效益，煤炭產(chǎn)量顯著提高，可以預(yù)見(jiàn)在復(fù)雜地質(zhì)條件下礦井中，掘進(jìn)巷道曲折多變的巷道布置的工作面中，調(diào)斜技術(shù)一定會(huì)大顯身手，為以后此類(lèi)條件下的采煤工藝積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

六、推廣應(yīng)用前景

我們峰峰集團(tuán)開(kāi)采歷史悠久，河北地區(qū)地質(zhì)條件較復(fù)雜，從另一個(gè)角度來(lái)講能源是不可再生資源，特別是一些老礦和瀕臨破產(chǎn)的礦井，資源逐漸匱乏，而對(duì)于一個(gè)逐漸走向衰落的礦井來(lái)說(shuō)，前景不容樂(lè)觀，在這種性情況下，如何設(shè)計(jì)一個(gè)工作面，提高煤炭回收率，保證工作面的正常銜接，成為當(dāng)前尤為凸出的問(wèn)題，從以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，條帶開(kāi)采是最為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的開(kāi)采方式，但對(duì)于復(fù)雜地形的礦井，一切還要從實(shí)際出發(fā)，必須找出一條新路，開(kāi)辟蹊徑，革新現(xiàn)有的采煤工藝，找出最為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的采煤新方法，提高礦井的服務(wù)年限。根據(jù)新屯礦使用輕放支架以來(lái)，據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，再合適的地段，設(shè)計(jì)的巷道能滿足條帶開(kāi)采的條件，但想要獲得利益最大化，就要采用一定的轉(zhuǎn)角，不可避免的涉及到工作面的調(diào)斜。從1997年新屯礦在14242工作面，采用輕型放頂煤支架以來(lái)，工作面大多呈不規(guī)則狀態(tài)，延長(zhǎng)加架實(shí)施調(diào)斜技術(shù)成為開(kāi)采以后重要的工作內(nèi)容。實(shí)踐證明采用調(diào)斜技術(shù)可減少工作面銜接時(shí)間和掘進(jìn)工程量，可有效的回收邊角煤，提高煤炭回收率和工作面單產(chǎn)水平，節(jié)約坑木塘才消耗，使原煤成本進(jìn)一步降低；輕放工作面調(diào)斜可減小高檔段的支護(hù)面積，安全系數(shù)大大提高，有效的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率。綜上所述，調(diào)斜技術(shù)具有極大的推廣價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

《煤礦總工程師手冊(cè)》 煤炭工業(yè)出版社2007年版