重型裝備綜放工作面旋轉開采邊界三角煤關鍵技術研究＊

高維智 張會軍 張學亮

(天地科技股份有限公司開采設計事業部，北京市朝陽區，100013)

1 工作面概況

礦井殘煤的構成中，我國各個煤礦基本都存在采區及礦井邊界與回采長壁工作面之間的三角邊界煤。且該部分邊界三角煤的儲量十分豐富，回收該部分煤炭不但能夠提高礦井及采區的回收率，而且對于礦井的可持續發展具有重要意義。

為了回收工作面與盤區邊界線之間的三角煤，神東公司保德煤礦三盤區81308工作面切眼布置在盤區邊界線附近，與盤區邊界線平行布置，切眼與工作面上下巷道的垂線夾角33°，該區域的三角煤需要旋轉開采。工作面切眼長度243.5m，旋轉開采結束后的工作面長度為240m。煤層傾角平均3.5°，純煤厚平均6.83m。切眼與邊界保護煤柱之間留有三角區煤炭，三角區煤炭可回采量8.2萬t，工作面邊界三角煤開采布置示意見圖1。

綜放工作面切眼內安裝配套設備選用ZFY12500／25／39D 型液壓支架，SGZ900／2000型前部刮板輸送機和SGZ1000／2000型后部刮板輸送機，7LS6C-LWS716型采煤機。液壓支架中心距1750mm，重量42.5t，均為重型設備。

圖1 工作面邊界三角煤開采布置示意圖

2 邊界三角煤旋轉開采關鍵技術難點分析

(1)81308工作面采用綜放開采，前后刮板輸送機與轉載機及端頭支架4部設備的搭接是一個技術難題。

(2)設備均為重型設備，旋轉開采中工作面長度要逐漸變短，設備拆除困難，因此巷道不能按照常規直線布置，盡量折線等長布置。

(3)旋轉角度32°，回風巷旋轉長度達到134m，長時間的長短刀調斜將導致工作面設備上串或下串，科學合理地旋轉回采工藝是控制設備狀態的關鍵。

3 旋轉開采關鍵技術方案

3.1 前后部刮板輸送機與轉載機搭接

3.1.1 搭接方案

根據對工作面設備正常回采 (不進行旋轉開采)時三機配套的研究，無論采用前部刮板輸送機為旋轉中心還是后部刮板輸送機為中心，端頭支架都會與1＃支架及兩部刮板輸送機機頭發生干涉與碰撞，故在切眼安裝時，端頭支架暫不安裝，待旋轉結束后再進行安裝，但端頭支架各部件可在工作面安裝時先存放于專門硐室內。以后部刮板輸送機機頭為旋轉中心，前部刮板輸送機對應6＃支架位置的溜槽加工成短溜槽 (共3節，每節長度583 mm)與轉載機搭接。

后部刮板輸送機為旋轉中心的端頭設備位置示意圖如圖2所示，由于后部刮板輸送機與轉載機固定不動，1＃支架前端頂梁相對向回風巷側偏轉3500mm的距離，即前部刮板輸送機相對加長3500mm的長度。安裝時相當于增加2節溜槽(溜槽長度1750mm)。1＃支架推拉桿需要錯開兩個聯接頭才能與前部刮板輸送機聯接，即1＃支架與前部刮板輸送機的3＃聯接頭聯接。

圖2 后部刮板輸送機為旋轉中心的端頭設備位置關系圖

在旋轉開采中，后部刮板輸送機機頭與轉載機基本固定不動，支架前端頂梁逐漸向轉載機方向靠近，同時前部刮板輸送機逐步縮短，縮短至少3.5m的距離 (減少2節溜槽3.5m)后，旋轉開采結束，支架與前后刮板輸送機正常聯接。

3.1.2 短溜槽長度確定及拆接工藝

根據三機配套，刮板輸送機底座與轉載機溜槽邊的距離為865mm，也就是說，刮板輸送機機頭與轉載機超過該距離，則刮板輸送機無法正常運煤；機頭與轉載機過于接近，或者機頭底座靠近轉載機，則刮板輸送機頂至轉載機擋煤板，仍然無法運煤。故前部刮板輸送機與轉載機的伸縮距離不能大于865mm。本工作面1節溜槽的長度為1.75m，顯然拆減1節溜槽是不合理的。故需要加工短溜槽，根據前面的分析及生產實際，短溜槽不能過長，過長則會與轉載機發生干涉；過短則會造成刮板輸送機頻繁拆減溜槽，嚴重影響生產，且相比正常中部槽短溜槽整體受力及聯接狀況差，因此短溜槽長度最終選擇為正常溜槽長度的1／3，即583mm，共需3節。

在旋轉過程中，當前部刮板輸送機向轉載機方向移動583mm的距離后，拆掉1節短溜槽，然后將前部刮板輸送機機頭后移583mm的距離與后面的2節短溜槽及中部槽聯接。同理，再拆掉第2節短溜槽，機頭再后移與最后1節短溜槽聯接，繼續旋轉，再距轉載機移動583mm即1節短溜槽距離后，此時不再拆除短溜槽，而是拆除1節正規中部槽，然后將3節短溜槽重新安裝。依次類推，再次拆掉3節短溜槽后 (共6次)，前部刮板輸送機此時已經向轉載機移動了3.5m的距離，1＃支架與刮板輸送機1＃聯接頭正常聯接，旋轉開采也就正式結束，工作面與上下巷道為垂直狀態，工作面正常回采。

3.2 回風巷旋轉段折線布置，保證工作面等長

由于工作面采用機械化綜放采煤方法，工作面均為大型設備，旋轉開采時如果頻繁加減架，不但增加工人的勞動強度，而且給安全生產帶來很大隱患，管理難度也大大增加。因此，旋轉段巷道布置就成為關鍵因素。要盡量保持工作面長度不變或者變化較小，根據生產經驗，工作面端頭寬度不超過3.5m就不需要加減支架，形成的小面采用單體支柱等支護即可。采用折線式巷道，可以保證工作面長度基本不變。故在工作面旋轉段的回風巷設計采用折線方式掘進。如圖3所示。

回風巷旋轉段分4段折線，每段長度分別為32m、35m、35m、32m，每段折線分別依次偏移角度為4°、8°、8°、8°，旋轉長度為134m (見圖2)。切眼初始長度為243.5m，旋轉結束即工作面與上下巷道垂直時，工作面長度為240m。旋轉開采結束，工作面開始正常回采。采用折線布置，不需要增減支架，大大降低了安裝、拆卸工程量。對于上端頭的維護也極為有利。

4 旋轉參數與工藝

4.1 旋轉參數確定

4.1.1 旋轉中心確定

由于采用實中心旋轉，因此旋轉中心為機頭鏈輪中心，旋轉時機頭基本不動。但采煤機要將運輸巷側煤壁割透，以便機頭部分支架適當調架，隨著上部支架的旋轉而轉向。

4.1.2 循環割煤刀數確定

實中心旋轉開采割煤刀數的計算:

圖3 回風巷旋轉段折線布置圖

式中:n——循環割煤刀數 (通刀與短刀總數)；

L——工作面長度，取240m；

d1、d2——刮板輸送機機頭機尾 (包括過渡槽)長度，分別取8m、7m；

g——采煤機機身長度，取15m；

f——每循環調斜通刀數，一般取1；

w——刮板輸送機合理彎曲長度，取30m。

將所取數據代入式 (1)計算，得n＝8。即1個調角旋轉循環內割煤刀數為8刀，其中7個短刀，1個調斜通刀。

4.1.3 循環旋轉角度及工作面拐點確定

實中心旋轉開采循環旋轉角度計算:

式中:α——每個調刀循環內旋轉角度，(0°)；

B——采煤機截深，取0.8m；

γ——容許彎曲角度，為1.5°；

n——循環割煤刀數，取8；

L——工作面長度，取240m。

由式 (2)計算得到循環旋轉角度α＝1.43°，該角度小于JOY公司生產的2×1050型刮板輸送機彎曲度1.5°的要求，因此割煤短刀數選擇是合理的。

循環割煤刀數確定后，在工作面分為8段進行割煤，其中7個短刀，1個長刀 (通刀)，分別距離機尾30m、60m、90m、120m、150m、180m、210m、240m處進刀。240m處即機頭處，由于機頭基本不動，所以在該處第一次進刀后，機頭不進行推移，保證中心點的穩定，以后在該處進刀時，采煤機實際是空刀通過。但1＃架以后的支架必須及時進行調架，以保證工作面煤壁、刮板輸送機、支架排列的三直。

4.1.4 旋轉段循環數確定

根據實中心旋轉循環數計算:

式中:m——總循環數；

β——旋轉角度，33°

α——單循環旋轉角度，1.43°。

由式 (3)計算得m＝23，即旋轉段共需23個大循環。

4.2 回采工藝

為了保證旋轉調角時工作面前部刮板輸送機向旋轉中心靠近，以便于前部刮板輸送機拆減溜槽，工作面割煤采用單向割煤、單向推溜。旋轉開采過程示意圖見圖4和圖5。

圖4 旋轉開采過程示意圖

圖5 循環進刀示意圖

在采煤機從機尾第一個拐點由下往上 (回風巷)割煤后，返空刀掃浮煤；返空刀時，跟機及時從回風巷向運輸巷側推溜、移架。同時，為了保證支架與煤壁垂直，并且保證支架尾部上擺有一定的自由空間，必須將支架尾部由機尾向機頭方向逐架向上擺進行調架，采煤機接著從第二拐點開始至回風巷割煤，然后返空刀掃浮煤、推溜、移架、調架，以此類推，實現單向割煤，單向推溜、移架。保證了旋轉開采的連續及刮板輸送機、煤壁與支架排列的三直。

5 結論

通過重型裝備綜放工作面邊界三角煤旋轉開采的研究，采用了后部刮板輸送機與轉載機固定搭接，前部刮板輸送機加工短溜槽，旋轉過程中及時拆接短溜槽的方案，操作簡單，解決了放頂煤工作面兩部刮板輸送機與轉載機同時合理搭接的問題；優化了旋轉開采工藝，控制了重型設備上串下滑的問題，加快了旋轉開采的速度，旋轉工藝簡單、實用；巷道布置采用折線式，盡量保證工作面近似等長，解決了工作面不等長的問題，旋轉開采期間不需要加架或者減架，大大降低了工作難度與強度，同時減少回風巷擴幫量，巷道支護安全可靠；據統計，工作面煤炭多回收8.2萬t，回收率提高了4.2%。

可見，該礦邊界三角煤旋轉開采不僅技術上有所創新，對于礦井安全、經濟與社會效益也很顯著，值得在類似條件下其他工作面的旋轉開采中推廣應用。

[1]王延飛，楊智.大傾角綜放工作面調斜旋轉開采技術的應用[J].中國煤炭，2008(12)

[2]陳貴，常聚才.綜放工作面旋轉回采的關鍵技術與實踐[J].中國煤炭，2010(5)

[3]陳四祥.不規則輕放工作面調斜接面工程技術應用[J].華北科技學院學報，2011(1)

[4]劉鋒，鄭召強，謝雷等.工作面旋轉回采技術研究[J].煤炭工程，2009(12)

[5]王濤.大傾角工作面旋轉開采技術初探[J].煤炭工程，2009 (9)

[6]方恩才，張天勇，張繼彬.綜采工作面調斜與甩采技術的應用[J].淮南職業技術學院學報，2001(1)