綜采工作面大角度調斜工藝分析研究

杜 鑫

（冀中能源峰峰集團邯鄲寶峰礦業有限公司九龍礦，河北 邯鄲 056200）

隨著礦井開采年限的增加，可采煤炭量不斷減少，采煤工作面地質條件也越來越復雜。為有效利用礦井資源，最大限度地回收煤炭資源，延長工作面服務時間，減少搬家倒面次數，綜采工作面時常需進行調斜開采。在實際回采過程中，受工作面賦存的地質條件、回采工藝、作業人員等各種因素的影響，常會出現工作面支架、前后刮板輸送機上竄下滑的現象，嚴重時造成兩安全出口不暢通，生產效率低下。以九龍礦15252綜采工作面為例，通過現場試驗、理論設計及計算，解決工作面旋轉調斜應用過程中的運輸機上竄下滑、支架旋轉角度控制等問題，在回采時進行有效調斜，輔以支架有順序地回撤，完成調斜目標，為類似條件下的回采工藝提供借鑒。

1 工作面調斜方法

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

1.1 實中心調斜法

實中心調斜法的調斜工藝過程大致為：當采煤機把調斜前的最后一刀煤割完后，需旋轉中心端，同時停移工作面輸送機，讓另一端先移一截深，調整輸送機讓其成直線狀態，再讓采煤機實施割煤作業，采煤機所割的每刀煤都應為小扇形狀，割每刀煤工作面應調斜角度可按式（1）計算：

式中，B為采煤機截深，m；L為工作面長度，m。

實中心調斜法不會對設備造成損壞，工藝合理、易操作，但其調斜范圍相對較小。由于其旋轉端至中心移架的步距越來越小，支架需反復支撐頂板，中心四周頂板不易管理。此調斜法適用于工作面頂板較穩定、需調斜角度相對較小的工作面。有時，為更易實施調斜，取得更好的調斜效果，時常需事先采用灌注黏結劑加固或打錨桿加固的方式加固旋轉中心四周的煤壁。

1.2 虛中心調斜法

為有效強化旋轉中心四周頂板管理，在工作面生產條件允許的情況下，可應用虛中心調斜法調斜。可把調斜角α等分為多個αn小角，在工作面外布設旋轉中心，當采煤機完成一組長刀與短刀切割后，讓工作面旋轉αn小角，這樣一個調斜循環就順利完成了。為防止旋轉中心端的工作面由于長時間不推進引發頂板、煤壁難維護問題，應讓旋轉中心端工作面具備一定前移量。在采用虛中心調斜法調斜工作面時，需確定中心端的前移量S，同時每調斜循環的具體割煤刀數n也應確定出來。中心端的前移量S為圖中的AB段，其大小應依據工作面頂板穩定性情況、實際調斜角α＇、工作面長度L、所用支架性能及輸送機性能等因素來確定。一般每調斜循環最少也得割一長刀煤。

式中，n為調斜α角度大小的扇形塊應循環次數；f為每調斜αn角的小扇形塊，所用采煤機實際所割通刀數；B為采煤機具體截深[1]。

2 15252綜采工作面大角度調斜工藝分析

2.1 15252工作面概況

2.1.1 地質條件

15252回采工作面位于南二下部采區下部，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；南部為南翼二水平皮帶暗斜井；北部為工業廣場保護煤柱。

15252工作面煤層賦存穩定，2號煤最厚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，煤層結構：0.4（0.1）0.5（0.05）1.35。

該工作面地質構造復雜，在15252N工作面掘進過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、斷層走向為60°，落差為H=2～20 m；F15-1斷層位于工作面上下順槽揭露、斷層走向為46°，落差為H=25～40 m；DF15斷層位于工作面上下順槽揭露、斷層走向為22°，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點前22 m揭露、斷層走向為53°，落差為H=1.2 m；f2斷層位于工作面上順槽44點前37 m揭露、斷層走向為37°，落差為H=1.0 m；f3斷層位于工作面上順槽X點前3 m揭露、斷層走向為44°，落差為H=2.0 m；f4斷層位于工作面下順槽63點前23.4 m揭露、斷層走向為74°，落差為H=1.2 m，預計該斷層延伸至工作面內。

2.1.2 工作面布置方式

落煤方式：采用MG300700—WD1型雙滾筒采煤機割煤。

裝煤方式：利用采煤機滾筒和刮板輸送機鏟煤板裝煤（人工清理活煤）。

運煤方式：工作面調斜前工作面切眼采用SGZ764/500型可彎曲刮板輸送機，下順槽使用三臺SGB-620/40T型刮板輸送機、一臺SGB-630/150型刮板輸送機、一部DSJ100/80/2x125型落地式膠帶輸送機、一部DSJ100/80/2x75型落地式膠帶輸送機聯合運輸。

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

進刀方式：采煤機在工作面端頭斜切進刀。

2.2 旋轉調斜的關鍵技術問題

2.2.1 工作面設備下滑

15252綜采工作面傾角2°～14°，俯采角度5°～8°，運輸順槽與回風順槽落差達25 m，刮板輸送機和支架自重較大，在回采過程中，設備自重有下滑的趨勢。刮板輸送機由上向下運煤，采煤機截割工藝有阻力，牽引運行過程中的綜合作用，致使推移刮板輸送機向下滑移。支架與前部刮板輸送機通過連桿相連接，移架時隨著刮板輸送機下滑致連桿偏斜而下移。再加上作業人員前移支架時，部分支架初撐力不達要求[2]。

2.2.2 工作面設備上竄

15252綜采工作面俯采時，俯采角度5°～8°，正常采煤將使工作面刮板輸送機及支架上竄，促使工作面刮板輸送機與運輸順槽轉載機搭接失衡，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，而下落底隨運輸順槽則是股邊變成弦邊，煤壁變長量大于輸送機的下滑量，從而使工作面刮板輸送機不接煤，損壞設備，卡死刮板輸送機，前溜設備及支架出現上竄現象[3]。

2.2.3 調斜不當

15252綜采工作面設備出現下竄后，適逢初期來壓，工作面頂板破碎、片幫較重，在移架過程中部分支架初撐力不達要求，再加上調斜調整欠妥，曾一度造成綜放工作面刮板運輸機上竄，導致工作面刮板運輸機機頭與運輸順槽轉載機搭接經常性變動，從而改變了工作面刮板輸送機與運輸順槽轉載機的合理搭接關系。工作面刮板輸送機機頭過短，造成運輸機卸煤不暢，在下端頭形成堆煤現象，增加人工清煤工序，嚴重時造成刮板輸送機和支架推至回風順槽外幫煤壁，致使上端頭安全出口不暢。

2.3 15252綜采工作面大角度調斜實踐

2.3.1 技術實踐

（1）15252下巷三部皮帶車頭車巷道為負角度拐彎。為保證旋轉期間能夠順利將工作面方向旋轉過來，該礦及時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）根據調斜推進要求及考慮到工作面結束時上網上繩工作需要，調斜工作需在下巷最少剩余8 m時結束，根據反算，工作面在距配巷外口20 m時，上巷在距拐點104 m時開始調斜，調斜比例1：12（即下巷推進12 m，上巷推進146 m），整個調斜過程中，上巷比下巷多推進137 m。

（3）受地質條件及支架自重等因素影響，工作面回采期間支架、工作面溜子會出現上竄下滑的現象.為保證工作面正常推進，工作面支架、溜子等不能與煤幫垂直，而應有一個向上的傾角，即工作面處于偽斜狀態。根據生產經驗15252工作面正常推進應下巷超前上巷14～16 m。巷道巷道調轉方向期間，工作面會逐步下巷超前轉變為上巷超前，此時工作面溜子及支架下滑速度會明顯加快，若控制不當，支架及工作面溜子就有可能鉆入巷道下幫。根據計算，整個調斜旋轉過程工作面整體約會下滑8 m。

（4）根據推進圖演示，理論上工作面調斜期間，工作面會先變短后變長，但整體工作面長度變化不超過1.5 m，且主要處于過上巷拐點時，工作面推進過程中，不再進行加架作業，確實需要時對上巷進行挑梁起臨時支護。

2.3.2 施工實踐

（1）針對調斜期間溜子會下滑8 m的情況，該礦提前對新配巷外口下幫進行擴幫（擴幫規格：長×寬=5 m×5 m），同時提前對工作面進行調下頭，使工作面上竄，然后摘除排頭架十字頭并延長工作面溜槽，經計算延長2節槽子即可滿足生產需要。待延長完畢后工作面開始1：12調上頭，即大調斜旋轉開采。調斜開始后，工作面出現下滑，為減少下滑量，該礦一方面采取單方向推移輸送機的方式，另一方面推移車頭及輸送機時，采用液壓點柱蹌機頭及溜槽的方式輔助作業，減少溜槽下滑量。拉架時也打戧點柱緩解支架下滑。

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

（3）由于調斜比例太大（1：12），推進過程中，工作面肯定會出現擠架、咬架情況。為保證順利推進，該礦及時借助單體支柱進行調架，做到刀刀調架。調斜實際推進過程中，按正常調斜比例1：12推進（上頭進12回下頭割透1回），下半段支架將擠死無法拉架，針對此問題，該礦認真研究探討，最后決定，每次調斜分三個循環進行，即上巷正推四次2.4 m，下巷正常割透但只推移輸送機0.2 m，結合調架，從而有效的緩解了擠架、咬架的情況，也滿足了1：12大比例調斜的需要。

3 結論

一是制定專項安全技術措施，并由主管技術員及主管區長依次對職工進行貫徹。調斜期間，無論出現咬架還是架縫超寬等現象，驗收員在現場第一時間結合班長組織人員進行調架補救，保證了安全生產。二是工作面大比例調斜，工作面下頭進尺慢，頂板頻繁受拉架影響不易控制，所以頂板的支護強度對頂板支護顯得尤為重要。因此，在調斜前組織專人對工作面支架進行了檢修，保證所有支架完好支護有效，每班交接班時首先對支架進行二次注液，保證支架的支護強度。拉架時，盡量帶壓拉架，保證了支護強度，從而對頂板做到了有效控制，避免了頂板事故的發生。三是針對15252工作面，上下超前處理和端頭支護，支柱一律穿鐵鞋，在實際工作中，加強了下端頭3個支架的管理，按要求支設戧棚、密集等，保證了采煤高度。

15252工作面，2018年1月2日開始調斜，2018年2月6日調斜結束，歷時一個多月一采區在15252工作面大調斜旋轉角度為84°，合計多回收煤炭約2萬t，為今后應對更加復雜的回采條件打下了堅實的基礎。