厚煤層大采高旋轉綜采技術的應用研究

苗 廣

(山西焦煤汾西礦業集團香源煤業，山西 呂梁 030500)

引 言

隨著煤炭開采的不斷深入，多數淺煤層、簡單地質條件下的煤炭資源已經被采掘殆盡，為了確保人類經濟社會對煤炭資源的需求，越來越多的煤炭生產企業開始將目光投向復雜地質條件下的厚煤層，但因多數厚煤層所處的地質條件差，其頂板巖層礦壓波動大、褶曲、斷層發育等，使常規的綜采作業手段無法很好地適應井下復雜的綜采作業環境[1]，嚴重影響了煤礦井下的煤炭生產效率，而且造成了煤炭資源的極大浪費，因此，迫切需要對厚煤層的綜采作業工藝進行研究，提高井下的綜采作業效率和煤炭采出率，確保復雜地質條件下厚煤層綜采作業的安全性。

1 旋轉綜采技術方案的確定

本文以某礦綜采面的實際情況為研究對象，其傾角約18°，平均綜采高度為3.7 m，當采用旋轉綜采技術方案時，旋采工作面上的旋轉循環次數N與上、下端旋采長度差值Lc之間的關系可表示為式(1)～式(3)[2]。

(1)

(2)

X=Lt/(Lc+Lt)

(3)

式中：L為支架的尾部在旋采開始后向上移動的距離，m；L1為一次旋采后支架尾部向上移動的距離，m；r為支架的長度，取5.2 m；n為支架從開始工作到旋采結束所轉動的角度，取18°；Lw為綜采工作面回風巷一側旋采的長度，m；Lt為綜采工作面運輸巷一側的旋采長度，0.8 m；Lm為綜采工作面的長度，取156 m；X為采煤機在運輸巷與回風巷的進刀比。

在進行旋采作業時，綜采工作面的下部和上端的進刀比通常為1∶1、1∶3、1∶5，通過對不同進刀比的分析，在不同進刀情況下的旋采工藝參數如表1所示。

表1 不同進刀比情況下的旋采參數對比

根據實際驗證結果，當采用的進刀比為1∶1時，在綜采作業時其支架的調斜量最小，旋采過程中穩定性高，但需要多次進行循環旋采，頂板支架反復支撐，難以進行頂板管理；當采用1∶7的進刀比時，雖然旋采循環次數最少而且頂板支架進行反復支撐，但是每次旋采時支架的調斜量最大，造成支架穩定性降低，旋采過程中極易發生倒塌的情況；而采用1∶4的進刀比時，既可避免旋采循環次數多造成的綜采效率低下，而且也可以有效地保證每次支架的調斜量，確保支架在整個旋采過程中的穩定性，因此最終確定其旋采時的進刀比為1∶4。

根據選定的進刀比，及綜采工作面的旋轉半徑，可計算得出在旋采作業時旋采的起始點和旋采的距離[3]，如圖1所示。

由圖1可知，進行旋采作業時，機尾應從距離回風巷的拐點(O″)提前35.6 m開始旋采作業，并且在通過拐點后的35.6 m停止旋采作業。由于實際巷道內工作面的運輸巷道的拐點和回風巷的拐點之間相差約5.5 m，所以在綜采工作面下端的運輸巷中應該提前開采的距離為上端的1/2，即，17.8 m開始進入到旋采中，當通過下部的運輸巷的拐點為5.5 m時終止旋采。

圖1 綜采工作面的旋轉開采示意圖

2 旋轉綜采技術方案的應用

在進行旋采作業中，為了確保綜采效率和綜采作業的安全性，在工作面上選擇采煤機的機頭進1刀，機尾再進3刀的進刀比。根據預先計算的截割刀數將綜采作業面分成平均的3段，并將每段的起始點作為該段的進刀點(圖2中所示的第52 m，第104 m，第156 m)，沿著采煤機機尾的方向進行截割作業。在進行旋轉綜采作業時利用單向截割、長刀側切的綜采作業方案[4]，在一個循環綜采周期內實現多次的截割抹采，并及時對采空區進行支護作業，并調整液壓支架的支護狀態，使其支護穩定、平直，在綜采作業的巷道頂板壓力波動大的區域需要采用液壓支柱單體進行輔助支護作業，循環旋轉綜采作業示意圖如圖2所示。

在旋采作業中，前半段為大傾角的旋采作業，刮板輸送機工作時的傾角較大，因此，為了避免刮板輸送機的下滑，需要在巷道內設置一定的單向支柱，對刮板輸送機進行支護，避免刮板輸送機工作時的受力下滑。隨著旋采作業的進行，當通過運輸巷的拐點后，則進入到了偽斜開采區域，此時要求刮板輸送機具有一定的下滑量，因此，此時需要調整單向支柱的方向，使刮板輸送機具有一定的下滑量，確保旋轉綜采作業的順利進行。

圖2 循環旋轉綜采作業示意圖

3 旋轉綜采作業的安全技術措施

在旋轉綜采作業中，由于不可避免地要造成巷道頂板反復支撐，使支護位置處的頂板巖壁受力破碎，極易導致在綜采作業時的片幫問題，因此，應對液壓支架的頂梁和護幫板的支護工序進行優化，提高液壓支架支護作業時的防片幫措施，避免綜采作業時發生片幫問題。

因選擇的進刀比為1∶4，因此在進行調整的過程中也必然會導致支架的移位，使支架間相互擠架、歪斜，故根據實際工作驗證，可將工作面上的支架進行排齊，其誤差應小于±60 mm，同時，確保作業面上支架的中心距離要符合標準規定，從而能夠有效地避免綜采作業時的倒架現象。

4 結論

本文通過對厚煤層綜采工藝缺點的分析，根據實際工作經驗提出了新的厚煤層大采高旋轉綜采技術，對其工作原理和應用方法進行了分析，結果表明：

1) 采用1∶4的進刀比時，既可避免旋采循環次數多造成的綜采效率低下，又可以有效地保證每次支架的調斜量，確保支架在整個旋采過程中的穩定性；

2) 在回風巷進行綜采作業時，進行旋采作業時，機尾應從距離回風巷的拐點(O″)提前35.6 m開始旋采作業，并且在通過拐點后的35.6 m停止旋采作業；

3) 在運輸巷進行綜采作業時，17.8 m開始進入到旋采中，當通過下部運輸巷的拐點后5.5 m時終止旋采。