大傾角厚煤層的旋轉開采關鍵技術研究

祁集賢

（山西霍爾辛赫煤業有限責任公司，山西 長子 046600）

隨著煤炭開采的不斷深入，為了提升對煤炭資源的利用率，因此許多煤炭生產企業將目光投向了地質條件復雜的大傾角厚煤層的開采。大傾角厚煤層由于地質條件復雜，在開采中無法按正常的綜采方法進行開采，而常用的放頂開采技術在實際應用中存在著頂板條件差、支護穩定性差，煤炭出采率低，效率低下的難題，嚴重限制了大傾角厚煤層的開采。根據實際工作經驗，在大傾角厚煤層開采時，由于其綜采時的進刀比例不同極易導致工作面上的推進速度不一致，使液壓支架的移架出現偏斜，并最終導致在綜采面上部和下部的礦壓的顯現規律不一致。因此本文提出了一種新的大傾角厚煤層的旋采技術，對其關鍵技術及控制方案進行了研究，根據實際應用其極大的提升了大傾角厚煤層綜采作業的效率和安全性，具有十分重要的意義。

1 旋采技術方案設計

本文以某礦12124 綜采工作面為研究對象，其綜采面的巷道結構布局如圖1 所示。

由圖1 可知，該井下巷道綜采作業面的傾角約為29°，其采高約為4 m，屬于典型的大傾角厚煤層結構，由于其下側的運輸巷道為拐角式結構，使在綜采過程中轉過旋采拐點后只能進行俯斜開采，其俯采時的傾角達到了17°，綜采難度較大。

由于該井下綜采作業面結構復雜，因此為了避免在綜采作業過程中反復調整頂板支撐導致旋采中心附近的頂板管理困難，因此提出了虛心旋采的工藝方案。

2 旋采工藝參數選擇

在進行旋采作業時，其工作面的旋采的循環次數N和上下側的旋采的長度差值Lc可分別表示為：

式中：L為支架的尾部在旋采前后的位移差；L1為進行一次旋采，支架向上移動的位移；Lw為工作面回風巷端部的旋采長度；Lt為工作面運輸巷端的旋采長度；Lm為旋采工作面的長度；n為旋轉，取18°。

由于在井下進行綜采作業時工作面上的進刀比例通常為1∶2 以及1∶3，1∶5 等，當旋采作業時的進刀比例為1∶2 時，截割過程中的支架的調斜量較小，因此支架相對穩定，但是隨著旋采作業的進行，其在旋采中心處的頂板支架需要反復的支撐，導致對頂板調整時的管理困難。當工作時的進刀比例為1∶5 時，雖然能夠大幅的降低頂板管理的難度但是在割煤時斜調量過大，導致支架容易發生傾倒，而當工作時的進刀比例選擇為1∶3 時能夠較好的平衡旋采時支架穩定性和頂板管理的難度，因此在進行旋采作業時選擇1∶3 的進刀比。

由于井下作業時的旋采半徑為227 m，因此根據井下回風巷和運輸巷的情況來判斷旋采作業時的起始位置和旋采作業的距離，井下運輸巷和回風巷的結構如圖2 所示。

圖2 回風巷和運輸巷結構尺寸示意圖

由進刀比可計算出當在綜采面進行旋采作業時采煤機的尾部距離回風巷的轉角點處（O″點）應該距離約34.2 m 處開始進行旋采作業，當推進到超出轉角點34.2 m 時可結束作業，為了便于旋采作業，設置旋采距離時應設置為采煤機截割深度的整數倍，由于井下作業面內的運輸巷的轉角點和回風巷的轉角掉相差了約4.5 m，因此在綜采面下部的運輸巷處應在第17.1 m 處開始進行旋采作業，當超過轉角點6 m 后再結束旋采作業。

3 旋采關鍵技術

旋采作業之前，首先需要在機尾的20 m 的范圍內設置預留空間，用于支撐刮板輸送機穩定運行，然后將輸送機的機頭向上移動，同時在輸送機向上運動，使其在輸送機的機頭位置設置一個2 m 長度的擴幫，一方面確保綜采作業時避免刮板輸送機下移，另一方面也方便轉載機的調向。

將帶式輸送機的承載梁和轉載機的方向和帶式輸送機的方向調整為一致，在對其進行轉向調整時，首先在輸送機承載梁的地方設置挖底，然后加強支護，使轉載機的機尾部分接近于井下運輸巷的上側，最后再使輸送機尾部、轉載機機承載梁的方向一致。

在進行旋采作業時，按圖3 所示的長刀和短刀的進刀比例進刀，進刀地點選擇時可根據作業時的截割刀數而將綜采作業面劃分為3 段，然后在距離綜采面下部機頭的44 m，92 m，146 m 處分別進刀。

圖3 旋采作業時短刀、長刀截割示意圖

在旋采過程中，采取短刀斜切、單向截割的綜采作業方式，在循環作業內進行反復的抹采，同時不斷的調整支架的支護狀態，時其找正，調直，在旋采作業的前期以大傾角的旋采作業為主，同時將單體支柱從下到上對刮板輸送機進行支撐，避免旋采作業時輸送機的下滑。當旋采段越過運輸巷的轉角點進入到俯偽斜面后，可確保刮板輸送機有一定的下滑量。

4 旋采過程中的關鍵技術方案

在旋采過程如果工作面的長度加大，為了防止工作中刮板輸送機的下滑則需要對回風巷進行擴下幫作業，如果工作面的長度降低，則需要對回風巷進行擴上幫作業，在進行擴幫作業時需要用工字鋼對其進行加強處理。

刮板輸送機的機頭位置和轉載機進行搭接作業時，需要將其機頭的位置向外進行4 m 左右的擴幫作業，從而確保帶式輸送機和轉載機的調向一致，使輸送機的機頭和轉載機保持穩定的搭接。

在旋采過程中由于旋采中心端需要反復旋采，因此使巷道頂板需要反復的支撐，最終導致在旋采中心位置處的圍巖發生破斷，造成在旋采作業過程中的片幫事故，因此需要對工作面的頂部設置雙層的金屬防護網，并在支架的端部設置連接工字鋼，支架組進行設置時其相鄰間隙不得大于210 mm，避免出現漏頂事故。

該旋采工藝在某礦投入應用后其綜采效率達到了常規綜采面的94.3%左右，極大的提升了煤炭開采的經濟效益和穩定性。

5 結論

本文針對在大傾角、厚煤層開采中所存在的問題，提出了一種新的旋采工藝，對其整體方案、開展方法及旋采關鍵技術進行了研究，結果表明：

1）當工作時的進刀比例選擇為1∶3 時能夠較好的平衡旋采時支架穩定性和頂板管理的難度。

2）刮板輸送機的機頭位置和轉載機進行搭接作業時，需要將其機頭的位置向外進行4 m 左右的擴幫作業，從而確保帶式輸送機和轉載機的調向一致。

3）該旋采工藝的應用極大的提升了大傾角、厚煤層綜采作業的效率和安全性。