綜放工作面定心旋轉開采技術研究

牛慶俊 張中騰 柳研青

（兗州煤業股份有限公司鮑店煤礦，山東 鄒城 273513）

在煤炭資源開采過程中，由于受地質條件、保護煤柱等特定因素影響，不規則工作面布置形式日益增加。為增加煤炭資源回收率，實現工作面高產高效，延長礦井服務年限，需對采區設計不斷優化，合理調整工作面尺寸，經常采用旋轉采煤法。旋轉采煤法是以工作面巷道中某一個點為中心，工作面按照設定角度邊旋轉邊開采，工作面及時調整角度。

屠世浩[1]等結合現場開采實例，對綜采旋轉開采過程中礦壓顯現規律、孤島煤柱回收工藝方式、旋轉區巷道布置等方面關鍵技術進行研究，并取得了良好的經濟效果。邢相[2]等針對曉南煤礦西三采區北部原設計布置的四個工作面造成的回采巷道布置困難、綜采效率低下的問題，通過特大角度聯合開采將原有四個工作面合并成為一個工作面，將工作面煤炭采出率提高了約5%。李生生等[3]設計同家梁礦8801工作面采用旋轉半徑226 m，“虛心”旋轉調斜開采技術，通過加強兩巷支護與端頭支護，保證同家梁礦8801工作面調斜開采試驗的順利進行，實現工作面安全高效生產，大大提高資源采出效率。

1 工作面概況

鮑店煤礦83上02工作面位于八采區中部，工作面標高為-214 m，煤層傾角為2°～19°，工作面長度為228 m，推進長度2477 m，初期開采煤層為3上煤層。3上煤厚度為3.69～7.76 m，均厚5.28 m，f=2.9。直接頂為平均厚度2.83 m的粉砂巖；基本頂為平均厚度4.52 m的細砂巖互層，以細砂巖為主，夾雜部分粉砂巖；直接底為平均厚度0.51 m的粉砂巖；基本底為平均厚度9.44 m的粉細砂巖互層，以細砂巖為主，夾雜部分粉砂巖。83上02工作面旋轉開采段布置如圖1。

圖1 工作面布置

83上02作為鮑店煤礦主力生產工作面，為盡可能多的回收煤炭資源，回采初期采用定心扇形旋轉開采的方式推進，旋轉角度約為20°，旋轉弧長近80 m。

2 旋轉開采技術研究

2.1 設備配置

83上02綜放工作面使用主要大型機械包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉載機及破碎機等，設備型號及主要技術參數見表1。

表1 83上02綜放工作面設備技術參數

2.2 旋轉開采技術方案

83上02綜放工作面扇形旋轉開采的基本方針為：采用定心旋轉方式，即工作面以半徑228 m圓做扇形旋轉，分26個循環完成，每個循環運輸機旋轉約0.75°，26個循環后，機尾推進78 m，工作面累計旋轉角度約為20°，此時工作面機頭超前2 m，兩巷高差2 m，工作面進入正常生產階段。設定兩種旋轉開采技術方案，示意圖如圖2。

如圖2（a）所示，第一種旋轉開采技術方案采取“增刀式”采煤方式，即“先割小刀后割大刀”。工作面割煤路線為130#-100#，130#-65#，130#-30#，130#-1#，每個“小刀”中移架路線為130#-90#，130#-55#，130#-20#，130#-1#。如圖2（b）所示，第二種旋轉開采技術方案采取“減刀式”的采煤方式，即“先割大刀后割小刀”，工作面割煤路線為130#-1#，30#-130#，130#-55#，85#-130#，每個“大刀”中移架路線為130#-1#，20#-130#，130#-45#，75#-130#。

圖2 旋轉開采技術方案

采用“增刀式”采煤方式時，工作面中運輸機推移拐點少，平直程度較高，煤機從機頭返回至機尾時需要返空刀，但整體推進速度較慢，導致割煤效率比較低，影響工作面正常推進速度。采用“減刀式”采煤方式時，煤機從機頭返回至機尾時進行正常割煤，整體推進速度較快，工作面中運輸機需要推移時拐點較多，但運輸機會持續拖后，影響下一個循環正常生產。

3 技術效果分析

根據回采過程中推進速度和前部運輸機機尾長度變化情況，將兩種采煤方式進行對比分析，對每日推進速度、前部運輸機機尾長度及運輸機平直程度進行實時記錄，將開采過程分為四個階段，如圖3。

圖3 扇形開采四階段主要參數圖

工作面推進天數第1至第5天即為第一階段，本階段采取“增刀式”的采煤方式。本階段機尾累計進尺16.20 m，工作面正常推進狀態下，機尾日進尺3.25 m左右。前部運輸機機尾長度從-890 mm逐漸減至-200 mm左右（正負值代表機尾距離巷道中線長度），運輸機狀態整體較好。

工作面推進天數第6至第12天即為第二階段，為減少采煤機返機過程中進刀小、割煤效率比較低的情況，將割煤路線“增刀式”的割煤方式改為“減刀式”的割煤方式。本階段機尾進尺為32.0 m，工作面正常推進狀態下，機尾日進尺為6.20 m左右，比原方案每天多進2.95 m，推移困難后機尾日進尺為2.85 m左右。前部運輸機機尾長度從-650 mm逐漸減至200 mm左右。

工作面推進天數第13至第15天即為第三階段，本階段主要是中部來回返機，將工作面找直。因運輸機運動起勢，控制效果較好，前部運輸機機尾長度在250～500 mm左右，保障運輸機推移順利。本階段機尾進尺8.85 m，平均日推進2.95 m，運輸機平直度逐漸好轉。

工作面推進天數第16至第18天即為第四階段，此階段機尾進尺22.95 m，改為每班割3個機尾、機頭不進刀割煤方式，執行每刀機頭側30個支架左右順直，機尾側剩余支架拉滿硐，即130#-1#（130#-30#拉滿硐），30#-130#（65#-130#拉滿硐），130#-65#（130#-85#拉滿硐）運輸機平直度較好，如圖4。

圖4 調整后運輸機狀態示意圖

前部運輸機機尾長度600 mm減至100 mm，能進行正常推移，工作面持續正常推進，前部運輸機機尾日進尺在7.5 m以上，生產保持高效穩定。

4 結論

為增加鮑店煤礦83上02工作面初采階段煤炭資源回收率，將兩種旋轉開采方式進行現場實際應用，得到以下結論：

（1）當采用“增刀式”割煤方式時，即“先割小刀，后割大刀”的割煤方式，前部運輸機狀態較好，但工作面整體推進速度較慢，割煤效率低，生產效率大幅降低。

（2）當采用“減刀式”割煤方式時，即“先割大刀，后割小刀”的割煤方式，會造成運輸機持續拖后，繼而影響后續工作面正常生產。

（3）當采用“減刀找直式”割煤方式，即機尾側支架拉滿硐的割煤拉架配合方式，同時，機頭側30個支架左右順直，機尾側剩余支架拉滿硐的旋轉開采方式，保障了運輸機的正常推移，保障工作面穩定高效推進，煤炭資源回收率大幅提高。

鮑店煤礦83上02工作面在初采階段成功進行扇形開采，提高煤炭資源采出率，經濟效益顯著，為該礦扇形開采積累了寶貴的技術經驗。