大傾角條件下長切眼工作面回采研究與實踐

郭志林

(潞安化工集團有限責任公司，山西 長治 046204)

余吾煤礦為緩解礦井銜接矛盾，降低萬噸掘進率，實現資源效益最大化，推廣實施了“集約布置、加大拉長”的礦井新規劃，重點優化各采區綜采工作面的布置，推廣采用 “長切眼工作面”，調整采區內工作面布置數量，減少工作面之間煤柱損失，將S5206工作面布置為長切眼工作面。

1 工程背景

1.1 工作面概況

S5206工作面切眼斜距300 m，巷道長度1 805 m，煤厚平均6.10 m，工業儲量459萬t，是余吾礦切眼最長的一個綜采工作面，同時該工作面也是余吾礦建礦以來傾角最大的一個工作面，該工作面煤層傾角0～18.5°，平均傾角約10°。S5206工作面裝備197組ZF8000/20/38中間架，6組ZFG9600/23/38端頭尾支架，支架前后各安裝1部SGZ960/2×855刮板輸送機，采煤機型號為MGTY400/930-WD，設備均呈重型化。

1.2 礦壓特點

根據國內外煤礦開采經驗，綜采工作面大傾角條件下回采時，礦壓顯現一般為沿切眼傾斜方向中部偏上礦壓顯現最明顯，最上部分次之，下段最小。工作面頂板冒落后的矸石形成上虛下實的態勢，對頂板的支撐作用力下段切眼明顯大于上段，頂板周期來壓步距也呈沿工作面傾斜方向有明顯的分段特征，老頂來壓周期上部要比下部早，老頂來壓的強度上部也比下部大。大傾角長切眼工作面頂板對支架傾倒影響顯著增加，支架受力更加復雜，大溜和采煤機受自重下滑更加嚴重。

2 設備改造及巷道硬化

2.1 支架防倒防滑改造

傾斜工作面支架底座與底板呈線接觸，支架自重及底板巖石受壓破碎滑動容易引起支架下滑、傾倒。通過改造支架底座，在支架底座焊接三角箱體，使底座與底板呈面接觸。在端頭架和端尾架分別安裝防倒油缸，防倒油缸通過轉軸、連接環將上一組支架的頂梁與下一組支架的底座連接為一體，確保兩端頭的穩定性。中間架在每組支架底座前端安裝調架千斤頂，每隔十組支架在最后一組支架頂梁、后連桿上，安裝一組調架千斤頂配合防倒鏈條連接相鄰支架，防止支架傾倒下滑。

2.2 防止大溜下竄改造

大溜機頭、機尾存在高差，容易使大溜發生下竄，最終導致下端頭行人出口寬度不夠，上端頭大溜遠離巷道，采煤機割不透煤墻。通過在前后溜機尾加裝大鏈、防滑千斤頂，將大溜機尾和煤墻外幫進行固定，對大溜形成一個上拉的力，阻止大溜的下滑。

2.3 防止采煤機下滑改造

切眼傾角過大，采煤機上行期間容易打滑，下行期間容易掉道。在采煤機的機組內腔增加一備用變頻器，驅動方式改為一拖二，增加采煤機上行時的行走動力。采煤機選用加強型履帶，機組加裝抱閘裝置，當采煤機發生下滑時，可以及時打開抱閘，阻止采煤機下滑。

2.4 巷道硬化

提前對膠巷巷道底板進行硬化，硬化長度要求從切眼往外不小于350 m，巷道硬化后巷道凈高保證不低于3.1 m。巷道硬化后，切眼下端底板整體性提高，可大大提高底板對支架底座的抗擠壓性，不會因巷道底板擠壓變形造成底鼓。

3 回采工藝的創新

3.1 偽斜回采

切眼開始回采的時候，首先進行調斜，將工作面布置成偽斜，要求膠順比回順始終超前7～10 m。采用偽傾斜回采一方面可以減緩工作面傾角，另一方面可以避開因工作面安裝時，支架安裝超出巷道中線，安全出口較窄的問題，切眼調斜后充分保障了安全出口的寬度。

3.2 下行割煤

由于工作面坡度較大，采煤機向機尾方向截割時，上行阻力增加，行走困難，因此，必須對采煤工藝進行改善，最終采用從機尾向機頭方向回采割煤、從機頭向機尾方向返空刀的單向割煤工藝。采用單向割煤工藝后，采煤機下行割煤時，煤體給滾筒的反作用力會傳遞到大溜，極大地減緩大溜的下緩。

3.3 上行推溜

采用從機頭向機尾的頂溜順序，由于工作面存在傾角，可以使大溜產生向上的位移量，從而補償了大溜的下滑量。因為推溜與移架順序、割煤方向相反，進而增加了大溜防滑機構的防滑作用。

4 保障支護質量

4.1 機頭機尾聯網

為便于機頭機尾三角區及轉載機機尾處的頂板管理，分別沿排頭架、排尾架及相鄰10組正規架平行于工作面鋪設雙層經緯網，增強頂板整體完整性，可以有效防止頂板漏矸導致支架傾斜和擺架時架間空隙漏矸造成大范圍漏頂事故。

4.2 帶壓移架

所有支架均帶壓擦頂移架，支架注液加壓升起頂梁接頂后，為保證支架初撐力合格，要繼續保持3～5 s的供液時間。支架下降推移支架時,降架高度不得低于鄰近上方支架側護板,防止出現拉移支架時倒架、垛架現象。推移支架要求緊跟采煤機前滾筒，盡量減少空頂時間。嚴格控制每組支架的移架時間，避免因移架過程中，支架長時間不接頂而發生歪斜、傾倒。移架后，側護板之間不能出現明顯錯差(大于300 mm)。

4.3 及時調架

回采期間，每班要及時調整支架，充分利用移架過程調整支架狀態和間距。支架不正或有傾倒趨勢時,要通過伸縮支架側護板來實現支架方向的調整,也可采用單體液壓支柱輔助進行調架,調架時采用遠距離供液。在坡度較大的區域拉架前，要求朝向機頭方向支架靴下支墊600 mm長道木，從而達到扶正支架的目的。

隨著余吾煤礦開采條件的變化，大傾角長切眼工作面將會越來越多，如何將此種賦存條件下的工作面安全、快速的回采完畢，是該礦采掘技術必須攻克的一道課題。通過S5206工作面的回采，余吾煤礦總結出了一套適合本礦的大傾角條件下長切眼工作面回采管理技術，為今后回采類似條件下工作面提供了可借鑒的經驗，余吾煤礦復雜地質條件下的工作面布置將不再是個難題。S5206工作面的成功回采，必將推動余吾礦采煤工作面回采技術得到極大提升，礦井可采儲量將大大增加，從而實現礦井的可持續發展。