調斜開采技術在邊角煤資源回收中的應用

賀永勝

(潞安化工集團 王莊煤礦，山西 長治 046031)

資源儲量是礦山企業賴以生存的根本，直接關系到企業的可持續發展與礦區的和諧穩定。王莊煤礦作為潞安化工集團下屬的一座特大型現代化安全高效礦井，經過50多a的安全高效開采，可采煤炭資源儲量不斷減少，現有資源儲量枯竭已然成為限制王莊煤礦轉型高質量發展的短板。王莊煤礦礦區范圍內地表建構筑物、道路較多，為了在煤炭資源回收利用的基礎上，保證地表建構筑物、道路的安全穩定，必須留設合理的保護煤柱。但地表建構筑物、道路大都為不規則分布，保護煤柱留設與工作面布置呈現一定夾角，而工作面切眼和停采線布置都是沿工作面傾向設計，造成保護煤柱留設與工作面切眼布置區域范圍內邊角煤資源的浪費。為了提高邊角煤的資源回收，最大限度地提升煤炭資源回收率，特提出適用于邊角煤資源回收的調斜開采技術。

1 研究區概況

王莊煤礦是潞安化工集團下屬的一座特大型現代化高產高效礦井，核定產能710萬t/a，主采二疊系3號煤層，煤層均厚6.5 m，采用綜采放頂煤一次采全高開采工藝。本文以王莊煤礦71采區某工作面為例，進行調斜開采技術應用探討。該工作面位于礦井+540 m水平71采區中部，北為絳河，南為建筑用地，東為漳澤水庫，西為新208國道，舊208國道橫穿工作面中部，地面標高900～902 m，工作面標高496～524 m.井田內工作面北為實體煤，南為實體煤，西為采空區，東為井田邊界。工作面進風巷長1 332 m，運巷長1 338 m，切眼長240 m，上覆地表舊208國道及附屬橋梁橫穿工作面，為了保證工作面回采期間道路和橋梁安全穩定，根據礦已有地表移動參數及地質資料，以道路與工作面交叉最近位置向外設計200 m保護煤柱，故工作面實際可采長度為600 m，工業儲量130萬t，見圖1.

圖1 工作面布置示意

2 調斜開采技術應用背景

研究區工作面按照采區設計，以方位角90°進行布置，根據井上下對照關系，工作面設計與舊208國道走向方向呈7°左右夾角，根據保護煤柱留設，道路與工作面位置最短距離為200 m，最長邊距離達231 m左右，保護煤柱與道路傾斜范圍形成三角區，面積達3 720 m2，如果按照原設計切眼進行回采，保護煤柱與道路傾斜范圍內的邊角煤資源完全浪費，初步計算浪費資源儲量達34 000 t左右。為提高邊角煤的資源回收，最大限度地提升煤炭資源回收率，設計采用調斜開采技術對三角區煤炭資源進行回收。

根據現有工作面布置，留設的保護煤柱長邊比短邊多31 m，為了確保保護煤柱的合理留設，調斜設計前對道路進行現場實測，精確確定道路、橋梁的具體位置和特征屬性。經過測量，道路經過橋梁后在A點擴寬，實測方位與圖上原有方位一致。為了保證道路不受采煤塌陷影響，調斜設計以A點位置為基準點，垂直道路向切眼方向平移200 m作為調斜后停采線位置，調斜后切眼整體方位與道路平行，傾斜設計范圍為距離保護煤柱短邊202 m，長邊229 m位置，工作面預計回采范圍由原來600 m調整為運巷端頭598 m，進風巷端尾627 m，可多回采邊角區煤炭資源近30 000 t.

3 調斜開采技術應用設計

3.1 調斜開采具體設計

按照研究區工作面調斜開采技術構想，進行調斜開采技術應用具體設計。在距離原設計停采線一定距離開始進行切眼調斜，根據道路與工作面夾角，開始對運巷端頭、進風巷端尾工作面推進速度進行調節，按照每刀煤0.8 m進行計算，運巷端頭推進0.4 m，進風巷端尾推進0.8 m，切眼逐步向傾斜方向調整，并及時進行端頭支護和超前支護，以及支架安裝和液壓支架系統調整，待工作面切眼調斜完成后，即進風巷端尾距原設計停采線2 m位置，預計需要增加1臺低位放頂煤液壓支架，隨后端頭和端尾按照正常推進速度(0.8 m/刀)進行推進至運巷端頭598 m位置。

切眼調斜后切眼傾角為7°，調斜后切眼長度由原來設計240 m調整為241.8 m，比原有切眼長度多1.8 m，調斜前工作面運巷端頭推進距離較進風巷端尾推進距離減緩29 m，即兩者推進距離差：S=240×tan7°=29 m.由于端頭端尾推進速度分別為0.4 m/刀和0.8 m/刀，待開始調斜至調斜完成，運巷端頭向前推進距離L為29 m，風巷端尾推進距離為L+S=58 m.綜上計算結果，開始切眼調斜時，工作面端頭端尾距離原設計停采線距離T為：T=L+S+2=60 m.即工作面按照原設計回采540 m后開始按照原定調斜開采設計進行切眼調斜開采，運巷端頭推進0.4 m/刀，進風巷端尾推進0.8 m/刀，待工作面推進72.5刀后，運巷端頭與進風巷端尾推進距離差值達29 m，此時運巷端頭推進至距離原設計停采線31 m位置，調斜完成，見圖2.調斜完成后，端頭端尾按照正常推進速度進行推進，待工作面繼續向前回采推進29 m后，工作面回采結束。

圖2 調斜開采技術設計示意(m)

3.2 補充排尾架技術措施

根據調斜設計，開始調斜后工作面繼續向前推進至端頭端尾距離差值為26.8 m，即風巷端尾向前推進53.6 m左右，切眼調斜長度達到1.5 m，此時切眼端尾需補充增加1組支架，以便保證回采工作面安全生產，待調斜完成后，調斜后切眼長度較原設計長度長1.8 m左右，為了保證工作面的安全生產，應當及時進行端頭支護和超前支護。

1) 固定絞車。根據設計要求及現場實際需要，在進風巷距起吊站30 m內固定一部SDJ-20絞車，選擇地錨固定，主要用于回拖支架。

2) 鋼絲繩驗證。鋼絲繩選用型號為6×19×26，破斷力拉力為327.4 kN，鋼絲繩公稱直徑26 mm，最小安全系數取6.5.

3) 臨時起吊站架設。在需要架設起吊站的地點架設二梁三柱單體柱大板抬棚，對起吊點工字鋼棚進行連鎖，打設相同型號的單體柱并及時栓好護繩，且要垂直頂底板穿鞋打在實底上，并前后成線，對于進風巷，必須在起吊物體前，架設好超前維護，然后將超前維護棚用上述方法進行連鎖方可進行起吊。

4) 排尾架的組裝及就位。組裝順序：底座—頂梁—尾梁—小梁。將排尾架調向擺正到位后，在支架前端800 mm處，打設一架一梁二柱單體柱大板棚，然后利用大鏈配合兩臺5T倒鏈將小梁吊起，利用支架自身液壓系統配倒鏈調整銷孔位置，對正后，用銷子將二者連為一體。在小梁底下加打一根點柱，由一人扛起千斤頂，通知送液，待千斤頂銷孔與小梁上千斤頂銷孔對正后，由另一人扛起小梁千斤頂連接銷，將其連接好(上千斤頂由兩人完成，順序自左向右)。

3.3 調斜開采應用效果

根據調斜開采技術設計，按照工作面回采前標定的工作面推進進度表示牌，對工作面推進進度進行定期測量，最終定于運巷推進539.6 m、進風巷推進540.3 m開始進行調斜開采，待運巷推進至568.8 m、進風巷推進至598.7 m停止調斜。調斜完成后，工作面按照正規循環進尺向前推進29 m，即運巷端頭距離原設計停采線2.2 m位置停采。按照工作面煤層的實際走向和傾角，運巷、進風巷煤層落差較大，切眼實際調斜長度達到了2.2 m左右，為了加強機尾空擋和確保工作面正常生產，及時采取加強支護，補充了1組排尾架，有效控制了工作面的安全穩定。經過統計，調斜開采后，煤炭資源回收較未調斜前多回收了26 800 t，極大提高了邊角區煤炭資源的回收。

為了驗證傾斜保護煤柱留設的合理性，以及調斜開采引起的采煤塌陷是否對道路造成影響，基于道路原有設置的基準點J1、J2，以及回采前道路布置的地表移動觀測點Z1-Z8(見圖2)，對道路及橋梁是否受采煤塌陷影響情況進行實測，結果見表1.通過實測，所布置的8個地表移動觀測點高程均未發生明顯變化，說明調斜開采后未對道路及橋梁造成影響。

表1 地表移動觀測統計

4 結 語

本文針對王莊煤礦某工作面設計與上覆道路之間的幾何關系，提出了采用調斜開采技術對三角區煤炭資源進行回收，減少常規開采三角區煤炭資源的浪費。根據設計，采用調整運巷端頭、進風巷端尾采煤推進速度的方法逐步對工作面切眼長度和傾角進行調整，直至達到設計要求。實踐表明取得了較好的效果，多回收煤炭資源26 800 t.生產實踐表明，調斜開采技術有效應用的關鍵在于切眼調斜時機的把握，準確把握調斜時機，能夠有效保證邊角區煤炭資源的最大化的回收，在此基礎上，根據調斜進程和切眼調斜距離的變化，及時調整支護強度和補充支架，保證工作面的安全回采。