周 芳，魏永啟

（東華建設地礦公司，山東 鄒城273500）

0 引言

兗州礦區(qū)經(jīng)過長時間開采，煤炭資源日益減少，如何實現(xiàn)不規(guī)則塊段的安全高效開采，已成為各礦面臨一大難題。本文通過研究大角度綜放工作面旋轉開采技術，可有效解決工作面大角度旋轉帶來的設備上竄下滑、支架管理等諸多難題，為類似條件礦井開采提供了有力借鑒。本文以鮑店煤礦7302工作面旋轉開采為工程背景，對大角度綜放工作面開采技術進行了深入研究，為礦井的安全高效開采奠定了基礎。

1 工作面概況

鮑店煤礦7302綜放工作面位于礦井七采區(qū)北部，是七采區(qū)西翼3煤層第一個工作面。北西起工作面切眼，距七采區(qū)邊界線10m，距5310（N）工作面采空區(qū)119～138m；南東至工作面設計停采線，距待掘的七采新回風巷100m；北東緊靠礦井邊界保護煤柱線，距興隆莊3煤采空區(qū)50m；南西鄰尚未回采的7304工作面。工作面煤層底板標高：-350m～-521m/-435m。

工作面煤層總體趨勢為西北高東南低，煤層產(chǎn)狀為：走向33°～105°～175°，傾向123°～15°～85°，煤層傾角2°～14°，平均8°。工作面東南部煤層傾向變化較大；工作面中部煤層傾角較大，最大14°。

由于七采區(qū)西部以“鋪子斷層”為采區(qū)邊界，7302工作面切眼附近為不規(guī)則區(qū)域，按照常規(guī)布置，煤炭損失量大。采用“旋轉”布置方案比“常規(guī)”布置可多回收煤炭資源28.6萬t。工作面輔運順槽超前膠帶順槽168m，旋轉旋轉弧長累計232m；旋轉段兩巷高差最大8m，最小1m；切眼與膠帶順槽最大夾角126°。7302工作面旋轉開采區(qū)域詳見圖1。

圖1 7302工作面旋轉開采區(qū)域示意圖

7302工作面自西北向東南推進，其北順槽作為工作面輔運順槽，緊靠礦井邊界煤柱線，順槽內(nèi)布置移動電站；南順槽作為工作面膠帶順槽，靠工作面內(nèi)側布置膠帶輸送機，為實體巷道。7302工作面主要回采巷道參數(shù)見表1。

表1 巷道斷面參數(shù)表

工作面長度288m，推進長度1967m/2135m，面積：590305.6m2。煤厚平均為9.05m，基礎儲量721.2萬t。

2 旋轉開采主要制約因素

1）輔運順槽超前膠帶順槽168m，旋轉弧長232m，調(diào)面幅度大、工期長，工序復雜。

2）調(diào)面期間易造成運輸機上竄下滑及咬架、擠架現(xiàn)象。

3）切眼與膠帶順槽夾角126°，膠順端頭形成空頂三角區(qū)，加之膠順側推進速度慢，頂板維護困難。

4）工作面液壓支架受后部運輸機牽引限制，調(diào)架受阻。

5）刮板運輸機與轉載機呈126°鈍角搭接，卸料口易撒煤，運輸機喝循環(huán)煤。

3 旋轉開采技術

3.1 工藝選擇

3.1.1 旋轉開采方式

旋轉開采階段工作面長度288m，共有支架165組，旋轉開采時機頭標高為-360m，機尾標高-352m，機頭比機尾低8m。旋轉旋轉開采，膠帶順槽每進一刀，輔運順槽進五刀。工作面以半徑288m圓做旋轉旋轉，機尾機頭按5:1旋轉,此時工作面支架旋轉0.6°,支架前梁頭向機頭方向偏移86mm；輔運順槽進40m，膠帶順槽進8m，此時工作面支架旋轉6度，支架前梁頭向機頭方向最大偏移860mm；膠帶順槽端推進約46m，輔運順槽端推進弧長232m，直線長度225m，工作面累計旋轉角度為34.8°，共需5.8個循環(huán)，此時工作面調(diào)正，兩巷高差1m，工作面進入正常生產(chǎn)階段。7302工作面旋轉開采過程詳見圖2。

圖2 旋轉旋轉開采循環(huán)進尺示意圖

3.1.2 進刀方式

在初期旋轉開采期間，為了確保工作面溜子平直，進刀方式為：第一刀進65個支架，煤機返回溜尾；第二刀進115個支架，第三刀進165個支架（機頭進0.4m），第四刀進85個支架，第五刀進165個支 架（機 頭 進0.4m）。即：165-100#、165-50#、165-1#、165-80#、165-1#。旋轉開采期間工作面液壓支架旋轉角度及偏移距離詳見表2。

表2 支架旋轉角度及偏移距離

3.2 上竄下滑控制

1）旋轉開采初期，機頭超前機尾168m，工作面支架導向方位為機尾方向，因工作面面長較長，高差相對較小，機尾側比機頭側高8m，所以設備自重下滑影響較小，故初始階段支架給運輸機向機尾方向的力，導致運輸機向機尾方向竄動。在拉移支架過程中，使用側護板和底調(diào)千斤頂調(diào)整支架，防止擠架。

2）設備安裝時，為了防止機尾過長以及保證前后部與轉載機的正常搭接，需要在前后部運輸機兩側均安裝安裝875mm調(diào)節(jié)槽。同時為了防止因旋轉開采造成工作面內(nèi)支架擠架，在工作面安裝時保證支架與運輸機的角度控制在90°。

3）生產(chǎn)過程中，工作面內(nèi)支架旋轉，支架會出現(xiàn)擠架現(xiàn)象，在拉移支架過程中，按照從機尾向機頭的次序拉移支架，在拉移支架過程中，使用側護板和底調(diào)千斤頂調(diào)整支架，防止擠架，同時保證支架前立柱偏差控制在50mm以內(nèi)。

4）旋轉開采時，由于多進機尾和人工對支架進行調(diào)向，需定好中線對運輸機運動趨勢進行觀測分析，當運輸機位移量大于0.5m時，則必須采取人工對運輸機竄動進行干預，采用單體支柱或底調(diào)千斤頂?shù)确绞秸{(diào)整運輸機和支架的位置。

3.3 工作面及端頭支護

1）旋轉開采過程中，受鋪子斷層影響，工作面內(nèi)可能出現(xiàn)頂板破碎等情況，在旋轉開采過程中需要加強工作面內(nèi)頂板管理，根據(jù)實際情況及時上網(wǎng)、上料維護頂板。

2）支架旋轉后，機尾區(qū)域支架向機頭移動，機尾區(qū)域支護強度明顯降低，屆時機尾端頭區(qū)域使用單體支護配合工字鋼加強對機尾區(qū)域的支護，并對巷道區(qū)域采取加密錨索的方式加強頂板支護強度。

3）切眼與膠帶順槽夾角126°，膠順端頭形成空頂三角區(qū)，且機頭支架頻繁小步距移動，反復支撐頂板，對頂板維護不利；提前在正巷施工加密錨索，加強對頂板的支護強度。同時在生產(chǎn)過程中，在機頭段支架處采用聯(lián)網(wǎng)、上料等方式加強對頂板的維護。端頭三角空頂區(qū)采用下抬棚的方式維護頂板。

3.4 后部運輸機整體拉移

7302工作面前期旋轉開采，機尾高于機頭8m，加上后部運輸機為軟連接，如果生產(chǎn)期間出現(xiàn)后部運輸機整體往機頭移動的情況，則必須采取措施整體往機尾方向移動后部運輸機，經(jīng)研究決定采用ZF12000支架拉后部千斤頂整體拉移運輸機，將千斤頂一端固定在支架尾梁上一端固定在溜槽拉移座上，通過同時供液實現(xiàn)運輸機整體移動的目的，現(xiàn)計算需用千斤頂個數(shù)如下：

X=（G.μ+G.sina）/（F.cosb）

=4192.4204×（0.35+8/288）/（207×cos30）

=11

式中：G為后部運輸機總重量：G=（機頭+機尾+過渡槽 +中間槽 +回煤槽）×9.8=（17127kg+17127kg+2×5838kg+156×1895kg+156×545kg）×9.8=4192.4204kN ；μ為摩擦系數(shù)，取0.35；a為后部運輸機角度,sina=8/288；F為拉后部千斤頂拉力；b為拉后部千斤頂與底板夾角，取30°

經(jīng)計算，整體移動后部運輸機需用11個拉后部千斤頂。

3.5 旋轉段巷道刷寬

支架在旋轉開采一個循環(huán)時，支架前梁頭向機頭擺動860mm，整個旋轉部分推完需要5.8個循環(huán)，則設備整體最大下滑量為860×5.8=4.988m，約為5m，綜合考慮膠帶順槽巷道設備布置情況，巷道寬度計算如下：B=轉載機小支架寬度+人行道寬度+支架整體下滑量=2.8+0.8+5=8.6m?？紤]到轉載機頭與皮帶搭接問題，為確保轉載機頭出煤角度合理，決定將轉載機道范圍內(nèi)巷道進行兩邊刷寬，每邊刷寬1.9m，長度90m。輔運順槽側巷道進行兩邊刷寬，每邊刷寬1.9m，長度232m。

3.6 卸料口搭接

生產(chǎn)初期刮板運輸機與轉載機呈126°鈍角搭接，卸料口易撒煤，運輸機喝循環(huán)煤。隨著工作面推進刮板運輸機與轉載機搭接角度按照每一個大循環(huán)6°遞減。前部運輸機受電機空間影響，刮板運輸機卸料口與轉載機搭接不合理，因此將前機頭抬高0.5m，增加卸料距離，以滿足生產(chǎn)需要。

3.7 支架設計優(yōu)化

考慮旋轉開采期間，易造成機頭段支架擠架、咬架，在工作面液壓支架設計進行了如下優(yōu)化：

1）支架具備底調(diào)千斤頂和頂梁、掩護梁分體式側護板功能，來動態(tài)調(diào)整支架間距，避免擠架影響生產(chǎn)、損壞設備。

2）考慮到機尾進五刀機頭進一刀，側護板活動側在機頭側，底調(diào)千斤頂伸出方向為機頭側。

3）考慮到調(diào)整支架狀態(tài)時主要是調(diào)支架前端方向，因此要求底調(diào)千斤頂安裝在后立柱往前的底座箱范圍內(nèi)。

4 主要結論

實踐證明，通過優(yōu)化工作面巷道設計、設備配套及生產(chǎn)工藝，強化現(xiàn)場施工管理，鮑店煤礦7302綜放工作面順利完成36°大角度旋轉開采，多回收煤炭資源28.6萬t，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。