弓仲標(biāo)

(國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司大柳塔煤礦，陜西 榆林 719315)

0 引言

活雞兔井1-2煤復(fù)合區(qū)特厚煤層為該礦井主采煤層之一，煤層平均厚度為10.0 m，屬淺埋藏近水平煤層，節(jié)理裂隙不發(fā)育，煤層韌性好且易自燃，最短自然發(fā)火期為37 d。2005年上分層12上202綜采面已回采完畢，回采厚度為4.0 m，下分層采用綜放工藝，回采厚度剩余6.0 m。大量的邊角煤柱遺留在采空區(qū)，不但造成資源浪費(fèi)，而且造成自然發(fā)火重大隱患，為了進(jìn)一步提高資源回收率，利用切眼調(diào)斜設(shè)計(jì)把邊角區(qū)域也納入回采工作面，然而，在工作面初采階段不但要面臨調(diào)斜及調(diào)正問(wèn)題，更要預(yù)防過(guò)上覆集中煤柱期間出現(xiàn)壓架事故，給工作面安全回采帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。通過(guò)對(duì)活雞兔井12下202綜放面初采階段調(diào)斜及調(diào)正出煤柱工藝的介紹，對(duì)初采期間安全技術(shù)措施實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)，為今后類(lèi)似工作面的安全開(kāi)采提供借鑒。

1 工作面初采概況

12下202綜放工作面走向長(zhǎng)度1 124.5 m，工作面面寬為249.8 m，回采總體呈負(fù)坡推進(jìn)(俯采)，切眼附近煤層底板標(biāo)高最高為1 126.55 m；工作面設(shè)計(jì)采高為3.7 m，放煤高度為2.3 m，采放比為1∶0.62；工作面巷道采用外錯(cuò)式布置(即下分層綜放面的順槽、切眼、回撤通道都布置在實(shí)體煤柱內(nèi))[1]，切眼采用調(diào)斜設(shè)計(jì)，初采期間工作面不采用強(qiáng)制放頂，利用過(guò)上覆集中煤柱的切頂泄壓作用，避免下層煤出煤柱的位置與初次來(lái)壓位置相疊加[2]；其中機(jī)尾切眼回采幫煤壁距上分層切眼煤柱邊界6.05 m，位置相疊加[2]；其中機(jī)尾切眼回采幫煤壁距上分層切眼煤柱邊界6.05 m，機(jī)頭切眼回采幫煤壁距離上分層煤柱邊界20.45 m，機(jī)尾相對(duì)超前機(jī)頭14.4 m；下分層切眼與下分層切眼調(diào)斜角度為2°～7°，12下202切眼巷道布置如圖1所示。

圖1 12下202工作面切眼巷道布置

2 工作面調(diào)斜及調(diào)正方案

2.1 工作面調(diào)整方案概述

12下202綜放工作面在初采階段由于工作面切眼與上分層切眼呈一定調(diào)斜角度，支架在安裝前期就出現(xiàn)支架推拉桿與運(yùn)輸機(jī)打斜，局部支架間相互擠架，拉后溜鏈子卡阻支架后座等現(xiàn)象，造成支架移架、拉后溜困難。在工作面調(diào)整過(guò)程中不可一次性調(diào)整到位，防止因連續(xù)加甩刀引起工作面竄動(dòng)嚴(yán)重造成設(shè)備擠幫[3]或者設(shè)備損壞，要采用分次逐步加甩刀的方法進(jìn)行調(diào)整，因此工作面調(diào)整分為4個(gè)階段。

第1階段為工作面調(diào)直階段，此階段集中把中部彎曲段調(diào)直，分為3個(gè)短刀1個(gè)通刀，2個(gè)短刀1個(gè)通刀，總計(jì)進(jìn)7刀煤；短刀主要進(jìn)刀中部滯后段，通刀為整個(gè)工作面全部進(jìn)刀，割通刀時(shí)要由機(jī)頭向機(jī)尾推溜，從而抵消反向推溜時(shí)產(chǎn)生的擠壓力，調(diào)直階段結(jié)束后要保證工作面從機(jī)尾到機(jī)頭呈一條直線(xiàn)。

第2階段為縮短工作面機(jī)尾相對(duì)超前機(jī)頭的距離階段，采取連續(xù)進(jìn)機(jī)頭7刀，使得工作面機(jī)尾相對(duì)超前機(jī)頭9.44 m，在此過(guò)程中要盡量將工作面調(diào)整平直。

第3階段為工作面斜推出煤柱階段，在此階段工作面整體進(jìn)13刀，從而保證機(jī)尾出煤柱7 m，在此過(guò)程中采取甩機(jī)尾加機(jī)頭的方式。

第4階段為工作面調(diào)正出煤柱階段，在此階段工作面采取甩機(jī)尾或加機(jī)頭的方式進(jìn)刀，使工作面整體出煤柱。

2.2 工作面調(diào)整過(guò)程

第1階段首先調(diào)整工作面斜度，主要采用“三短一長(zhǎng)”進(jìn)刀的進(jìn)刀方式，即分別從工作面距機(jī)頭70 m、140 m、210 m處分別向機(jī)頭進(jìn)短刀，短刀進(jìn)刀后跑空刀返回，第3次短刀割完后，由機(jī)頭端部斜切進(jìn)刀，反向入窩吃三角煤，然后再?gòu)臋C(jī)頭至機(jī)尾進(jìn)一個(gè)通刀，進(jìn)刀示意如圖2所示。

圖2 “三短一長(zhǎng)”調(diào)斜進(jìn)刀示意

“三短一長(zhǎng)”進(jìn)刀完成后工作面再進(jìn)行“兩短一長(zhǎng)”進(jìn)刀，“兩短一長(zhǎng)”進(jìn)刀方式與“三短一長(zhǎng)”類(lèi)似，只是少進(jìn)一個(gè)短刀。工作面推溜工推溜時(shí)，確保前運(yùn)輸機(jī)在拐點(diǎn)兩側(cè)平直，彎曲段過(guò)渡平緩，觀察、控制運(yùn)輸機(jī)竄動(dòng)情況；推彎曲段時(shí)將推溜行程設(shè)置為430 mm，推溜架數(shù)為10架[4]，確保每次推溜只推半個(gè)油缸行程，推溜期間，推溜工須一手把住支架急停閉鎖，一旦出現(xiàn)異常情況時(shí)，可立即停止推溜；安排專(zhuān)人手動(dòng)拉后溜，注意觀察拉后溜鏈子與支架后座的刮卡情況，要根據(jù)實(shí)際情況分多次進(jìn)行拉后溜，確保后溜不出現(xiàn)前后錯(cuò)茬或刮板刮卡現(xiàn)象；工作面正常段滯后移架時(shí)，正常推前運(yùn)輸機(jī)、拉后運(yùn)輸機(jī)，吃三角煤必須保證滯后采煤機(jī)不少于18 m的彎曲段距離。第1階段調(diào)斜結(jié)束后，工作面機(jī)尾相對(duì)超前機(jī)頭15.49 m，工作面相對(duì)上覆切眼斜度為4°，第1階段調(diào)斜示意如圖3所示。

圖3 第1階段調(diào)斜示意

第2階段調(diào)斜為縮短工作面機(jī)頭、機(jī)尾的相對(duì)距離，調(diào)斜總原則為機(jī)尾端保持不動(dòng)，機(jī)頭側(cè)連續(xù)循環(huán)加刀。當(dāng)煤機(jī)在工作面中部或者機(jī)頭附近一定距離，保證預(yù)留距離滿(mǎn)足機(jī)頭方向正常推溜，且彎曲段距離不低于18 m；期間安排專(zhuān)人監(jiān)護(hù)采煤機(jī)拖拽電纜運(yùn)行情況，防止電纜掉落或者刮卡溜槽，尾滾筒司機(jī)注意及時(shí)清理底層電纜夾板上的煤塊；當(dāng)煤機(jī)割至機(jī)尾端頭后只需拉直電纜即可空刀返回入窩直接向機(jī)頭割煤；當(dāng)工作面機(jī)頭側(cè)連續(xù)循環(huán)進(jìn)7刀后，最終使機(jī)尾相對(duì)超前機(jī)頭9.44 m，100 #～120 #支架架后采空區(qū)局部開(kāi)始垮落，工作面相對(duì)上覆切眼斜度為2°，此過(guò)程中須盡量將工作面調(diào)整平直，第2階段調(diào)斜示意如圖4所示。

圖4 第2階段調(diào)斜示意

第3階段為工作面斜推出煤柱階段，此階段使工作面保持2°的斜度，整體分段，漸次斜推安全通過(guò)煤柱。當(dāng)工作面推進(jìn)至靠近機(jī)尾側(cè)的上覆調(diào)車(chē)硐室時(shí)，上覆硐室兩側(cè)的煤柱懸臂梁，將側(cè)向翻轉(zhuǎn)擠壓工作面頂煤，在縱向切頂?shù)淖饔孟率辜芮绊斆喝靠迓洌瑢?dǎo)致支架壓力劇增，此時(shí)工作面采取從來(lái)壓位置至機(jī)尾側(cè)加刀，結(jié)合后溜放煤措施進(jìn)行泄壓，直到該區(qū)域壓力穩(wěn)定；當(dāng)局部壓力增大時(shí)禁止向機(jī)頭方向加刀，防止工作面出現(xiàn)大面積來(lái)壓，因不能快速加刀進(jìn)行甩壓而出現(xiàn)壓架事故。整個(gè)過(guò)程先機(jī)尾后工作面，先后斜推出煤柱，在機(jī)頭側(cè)工作面支架沒(méi)有通過(guò)上分層煤柱之前，工作面頂板處于一端固支，一端簡(jiǎn)支梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，此時(shí)工作面支架在該結(jié)構(gòu)下開(kāi)采時(shí)所受壓力較小，基本是支架給予頂板的初撐力。綜上所述，該階段均衡等于工作面連續(xù)進(jìn)13刀，最終使機(jī)尾側(cè)推出煤柱7 m，工作面從45架至機(jī)尾段全部安全推過(guò)煤柱，除機(jī)頭段外，工作面采空區(qū)基本全部垮落，而此時(shí)機(jī)頭側(cè)正處于煤柱邊緣附近，第3階段斜推整體示意如圖5所示。

圖5 第3階段調(diào)斜示意

第4階段是工作面的調(diào)正階段，也是工作面機(jī)頭段出煤柱階段，此階段工作面再次采取甩機(jī)尾加機(jī)頭的方式進(jìn)刀，使工作面全部出煤柱。當(dāng)工作面支架逐漸到達(dá)煤柱外側(cè)直至完全處于煤柱外側(cè)邊界時(shí)，固支梁已演變?yōu)閼冶哿航Y(jié)構(gòu)，隨著工作面的推進(jìn)，懸臂梁將會(huì)垮斷，造成頂板失穩(wěn)從而再形成鉸接梁，該鉸接梁的一端與原煤柱鉸接，另一端則直接壓在支架上方，造成支架壓力急劇增大，從而使安全閥開(kāi)啟，導(dǎo)致活柱下縮量增大。工作面調(diào)正階段，應(yīng)保證每次加刀前運(yùn)輸機(jī)在拐點(diǎn)兩側(cè)平直，且彎曲段過(guò)渡平緩，機(jī)頭側(cè)累計(jì)連續(xù)快速推進(jìn)11刀，當(dāng)工作面全部推過(guò)上覆集中煤柱，進(jìn)入上覆切眼下時(shí)調(diào)正階段結(jié)束，第4階段調(diào)正示意如圖6所示。

圖6 第4階段調(diào)斜示意

3 工藝措施總結(jié)

3.1 工程質(zhì)量管理

采高管理：工作面推進(jìn)7 m后，開(kāi)始沿底板回采，以底控頂，并將工作面采高最大化至3.9 m，保證了立柱活柱行程，為工作面初次來(lái)壓做準(zhǔn)備，采高最大化也是防止出現(xiàn)壓架事故的重要措施。

頂?shù)装骞芾恚簢?yán)格執(zhí)行“以底控頂”回采，杜絕大起大落，原則上抬落刀幅度不得大于±100 mm，工作面過(guò)渡平緩。

支架管理：初采期間加強(qiáng)支架管理，保證支架不倒架、不咬架、不錯(cuò)茬，及時(shí)調(diào)整架形，保證確保支架接頂效果。移架必須保證“跟機(jī)、帶壓、擦頂”移架，支架工緊跟采煤機(jī)前滾筒，每次移架保證少降快拉，降柱行程不大于200 mm；來(lái)壓期間采取邊降架、邊收平衡、邊拉架，減少支架降柱行程等措施，移架結(jié)束后保證初撐力一次性升到位，尾滾筒司機(jī)及時(shí)打出護(hù)幫板進(jìn)行護(hù)幫。

兩端頭過(guò)渡：工作面兩端頭平緩過(guò)渡，端頭鏟煤板前掃刀次數(shù)不得低于3次，防止出現(xiàn)割不透煤壁或端頭搭橋事故，影響安全生產(chǎn)。

3.2 設(shè)備維護(hù)

合理控制采煤機(jī)速度，特別是吃三角煤入窩段以及返空刀期間，防止損壞采煤機(jī)各部件。

初采期間應(yīng)及時(shí)拉回后部運(yùn)輸機(jī)，收回支架尾梁和插板，減少支架對(duì)地投影面積；出煤柱老頂來(lái)壓期間，后運(yùn)輸機(jī)開(kāi)始放煤從而減緩支架載荷，放煤后須再次對(duì)支架進(jìn)行補(bǔ)液，保證支架初撐力達(dá)到25.2 MPa以上。

3.3 工作面調(diào)斜

調(diào)斜工作面選擇機(jī)尾側(cè)優(yōu)先出煤柱，使初次來(lái)壓由機(jī)尾不斷向機(jī)頭分多次多段來(lái)壓[5]，優(yōu)點(diǎn)是一次性垮落頂板面積小，壓力集中影響區(qū)通常只集中在8#～10#架范圍內(nèi)，但來(lái)壓強(qiáng)度相對(duì)較劇烈；來(lái)壓區(qū)域必須及時(shí)拉出超前支架進(jìn)行避壓，使附近兩側(cè)的支架共同分擔(dān)壓力。

控制運(yùn)輸機(jī)竄動(dòng)時(shí)，通過(guò)采取偽斜推進(jìn)、改變推、拉溜方式、調(diào)整割煤工藝等方式[6]，可有效地控制運(yùn)輸機(jī)的上竄下滑；放頂煤工作面竄動(dòng)直接影響前后運(yùn)輸機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)的搭接情況，搭接過(guò)寬時(shí)導(dǎo)致前后運(yùn)輸機(jī)大塊煤難以卸貨或在卸載點(diǎn)卡阻，搭接過(guò)窄時(shí)會(huì)造成運(yùn)輸機(jī)卸貨不徹底，導(dǎo)致底鏈拉回煤，從而影響運(yùn)輸機(jī)的正常運(yùn)行。

調(diào)斜工作中要嚴(yán)格保證工程質(zhì)量，每個(gè)分段點(diǎn)要確保工作面區(qū)段內(nèi)的支架、運(yùn)輸機(jī)、煤壁都處在一條直線(xiàn)上[7]，即工作面“三直”，放頂煤工作面“三直”，還需要注意后運(yùn)輸機(jī)的平直，特別是在各拐點(diǎn)的彎曲度，為下一階段調(diào)斜工作打好基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

(1)初采階段利用特殊的調(diào)斜工藝在不進(jìn)行強(qiáng)放的條件下處理采空區(qū)，使采空區(qū)懸頂分段逐次垮落，既可減小過(guò)上分層集中煤柱時(shí)集中應(yīng)力的影響范圍，防止出現(xiàn)壓架事故，又可避免大面積懸頂垮落時(shí)颶風(fēng)傷人。

(2)綜放工作面調(diào)斜工藝不同于綜采工作面，在初采調(diào)斜階段，須注意后運(yùn)輸機(jī)管理，特別是后運(yùn)輸機(jī)的彎曲度以及拉后溜結(jié)構(gòu)件的維護(hù)，防止人為損壞后運(yùn)輸機(jī)構(gòu)件，從而影響工作面正常推進(jìn)。

(3)調(diào)斜回采工藝技術(shù)，主要適用于切眼小角度調(diào)斜巷道設(shè)計(jì)，既可提高切眼外側(cè)邊角煤的順利回收，又保證初采期間工作面安全高效回采，同時(shí)拓寬綜采工作面的設(shè)計(jì)思路，具有借鑒及推廣價(jià)值。