苗 廣

(山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)香源煤業(yè)，山西 呂梁 030500)

引 言

隨著煤炭開(kāi)采的不斷深入，多數(shù)淺煤層、簡(jiǎn)單地質(zhì)條件下的煤炭資源已經(jīng)被采掘殆盡，為了確保人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)煤炭資源的需求，越來(lái)越多的煤炭生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)始將目光投向復(fù)雜地質(zhì)條件下的厚煤層，但因多數(shù)厚煤層所處的地質(zhì)條件差，其頂板巖層礦壓波動(dòng)大、褶曲、斷層發(fā)育等，使常規(guī)的綜采作業(yè)手段無(wú)法很好地適應(yīng)井下復(fù)雜的綜采作業(yè)環(huán)境[1]，嚴(yán)重影響了煤礦井下的煤炭生產(chǎn)效率，而且造成了煤炭資源的極大浪費(fèi)，因此，迫切需要對(duì)厚煤層的綜采作業(yè)工藝進(jìn)行研究，提高井下的綜采作業(yè)效率和煤炭采出率，確保復(fù)雜地質(zhì)條件下厚煤層綜采作業(yè)的安全性。

1 旋轉(zhuǎn)綜采技術(shù)方案的確定

本文以某礦綜采面的實(shí)際情況為研究對(duì)象，其傾角約18°，平均綜采高度為3.7 m，當(dāng)采用旋轉(zhuǎn)綜采技術(shù)方案時(shí)，旋采工作面上的旋轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)N與上、下端旋采長(zhǎng)度差值Lc之間的關(guān)系可表示為式(1)～式(3)[2]。

(1)

(2)

X=Lt/(Lc+Lt)

(3)

式中：L為支架的尾部在旋采開(kāi)始后向上移動(dòng)的距離，m；L1為一次旋采后支架尾部向上移動(dòng)的距離，m；r為支架的長(zhǎng)度，取5.2 m；n為支架從開(kāi)始工作到旋采結(jié)束所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，取18°；Lw為綜采工作面回風(fēng)巷一側(cè)旋采的長(zhǎng)度，m；Lt為綜采工作面運(yùn)輸巷一側(cè)的旋采長(zhǎng)度，0.8 m；Lm為綜采工作面的長(zhǎng)度，取156 m；X為采煤機(jī)在運(yùn)輸巷與回風(fēng)巷的進(jìn)刀比。

在進(jìn)行旋采作業(yè)時(shí)，綜采工作面的下部和上端的進(jìn)刀比通常為1∶1、1∶3、1∶5，通過(guò)對(duì)不同進(jìn)刀比的分析，在不同進(jìn)刀情況下的旋采工藝參數(shù)如表1所示。

表1 不同進(jìn)刀比情況下的旋采參數(shù)對(duì)比

根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果，當(dāng)采用的進(jìn)刀比為1∶1時(shí)，在綜采作業(yè)時(shí)其支架的調(diào)斜量最小，旋采過(guò)程中穩(wěn)定性高，但需要多次進(jìn)行循環(huán)旋采，頂板支架反復(fù)支撐，難以進(jìn)行頂板管理；當(dāng)采用1∶7的進(jìn)刀比時(shí)，雖然旋采循環(huán)次數(shù)最少而且頂板支架進(jìn)行反復(fù)支撐，但是每次旋采時(shí)支架的調(diào)斜量最大，造成支架穩(wěn)定性降低，旋采過(guò)程中極易發(fā)生倒塌的情況；而采用1∶4的進(jìn)刀比時(shí)，既可避免旋采循環(huán)次數(shù)多造成的綜采效率低下，而且也可以有效地保證每次支架的調(diào)斜量，確保支架在整個(gè)旋采過(guò)程中的穩(wěn)定性，因此最終確定其旋采時(shí)的進(jìn)刀比為1∶4。

根據(jù)選定的進(jìn)刀比，及綜采工作面的旋轉(zhuǎn)半徑，可計(jì)算得出在旋采作業(yè)時(shí)旋采的起始點(diǎn)和旋采的距離[3]，如圖1所示。

由圖1可知，進(jìn)行旋采作業(yè)時(shí)，機(jī)尾應(yīng)從距離回風(fēng)巷的拐點(diǎn)(O″)提前35.6 m開(kāi)始旋采作業(yè)，并且在通過(guò)拐點(diǎn)后的35.6 m停止旋采作業(yè)。由于實(shí)際巷道內(nèi)工作面的運(yùn)輸巷道的拐點(diǎn)和回風(fēng)巷的拐點(diǎn)之間相差約5.5 m，所以在綜采工作面下端的運(yùn)輸巷中應(yīng)該提前開(kāi)采的距離為上端的1/2，即，17.8 m開(kāi)始進(jìn)入到旋采中，當(dāng)通過(guò)下部的運(yùn)輸巷的拐點(diǎn)為5.5 m時(shí)終止旋采。

圖1 綜采工作面的旋轉(zhuǎn)開(kāi)采示意圖

2 旋轉(zhuǎn)綜采技術(shù)方案的應(yīng)用

在進(jìn)行旋采作業(yè)中，為了確保綜采效率和綜采作業(yè)的安全性，在工作面上選擇采煤機(jī)的機(jī)頭進(jìn)1刀，機(jī)尾再進(jìn)3刀的進(jìn)刀比。根據(jù)預(yù)先計(jì)算的截割刀數(shù)將綜采作業(yè)面分成平均的3段，并將每段的起始點(diǎn)作為該段的進(jìn)刀點(diǎn)(圖2中所示的第52 m，第104 m，第156 m)，沿著采煤機(jī)機(jī)尾的方向進(jìn)行截割作業(yè)。在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)時(shí)利用單向截割、長(zhǎng)刀側(cè)切的綜采作業(yè)方案[4]，在一個(gè)循環(huán)綜采周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)多次的截割抹采，并及時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，并調(diào)整液壓支架的支護(hù)狀態(tài)，使其支護(hù)穩(wěn)定、平直，在綜采作業(yè)的巷道頂板壓力波動(dòng)大的區(qū)域需要采用液壓支柱單體進(jìn)行輔助支護(hù)作業(yè)，循環(huán)旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)示意圖如圖2所示。

在旋采作業(yè)中，前半段為大傾角的旋采作業(yè)，刮板輸送機(jī)工作時(shí)的傾角較大，因此，為了避免刮板輸送機(jī)的下滑，需要在巷道內(nèi)設(shè)置一定的單向支柱，對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行支護(hù)，避免刮板輸送機(jī)工作時(shí)的受力下滑。隨著旋采作業(yè)的進(jìn)行，當(dāng)通過(guò)運(yùn)輸巷的拐點(diǎn)后，則進(jìn)入到了偽斜開(kāi)采區(qū)域，此時(shí)要求刮板輸送機(jī)具有一定的下滑量，因此，此時(shí)需要調(diào)整單向支柱的方向，使刮板輸送機(jī)具有一定的下滑量，確保旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)的順利進(jìn)行。

圖2 循環(huán)旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)示意圖

3 旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)的安全技術(shù)措施

在旋轉(zhuǎn)綜采作業(yè)中，由于不可避免地要造成巷道頂板反復(fù)支撐，使支護(hù)位置處的頂板巖壁受力破碎，極易導(dǎo)致在綜采作業(yè)時(shí)的片幫問(wèn)題，因此，應(yīng)對(duì)液壓支架的頂梁和護(hù)幫板的支護(hù)工序進(jìn)行優(yōu)化，提高液壓支架支護(hù)作業(yè)時(shí)的防片幫措施，避免綜采作業(yè)時(shí)發(fā)生片幫問(wèn)題。

因選擇的進(jìn)刀比為1∶4，因此在進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程中也必然會(huì)導(dǎo)致支架的移位，使支架間相互擠架、歪斜，故根據(jù)實(shí)際工作驗(yàn)證，可將工作面上的支架進(jìn)行排齊，其誤差應(yīng)小于±60 mm，同時(shí)，確保作業(yè)面上支架的中心距離要符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，從而能夠有效地避免綜采作業(yè)時(shí)的倒架現(xiàn)象。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)厚煤層綜采工藝缺點(diǎn)的分析，根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)提出了新的厚煤層大采高旋轉(zhuǎn)綜采技術(shù)，對(duì)其工作原理和應(yīng)用方法進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

1) 采用1∶4的進(jìn)刀比時(shí)，既可避免旋采循環(huán)次數(shù)多造成的綜采效率低下，又可以有效地保證每次支架的調(diào)斜量，確保支架在整個(gè)旋采過(guò)程中的穩(wěn)定性；

2) 在回風(fēng)巷進(jìn)行綜采作業(yè)時(shí)，進(jìn)行旋采作業(yè)時(shí)，機(jī)尾應(yīng)從距離回風(fēng)巷的拐點(diǎn)(O″)提前35.6 m開(kāi)始旋采作業(yè)，并且在通過(guò)拐點(diǎn)后的35.6 m停止旋采作業(yè)；

3) 在運(yùn)輸巷進(jìn)行綜采作業(yè)時(shí)，17.8 m開(kāi)始進(jìn)入到旋采中，當(dāng)通過(guò)下部運(yùn)輸巷的拐點(diǎn)后5.5 m時(shí)終止旋采。