張晉鄂

(山西煤炭進出口集團有限公司 煤炭銷售分公司， 山西 太原 030006)

隨著煤礦開采的不斷深入，煤炭資源逐漸變少，開采條件變得越來越復雜，對于工作面開采而言，提高煤炭資源的回收率成為亟需解決的問題。在20世紀八九十年代，我國首次試驗了孤島工作面開采中采用轉(zhuǎn)采技術，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，對于轉(zhuǎn)采技術的研究取得了豐碩成果，但是針對特定條件下的轉(zhuǎn)采技術，特別是遇到大斷層和大傾角時還需繼續(xù)深入研究。以山煤集團左云長春興煤業(yè)有限公司22#煤層南盤區(qū)22307工作面為研究對象，對遇到大斷層和大傾角時采用轉(zhuǎn)采技術進行探究，以提高煤炭資源回收率，保證煤礦開采效率。

1 工作面概況

左云長春興煤業(yè)有限公司現(xiàn)主采石炭系太原組22#煤層，煤層賦存穩(wěn)定，井田區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復雜，正斷層較發(fā)育，所揭露斷層均以西北走向延伸，落差較大。特別是現(xiàn)采南盤區(qū)范圍內(nèi)，斷層發(fā)育密集。盤區(qū)中部存在一條F11正斷層，斷層落差30 m，西北走向，傾向東南，斜交于盤區(qū)中部，走向長度達3 000 m，將整個區(qū)域一分為二，徹底破壞了原設計東西布置工作面的構(gòu)想，且該斷層影響范圍較大，次生斷層密集，為工作面規(guī)劃布置帶來困難。通過對該區(qū)域設計進行優(yōu)化，將原工作面東西向布置改變?yōu)檠財鄬幼呦虿贾?，并在井田邊界旋轉(zhuǎn)布置，調(diào)整工作面走向與邊界一致，采取轉(zhuǎn)采的方式對南盤區(qū)中部井田邊界內(nèi)煤炭資源進行回收。

22307綜放工作面為條帶式布置弧形轉(zhuǎn)采工作面，工作面設計長230 m，運輸順槽長1 603 m，回風順槽長1 970 m；設計工作面轉(zhuǎn)采區(qū)域以運輸順槽采位658.3 m位置為圓點，回風順槽推進177.8 m，成弧形?，F(xiàn)工作面已回采至562.4 m，距轉(zhuǎn)采拐點剩余95.9 m. 轉(zhuǎn)采區(qū)域煤層平均厚度約11.2 m，東高西低，南高北低，平均傾角2°，煤層普氏硬度2～3，轉(zhuǎn)采時受F147斷層(H=1.1 m，∠60°)影響，工作面45#—85#液壓支架段可能出現(xiàn)頂板破碎、煤壁片幫等現(xiàn)象。平面布置見圖1.

工作面運輸順槽選用SZZ1200/700型轉(zhuǎn)載機配套ZY2700皮帶機自移機尾形成運煤系統(tǒng)。由于該轉(zhuǎn)載機長55 m，其鉸接槽不能水平彎曲，機尾槽最大水平彎曲±0.6°，造成其無法保證在轉(zhuǎn)采過程中與運輸順槽皮帶和工作面前后部刮板輸送機正常搭接而形成運煤系統(tǒng)。

圖1 22307綜放工作面平面布置圖

2 工作面轉(zhuǎn)采技術

2.1 工作面轉(zhuǎn)采前的準備工作

1) 拆除皮帶轉(zhuǎn)彎機構(gòu)、推移轉(zhuǎn)載機及端頭支架。

在工作面推進至轉(zhuǎn)載機尾距轉(zhuǎn)采拐點80.5 m時，對轉(zhuǎn)采拐點處皮帶轉(zhuǎn)彎機構(gòu)進行拆除，并將轉(zhuǎn)載機和端頭支架先行推移至運輸順槽一段正?；夭晌恢?，并在轉(zhuǎn)載機尾增設3節(jié)刮板槽。

2) 安裝轉(zhuǎn)采輸送機。

在運輸順槽二段原轉(zhuǎn)載機位置安裝一部SGZ1200/700型刮板輸送機(以下簡稱轉(zhuǎn)采輸送機)，承擔轉(zhuǎn)載機功能，前部與轉(zhuǎn)載機搭接，后部與工作面前后部刮板輸送機搭接，形成運煤系統(tǒng)，見圖2.

圖2 推移轉(zhuǎn)載機、端頭支架平面圖

3) 保護工作面電纜。

在轉(zhuǎn)載機及端頭支架推移至運輸順槽一段后，由于設備列車與工作面間部分電纜失去轉(zhuǎn)載機電纜槽保護，暴露在巷道中，為了防止回采過程中電纜被采煤機滾筒割斷，故將電纜改至運輸順槽北幫。

4) 原端頭支架處加強支護。

將轉(zhuǎn)載機和端頭支架先行推移至運輸順槽一段正?；夭晌恢煤螅瑢е略祟^支架位置處空頂，需在該區(qū)域采用“井字”木垛+單體液壓支柱聯(lián)合加強支護：

a) 轉(zhuǎn)載機推移前，在轉(zhuǎn)載機機尾后部采用2.5 m、1.5 m長道木架設1架木垛，木垛架設規(guī)格為2 m×1 m；架設完畢后向外補打兩排單體液壓支柱進行支護，單體液壓支柱排向平行于順槽軸線方向。b) 在工作面運輸順槽出口處支設2排單體液壓支柱，距煤柱0.9 m，柱距1.2 m，距煤壁0.8 m，見圖3.

圖3 工作面機頭支護圖

5) 正?；夭伞?/p>

在轉(zhuǎn)采設備安裝完成后，工作面繼續(xù)正?；夭芍燎安抗伟遢斔蜋C機頭距轉(zhuǎn)采拐點6 m處；轉(zhuǎn)采輸送機刮板槽隨采隨拆，根據(jù)工作面頂板情況，每推進4～7 m，拆除2～4節(jié)，每拆除兩片刮板槽，并在距轉(zhuǎn)采輸送機機尾1～1.5 m處采用1.5 m長道木架設一架木垛，木垛架設為1 m×1 m“井”字型，最后剩余21 m供轉(zhuǎn)采時使用；隨著工作面回采，在工作面轉(zhuǎn)采開始前，將轉(zhuǎn)載機尾調(diào)整至轉(zhuǎn)采拐點附近，確保工作面轉(zhuǎn)采時運煤系統(tǒng)正常。

6) 調(diào)整支架移后溜千斤頂及側(cè)護板。

由原來隔架一組(2架)移后溜千斤頂工作改成每架機尾側(cè)(1架)移后溜千斤頂工作，保證工作面轉(zhuǎn)采時后部刮板輸送機受力均勻;同時將支架前部側(cè)護板鎖死，在拉架時利用后部側(cè)護板推拉油缸的作用，將支架后部向機尾側(cè)頂，使支架調(diào)向，確保工作面正常旋轉(zhuǎn)。

7) 轉(zhuǎn)采拐點處加強支護。

工作面轉(zhuǎn)采時，由于端頭支架前移，1#支架處出現(xiàn)空頂且面積較大，機頭側(cè)支架調(diào)架時，頂板受到支架的反復支撐作用，導致該處頂板壓力較大、破碎，需加強支護，以保證該區(qū)域頂板完整性，確保工作面運輸順槽出口安全可靠：

a) 在工作面前部刮板輸送機機頭推進距轉(zhuǎn)采拐點15 m時，1#—30#支架開始不放煤。b) 轉(zhuǎn)采拐點處采用DW45型單體液壓支柱支護，間距1.2 m；轉(zhuǎn)采輸送機機頭北部采用1.5 m、1.5 m長道木架設4架連體木垛，見圖4.

圖4 工作面轉(zhuǎn)采拐點支護示意圖

2.2 轉(zhuǎn)采工藝

22307綜放工作面在采位658.3 m處進行轉(zhuǎn)采，主要轉(zhuǎn)采操作如下：

1) 轉(zhuǎn)采工序及技術要求。

a) 工作面進行調(diào)刀開采，機頭每推1刀進200 mm，機尾推一刀進800 mm. 機頭每推一遍，機尾推8遍，此為一個循環(huán)，即一個大循環(huán)下來機頭推進0.2 m，機尾推進6.4 m. b) 機尾調(diào)刀方式為奇偶調(diào)刀，即采煤機割至機尾后，先從工作面上頭依次找到90#、70#、30#、1#為一個大循環(huán)，然后，再從工作面上頭依次找到100#、60#、40#、1#為一個大循環(huán)，循環(huán)往復，進行轉(zhuǎn)采。

2) 確定轉(zhuǎn)采起始位置。

在兩巷給出轉(zhuǎn)采點位置、轉(zhuǎn)采范圍、轉(zhuǎn)采關鍵點(起點、中點、終點、分段點)。轉(zhuǎn)采圓心點為運輸順槽煤壁側(cè)幫線(設計線)交點，該次轉(zhuǎn)采角度約45°，回風順槽(工作面機尾處)轉(zhuǎn)采長度約180 m，根據(jù)一個大循環(huán)機頭推進為0.2 m，機尾推進為6.4 m，將轉(zhuǎn)采圓心點前6 m定為運輸順槽轉(zhuǎn)采起始點，即轉(zhuǎn)采結(jié)束時工作面機頭正好位于轉(zhuǎn)采圓心點處，見圖5.

3) 工作面前后刮板輸送機與膠帶輸送機間轉(zhuǎn)載搭接。

由于受轉(zhuǎn)載機長度影響，將轉(zhuǎn)載機和端頭支架在轉(zhuǎn)采前先行拉移至轉(zhuǎn)采后正常回采位置，再新鋪設一部刮板輸送機替代轉(zhuǎn)載機的功能與轉(zhuǎn)載機搭接。同時在轉(zhuǎn)采期間根據(jù)工作面走向變化及支架調(diào)架情況，及時調(diào)整該刮板輸送機位置及方向，保證工作面正常出煤。

圖5 22307綜放工作面轉(zhuǎn)采起止位置平面圖

4) 工作面轉(zhuǎn)采圓心點區(qū)域頂板管理。

工作面轉(zhuǎn)采時，由于端頭支架前移，1#支架處出現(xiàn)空頂，面積較大，下頭支架需要調(diào)架，頂板受到支架的反復支撐作用，導致該處頂板壓力較大、破碎，需加強支護；在1#支架處原轉(zhuǎn)載機位置補打木垛及支設單體液壓支柱進行支護，同時在轉(zhuǎn)采期間對工作面1#—6#支架頂板進行掛網(wǎng)，1#—30#支架區(qū)域不進行放煤，保證該區(qū)域頂板完整性，確保下出口安全可靠。

5) 工作面支架及刮板輸送機的調(diào)整。

22307工作面轉(zhuǎn)采期間，隨著工作面循環(huán)推進，跟隨每次調(diào)刀對前部刮板輸送機進行推移，同時將液壓支架隨工作面的旋轉(zhuǎn)而調(diào)正，后部刮板輸送機會隨著支架的調(diào)節(jié)而向上竄，導致后部刮板輸送機與轉(zhuǎn)載機搭接不上；施工中將支架后部刮板輸送機推拉油缸鏈條與后部刮板輸送機錯位連接，在后部刮板輸送機上竄時通過油缸傾斜用力，將后部運輸機拉回正確位置。

6) 轉(zhuǎn)采收尾。

在工作面轉(zhuǎn)采期間，隨轉(zhuǎn)采進度推移，轉(zhuǎn)載機尾隨之向下推移，在新設刮板輸送機與轉(zhuǎn)載機方向一致，且轉(zhuǎn)載機后退可與工作面前后部刮板輸送機正常搭接時，分解新設刮板輸送機由工作面前部刮板輸送機運輸至工作面回風順槽，將轉(zhuǎn)載機后退與工作面支架齊平，恢復正常工作面運輸線路搭接，進行正常回采作業(yè)。

2.3 工作面轉(zhuǎn)采過程時間節(jié)點

2020年3月3日—3月6日，工作面推進至機頭590 m，機尾583.5 m處，距轉(zhuǎn)采點68 m. 工作面停產(chǎn)，對轉(zhuǎn)采拐點處皮帶轉(zhuǎn)彎機構(gòu)進行拆除，并將轉(zhuǎn)載機和端頭支架先行推移至運輸順槽一段正常回采位置，并在轉(zhuǎn)載機尾增設3節(jié)刮板槽。

2020年3月22日四點班，工作面推進至機頭650 m，距轉(zhuǎn)采點8 m，工作面開始轉(zhuǎn)采。

2020年4月6日—7日，轉(zhuǎn)采累計推進約130 m，工作面前部刮板輸送機具備與轉(zhuǎn)載機搭接條件。工作面拆除轉(zhuǎn)采刮板輸送機，恢復轉(zhuǎn)載機和端頭支架。

2020年4月16日，工作面機尾推進至轉(zhuǎn)采結(jié)束點，標志著22307工作面轉(zhuǎn)采安全平穩(wěn)結(jié)束。

3 工作面轉(zhuǎn)采期間礦壓分析

3.1 工作面壓力情況

1) 4月3日，機頭推進至654 m，機尾推進至750.2 m，307工作面85#—105#、63#—73#支架壓力顯現(xiàn)，安全閥未開啟，采高3 m.

2) 4月6日，機頭推進至662 m，機尾推進770.2 m，307工作面早班30#—90#支架壓力顯現(xiàn)，115#—機尾采高超高；中班32#—65#支架壓力顯現(xiàn)，采高3.0 m.

3) 4月11日，機頭推進至667.8 m，機尾推進至798.2 m，工作面29#—38#、123#—131#頂板壓力顯現(xiàn)，采高3.5 m.

3.2 KJ564礦壓監(jiān)測軟件分析結(jié)果

307工作面共布置133臺支架，此次分析，計算了工作面(2020年3月22日夜班—2020年4月16日夜班)8個區(qū)域工作阻力，統(tǒng)計工作面機頭區(qū)域(4#—20#支架)、中部1區(qū)(21#—34#支架)、中部2區(qū)(35#—48#支架)、中部3區(qū)(49#—62#支架)、中部4區(qū)(63#—76#支架)、中部5區(qū)(77#—90#支架)、中部6區(qū)(91#—100#支架)、機尾區(qū)域(111#—122#支架)共109個支架的工作阻力；以17、12、14、14、14、14、14、10臺支架寬度做為1個分析區(qū)域?qū)挾?，并以區(qū)域內(nèi)全部支架同一循環(huán)工作阻力均值變化特征，研究工作面區(qū)域礦壓變化規(guī)律。

1) 機頭區(qū)域(4#—20#支架)、中部1區(qū)(21#—34#支架)、中部2區(qū)(35#—48#支架)、中部3區(qū)(49#—62#支架)、中部4區(qū)(63#—76#支架)、中部5區(qū)(77#—90#支架)、中部6區(qū)(91#—100#支架)、機尾區(qū)域(111#—122#支架)分別經(jīng)歷了2、1、2、4、3、3、3、3次完整的基本頂周期來壓。

2) 頂板周期來壓步距變化為13.1～53.8 m，均值為24.3 m，折合割煤刀數(shù)平均30刀；頂板周期來壓步距均方差為0～21.5 m，其中中部6區(qū)頂板周期來壓步距變化最大，為3.8～50.4 m.

3) 機頭區(qū)域來壓步距3.8～44.8 m，均值為24.3 m；中部1區(qū)來壓步距53.8～53.8 m，均值為53.8 m；中部2區(qū)來壓步距5.1～47.2 m，均值為26.2 m；中部3區(qū)來壓步距5.1～31.2 m，均值為13.1 m；中部4區(qū)來壓步距5.6～43.2 m，均值為18.4 m；中部5區(qū)來壓步距5.6～25.6 m，均值為18.7 m；中部6區(qū)來壓步距3.8～50.4 m，均值為19.9 m；機尾區(qū)域來壓步距9.6～31.2 m，均值為20.0 m.

4 工作面轉(zhuǎn)采技術效果分析

4.1 工作面轉(zhuǎn)采技術與管理效益分析

1) 轉(zhuǎn)采拐點處大斷面頂板管理。

a) 工作面轉(zhuǎn)采準備期間，在轉(zhuǎn)載機向前推移時，轉(zhuǎn)采拐點處頂板反復支撐，造成頂板錨索部分失效。為保證頂板完整，對端頭支架前移造成的部分失效錨索進行補打。

b) 在工作面機頭推進至距轉(zhuǎn)采拐點15 m時，1#—6#支架采取掛網(wǎng)+掛鋼絲繩的方式，1#—30#支架開始不放煤。

c) 采用“單體柱+木垛”加強支護。轉(zhuǎn)采拐點處采用DW45型單體液壓支柱密集支護，轉(zhuǎn)采輸送機機頭北部架設4架連體木垛。

d) 補強幫部支護。轉(zhuǎn)采點處煤壁幫掘進期間采用“玻璃鋼錨桿+復合網(wǎng)”進行支護，該區(qū)域受超前壓力影響，容易造成片幫。在轉(zhuǎn)采前，重新掛菱形網(wǎng)、補打金屬錨桿對巷幫進行加強支護。

e) 由于工作面采煤機割煤0.2 m精確掌握難度較大，同時在轉(zhuǎn)采時工作面前部刮板輸送機下竄時，需對工作面機頭進行推進。機尾推進至130 m時，機頭頂板壓力逐漸顯現(xiàn)，經(jīng)現(xiàn)場分析，工作面前部刮板輸送機具備與轉(zhuǎn)載機搭接條件，拆除轉(zhuǎn)采刮板輸送機，恢復端頭支架和轉(zhuǎn)載機，工作面機頭開始向前推進。

2) 上下端頭懸頂管理。

a) 轉(zhuǎn)采期間回風順槽推進較快，采空區(qū)懸頂面積超過規(guī)定，及時進行退錨，保證頂板及時垮落。

b) 運輸順槽轉(zhuǎn)采點機頭硐室空間較大，硐室設計時加密了錨索支護，但在轉(zhuǎn)采過程中，發(fā)現(xiàn)頂板無法及時垮落。經(jīng)綜合分析，頂板不能及時垮落的直接原因是機頭硐室支護強度過大，在今后的設計中要結(jié)合礦井實際，綜合考慮機頭硐室的支護強度。

3) 工作面安全出口寬度管理。

22307工作面回風順槽首次采用超前支架支護，若轉(zhuǎn)采弧形巷道仍按照正?；仫L順槽寬度4.6 m施工，將會造成轉(zhuǎn)采調(diào)刀期間工作面機尾安全出口寬度小于0.8 m，造成重大安全隱患，故在該段巷道施工時，按照巷道中心不變原則，將巷道兩側(cè)均增加了0.5 m，即轉(zhuǎn)采弧形巷道寬為5.6 m.

盡管采取了巷道加寬的措施，轉(zhuǎn)采期間仍存在前后部刮板輸送機與端尾支架安全出口寬度不足的現(xiàn)象，今后在設計轉(zhuǎn)采工作面時，考慮工作面長度適當加長0.5 m，保障上下安全出口暢通。

4) 轉(zhuǎn)采刮板輸送機管理。

在轉(zhuǎn)采設備安裝完成后，工作面繼續(xù)正?；夭芍燎安抗伟遢斔蜋C機頭距轉(zhuǎn)采拐點8 m處。轉(zhuǎn)采輸送機刮板槽隨采隨拆，根據(jù)工作面頂板情況，每推進4～7 m，拆除2～4節(jié)，每拆除兩片刮板槽，并在距轉(zhuǎn)采輸送機機尾1～1.5 m處打一個木垛，直至轉(zhuǎn)采輸送機最后剩余21 m供轉(zhuǎn)采時使用。

5) 刮板輸送機上竄下滑控制。

a) 在工作面轉(zhuǎn)采期間，隨著回采的推進，工作面走向發(fā)生變化，在拉架時利用支架前端作為支點，使用本架后部側(cè)護板將支架尾部調(diào)向，保證工作面支架與走向一致；若側(cè)護板無法實現(xiàn)調(diào)整支架形態(tài)時，使用單體液壓支柱進行調(diào)整。

b) 隨著工作面轉(zhuǎn)采，后部刮板輸送機將相對向“下滑”，此時采用機尾側(cè)移后溜千斤頂將后部刮板輸送機及時向機尾方向調(diào)整；同時要及時調(diào)整轉(zhuǎn)采輸送機位置及方向，保證工作面運煤系統(tǒng)正常。

c) 為保證工作面正常轉(zhuǎn)采，防止工作面刮板輸送機“下滑”，采取“單向推溜”方式，刮板輸送機由機頭向機尾依次推進；并將工作面機頭處支架前部方向微向機尾處調(diào)整，使“支架推拉框架+底座”形成“杠桿”向機尾方向出力。

d) 轉(zhuǎn)采過程中，由于機尾推進速度較快，根據(jù)實際情況，在工作面前部刮板輸送機出現(xiàn)“下滑”趨勢時調(diào)整機尾進刀為機頭進刀，進刀方式與機尾進刀方式一樣成鏡像處理。

6) 優(yōu)化回撤聯(lián)巷布置。

根據(jù)22303工作面轉(zhuǎn)采經(jīng)驗，優(yōu)化回撤聯(lián)巷布置，將回撤通道布置在轉(zhuǎn)采區(qū)域以外，保證了轉(zhuǎn)采刮板輸送機在轉(zhuǎn)采結(jié)束時的回撤通道。同時將轉(zhuǎn)采區(qū)域和回撤聯(lián)巷分開布置，降低了工作面轉(zhuǎn)采期間的頂板控制難度，減小了工作面轉(zhuǎn)采難度。在施工該聯(lián)巷時，吸取22303工作面回采過聯(lián)巷時的聯(lián)巷頂板支護強度不夠，造成頂板破碎、下沉等現(xiàn)象的經(jīng)驗， 增加錨索支護密度，加強聯(lián)巷頂板支護強度。

4.2 經(jīng)濟效益分析

1) 采用轉(zhuǎn)采工藝，相較原工作面東西走向布置，減少順槽掘進巖巷約500 m，節(jié)約巷道成本近500萬元；減少一次工作面搬家，節(jié)約成本約1 000萬元。

2) 采用轉(zhuǎn)采工藝，將22307工作面東北三角區(qū)域資源回收最大化，根據(jù)轉(zhuǎn)采設計，轉(zhuǎn)采區(qū)域可多回收煤炭30.5萬t，實際回收資源約36萬t，創(chuàng)造利潤4 860萬元。

5 結(jié) 語

1) 根據(jù)山煤集團左云長春興煤業(yè)有限公司22#煤層南盤區(qū)22307工作面的具體實際情況，介紹了22307工作面采用轉(zhuǎn)采技術進行開采的準備工作，為轉(zhuǎn)采技術的實施奠定了基礎，保證了22307工作面應用轉(zhuǎn)采技術后順利回采。

2) 在工作面轉(zhuǎn)采過程中進行了礦壓觀測，分析了轉(zhuǎn)采區(qū)域內(nèi)全部支架同一循環(huán)工作阻力均值變化特征，研究了工作面區(qū)域礦壓變化規(guī)律。

3) 采用轉(zhuǎn)采工藝，相較原工作面東西走向布置，減少順槽掘進巖巷約500 m，節(jié)約巷道成本近500萬元；減少一次工作面搬家，節(jié)約成本約1 000萬元。將22307工作面東北三角區(qū)域資源回收最大化，多回收資源約36萬t，創(chuàng)造利潤4 860萬元。