大倾角厚煤层的旋转开采关键技术研究

祁集贤

（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西 长子 046600）

随着煤炭开采的不断深入，为了提升对煤炭资源的利用率，因此许多煤炭生产企业将目光投向了地质条件复杂的大倾角厚煤层的开采。大倾角厚煤层由于地质条件复杂，在开采中无法按正常的综采方法进行开采，而常用的放顶开采技术在实际应用中存在着顶板条件差、支护稳定性差，煤炭出采率低，效率低下的难题，严重限制了大倾角厚煤层的开采。根据实际工作经验，在大倾角厚煤层开采时，由于其综采时的进刀比例不同极易导致工作面上的推进速度不一致，使液压支架的移架出现偏斜，并最终导致在综采面上部和下部的矿压的显现规律不一致。因此本文提出了一种新的大倾角厚煤层的旋采技术，对其关键技术及控制方案进行了研究，根据实际应用其极大的提升了大倾角厚煤层综采作业的效率和安全性，具有十分重要的意义。

1 旋采技术方案设计

本文以某矿12124 综采工作面为研究对象，其综采面的巷道结构布局如图1 所示。

由图1 可知，该井下巷道综采作业面的倾角约为29°，其采高约为4 m，属于典型的大倾角厚煤层结构，由于其下侧的运输巷道为拐角式结构，使在综采过程中转过旋采拐点后只能进行俯斜开采，其俯采时的倾角达到了17°，综采难度较大。

由于该井下综采作业面结构复杂，因此为了避免在综采作业过程中反复调整顶板支撑导致旋采中心附近的顶板管理困难，因此提出了虚心旋采的工艺方案。

2 旋采工艺参数选择

在进行旋采作业时，其工作面的旋采的循环次数N和上下侧的旋采的长度差值Lc可分别表示为：

式中：L为支架的尾部在旋采前后的位移差；L1为进行一次旋采，支架向上移动的位移；Lw为工作面回风巷端部的旋采长度；Lt为工作面运输巷端的旋采长度；Lm为旋采工作面的长度；n为旋转，取18°。

由于在井下进行综采作业时工作面上的进刀比例通常为1∶2 以及1∶3，1∶5 等，当旋采作业时的进刀比例为1∶2 时，截割过程中的支架的调斜量较小，因此支架相对稳定，但是随着旋采作业的进行，其在旋采中心处的顶板支架需要反复的支撑，导致对顶板调整时的管理困难。当工作时的进刀比例为1∶5 时，虽然能够大幅的降低顶板管理的难度但是在割煤时斜调量过大，导致支架容易发生倾倒，而当工作时的进刀比例选择为1∶3 时能够较好的平衡旋采时支架稳定性和顶板管理的难度，因此在进行旋采作业时选择1∶3 的进刀比。

由于井下作业时的旋采半径为227 m，因此根据井下回风巷和运输巷的情况来判断旋采作业时的起始位置和旋采作业的距离，井下运输巷和回风巷的结构如图2 所示。

图2 回风巷和运输巷结构尺寸示意图

由进刀比可计算出当在综采面进行旋采作业时采煤机的尾部距离回风巷的转角点处（O″点）应该距离约34.2 m 处开始进行旋采作业，当推进到超出转角点34.2 m 时可结束作业，为了便于旋采作业，设置旋采距离时应设置为采煤机截割深度的整数倍，由于井下作业面内的运输巷的转角点和回风巷的转角掉相差了约4.5 m，因此在综采面下部的运输巷处应在第17.1 m 处开始进行旋采作业，当超过转角点6 m 后再结束旋采作业。

3 旋采关键技术

旋采作业之前，首先需要在机尾的20 m 的范围内设置预留空间，用于支撑刮板输送机稳定运行，然后将输送机的机头向上移动，同时在输送机向上运动，使其在输送机的机头位置设置一个2 m 长度的扩帮，一方面确保综采作业时避免刮板输送机下移，另一方面也方便转载机的调向。

将带式输送机的承载梁和转载机的方向和带式输送机的方向调整为一致，在对其进行转向调整时，首先在输送机承载梁的地方设置挖底，然后加强支护，使转载机的机尾部分接近于井下运输巷的上侧，最后再使输送机尾部、转载机机承载梁的方向一致。

在进行旋采作业时，按图3 所示的长刀和短刀的进刀比例进刀，进刀地点选择时可根据作业时的截割刀数而将综采作业面划分为3 段，然后在距离综采面下部机头的44 m，92 m，146 m 处分别进刀。

图3 旋采作业时短刀、长刀截割示意图

在旋采过程中，采取短刀斜切、单向截割的综采作业方式，在循环作业内进行反复的抹采，同时不断的调整支架的支护状态，时其找正，调直，在旋采作业的前期以大倾角的旋采作业为主，同时将单体支柱从下到上对刮板输送机进行支撑，避免旋采作业时输送机的下滑。当旋采段越过运输巷的转角点进入到俯伪斜面后，可确保刮板输送机有一定的下滑量。

4 旋采过程中的关键技术方案

在旋采过程如果工作面的长度加大，为了防止工作中刮板输送机的下滑则需要对回风巷进行扩下帮作业，如果工作面的长度降低，则需要对回风巷进行扩上帮作业，在进行扩帮作业时需要用工字钢对其进行加强处理。

刮板输送机的机头位置和转载机进行搭接作业时，需要将其机头的位置向外进行4 m 左右的扩帮作业，从而确保带式输送机和转载机的调向一致，使输送机的机头和转载机保持稳定的搭接。

在旋采过程中由于旋采中心端需要反复旋采，因此使巷道顶板需要反复的支撑，最终导致在旋采中心位置处的围岩发生破断，造成在旋采作业过程中的片帮事故，因此需要对工作面的顶部设置双层的金属防护网，并在支架的端部设置连接工字钢，支架组进行设置时其相邻间隙不得大于210 mm，避免出现漏顶事故。

该旋采工艺在某矿投入应用后其综采效率达到了常规综采面的94.3%左右，极大的提升了煤炭开采的经济效益和稳定性。

5 结论

本文针对在大倾角、厚煤层开采中所存在的问题，提出了一种新的旋采工艺，对其整体方案、开展方法及旋采关键技术进行了研究，结果表明：

1）当工作时的进刀比例选择为1∶3 时能够较好的平衡旋采时支架稳定性和顶板管理的难度。

2）刮板输送机的机头位置和转载机进行搭接作业时，需要将其机头的位置向外进行4 m 左右的扩帮作业，从而确保带式输送机和转载机的调向一致。

3）该旋采工艺的应用极大的提升了大倾角、厚煤层综采作业的效率和安全性。