倾斜分层综放工作面回采工艺调整研究

文章编号：2095-6835（2023）20-0074-03
倾斜分层综放工作面回采工艺调整研究
王伟
（华亭煤业集团山寨煤矿，甘肃平凉744100）
摘要：近年来，随着煤矿井下综放工作面设备机械化、智能化程度的不断提高，综放工作面生产能力显著提高，工作面回采过程中工艺调整及工作面标准化动态达标工作是提高工效的主要制约因素，因此，在综放工作面回采过程中提高回采工艺、加强工作面设备管理尤为重要。

通过分析综放工作面回采过程中影响回采效益的因素，优化回采工艺的应用措施，提高了综放工作面回采效益，实现了综放工作面安全高效生产作业。

关键词：倾斜分层；煤矿；回采工艺；高效生产
中图分类号：TD823.9文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.20.021
倾斜综放工作面伪斜回采管理是综采技术管理的关键，伪斜调整不当，不仅会使运输机上窜下滑，造成上下出口难以管理，而且容易导致支架歪架、倒架，使顶板失控，直接影响着煤矿的安全生产。

通过观察和分析研究，总结出了综放工作面伪斜超前距离经验公式，但随着地质条件和生产条件的变化，经验公式已越来越不适应技术管理的需要。

为此，在山寨煤矿25021综放工作面进行伪斜调整实验，同时对已回收的25021综放工作面实际伪斜进行统计分析，以寻求伪斜超前距离随煤层倾角的变化规律。

1概况
1.1工作面概况
山寨煤矿25021综放工作面布置在中侏罗统延安组第一段（J2y1）煤5层，为下分层回采工作面，工作面倾向长度188m，可采长度670m。

回采煤层为煤5层，属长焰煤，煤层结构简单，倾向在SW38°～53°之间，倾角在6°～10°之间，下分层煤层厚度9.5～16.0m 之间，平均厚度约为13.3m。

含夹矸0～4层，厚度在0.1～0.5m，岩性以泥岩、炭质泥岩为主。

煤5层抗压强度在2.68～19.28MPa之间，平均为10.77MPa；抗拉强度为0.26～1.53MPa，平均为0.62MPa，煤层硬度为2～3，层理发育，节理发育，煤质疏松，易垮落。

工业储量为221.60万t，按85%回采率计算工作面可采储量为188.36万t，沿煤层走向推进，采煤机割煤高度为3.5m，放顶煤高度为9.8m，采放比1∶2.8，工作面于2019-07-20开始回采，预计回采期11个月。

1.2工作面设备概况
工作面安装MG400/970-WD型采煤机1台，ZFY12000/23/35D两柱掩护式低位放顶煤中间支架100付（支架中心距1.75m），ZFG13000/25/38D四柱放顶煤过渡液压支架6付（上端头3付，下端头3付，支架中心距1.75m），中置式端头支架ZTZ26000/25/38D 型1付，前部刮板输送机（SGZ800/1050）和后部刮板输送机（SGZ800/1050）各1台，SZZ960/525型桥式转载机1台，PLM2200破碎机1台，采用远距离集中供电供液。

1.3采煤方法
25021综放工作面采用倾斜分层走向长壁综合机械化放顶煤采煤方法开采，全部垮落法管理顶板，回采结束后采用全封闭、黄泥灌浆处理采空区，工作面沿煤层走向推进，沿煤层底板回采，采煤机割煤高度为3.5m，放顶煤高度为9.8m，采放比1∶2.8，采用“单轮、间隔、多口”放煤方式，循环作业方式为“一采一放”，放煤步距0.8m，循环步距0.8m。

1.4回采工艺
工作面采用倾斜分层走向长壁综放采煤法，回采工艺流程为：交接班（质量验收）→安全确认检查→准备→端头作业→采煤机反向从进刀点向下割三角煤至工作面下端头→采煤机正向割煤→追机移架（滞后采煤机左滚筒三副支架依次追机移架）→滞后采煤机10m由下至上放顶煤（5#支架至102#支架）→采煤机割至上端头后反向清底煤→推移前部刮板输送机→拉后部刮板输送机→采煤机下端头斜切进刀→推移前部刮板输送机机头至煤壁处→移端头支架，即完成一个循环。

2工作面状态及原因分析
2.1下滑状态
25021工作面开切眼下口超前上口4m；2019-09-15平均推进约26.1m时，前部刮板输送机有下滑趋势，从2019-09-15中班开始安排下口搬刀，调整工作面伪
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斜，截至2019-10-05，工作面平均推进约61.5m时，设备（前后部刮板输送机、液压支架）基本稳定且开始有向上移动趋势（最大下滑状态：前部刮板输送机机尾距上沿帮4.8m，106#支架进入煤壁；前部刮板输送机机头距下沿帮1.7m，前部刮板输送机搭接450mm，下口行人宽度约700mm）。

2.2原因分析
第一，工作面伪斜距离的影响。

工作面在初采过程中，由于工作面伪斜小，下口超前上口2.4m，受采煤机截割阻力与向下运煤、设备本身自重的影响，导致前部刮板输送机下滑。

第二，后部刮板输送机拉移困难，移架时带动拉溜，造成支架头朝下倾斜。

一是工作面支架尾梁没有侧护板，在移架过程中漏煤严重，导致拉后溜阻力过大。

二是安装过程中，拉后部刮板输送机千斤顶隔一副支架安装一根，且安装在支架左侧，后部刮板输送机拉移困难。

三是拉后部刮板输送机千斤顶连接链长短不一，影响拉移。

综上原因，导致拉后部刮板输送机阻力过大，拉移困难，拉架过程中带动拉后部刮板输送机，导致支架头朝下倾斜，加速了前部刮板输送机下滑。

第三，回采过程中操作工艺不规范影响。

由于后部刮板输送机和支架的连接方式是软连接，安设在支架底座前端左侧，在拉后部刮板输送机过程中，由于阻力大，支架初撑力不足，拉后部刮板输送机的作用力过大使支架发生调斜，支架头朝下旋转，从而导致前部刮板输送机下滑。

第四，推溜移架方式的影响。

前溜下窜过程中，上行割煤、追击移架、从上向下推移前部刮板输送机、从下向上拉后部刮板输送机的方式，不能控制前部刮板输送机下滑。

第五，前部刮板输送机推移缸连接头的影响。

ZFY12000/23/35D两柱掩护式低位放顶煤液压支架采用“U”形连接头与前部刮板输送机连接，调整过程中阻力大，推移度小，调整困难，与以往的“一”字形连接头相比调整效果不明显。

3调整方案分析
3.1初次调整方案
第一，调整工作面伪斜程度，采用下口搬刀，合理调整工作面上下伪斜。

根据推移步距及前部刮板输送机下滑量，算得将工作面伪斜调整为下口超前上口14m时可以控制住前部刮板输送机下滑趋势。

前部刮板输送机推移步距及下滑量统计如表1所示。

表1前部刮板输送机推移步距及下滑量统计
单位：mm 项目数据统计平均值
推移步距762755764732764745754
下滑量56585562615056
计算方法：根据相关资料，在倾斜工作面，回采过程中前后刮板输送机、液压支架下滑不可避免。

将工作面调整成伪斜，使下端头超前上端头一定距离，是解决综放工作面支架与运输机下滑最有效的办法[1]。

超前距离（伪斜）可由以下方法求得：①设工作面（开切眼）采成与回风巷垂线成α角，若未呈现滑移现象，则运输机将上窜800sinα（m）。

其中，800为循环进度（实测循环步距平均为754mm）。

②实测每推进一个循环754mm，运输机下滑56mm。

③若要前部刮板输送机不下滑，必须754sinα=56，所以sinα= 0.0743。

设伪斜距离为X，则X=M sin a，其中M为工作面长度，取188m。

解得X=14m。

实践中，回采过程中将工作面调整为下口超前上口14m。

第二，改变推移前部刮板输送机方式，采用从下向上单向推移前部刮板输送机的方式控制前溜下滑。

第三，在拉移液压支架过程中，利用液压支架侧调千斤顶调整支架状态，防止支架头超下倾斜。

具体操作方式为拉移5#支架时，在确保6#支架初撑力符合要求的条件下，伸出6#支架的侧调缸，调整5#支架，采用此方法依次从下向上移架，防止支架头超下倾斜。

第四，控制工作面采高，确保支架接顶严实，初撑力符合要求，防止拉后部刮板输送机过程中带动拉移支架。

第五，增加拉后部刮板输送机千斤顶，确保后部刮板输送机回拉正常，防止后部刮板输送机滞后影响移架。

3.2调整过程变化和解决方案
3.2.1调整过程变化
根据初次制定的调整方案，在支架调整过程中，当工作面伪斜调整为下口超前上口14m时，工作面前溜下窜基本得到有效控制（状态为前部刮板输送机机尾距上沿帮2.62m，106#支架距上沿帮3.3m；前部刮板输送机机头距下沿帮2.5m，前部刮板输送机搭接550mm，后部刮板输送机距下沿帮265m，下口行人宽约700mm）。

但在工作面推进过程中，由于运输顺槽端头支架过零时水仓，底板松软，端头支架底座钻底严重，端头架拉移困难，拉架步距不足，造成机头整体滞后，工作面斜长拉长，从而导致前部刮板输送机及液压支架再次下滑。

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3.2.2
解决方案
根据工作面状态调整伪斜，防止前溜下滑，保证前后部刮板输送机与转载机搭接合理，确保下口出煤畅通。

调整拉后部刮板输送机拉移千斤顶连接链位置，分为2个步骤：①将拉后部刮板输送机千斤顶调整安装至支架上侧，拉架过程中带动支架头朝上倾斜，使前部刮板输送机及支架向上移动。

下滑时和上窜时拉后部刮板输送机千斤顶连接方式分别如图1和图2所示。

②在调整过程中，待前后部刮板输送机与转载机搭接正常，机头机尾及上下口位置合理时，将拉后部刮板输送机千斤顶安装位置调整为隔一副支架上下各安装一个拉后溜千斤顶的方式，这样有效防止了工作面设备在回采过程中下滑上窜不易控制的问题，起到了良好的控制作用。

调整后的拉后部刮板输送机千斤顶连接方式如图3所示[2]。

图1
下滑时拉后部刮板输送机千斤顶连接图
图2
上窜时拉后部刮板输送机千斤顶连接图
图3调整后的拉后部刮板输送机千斤顶连接图
移架作业过程中，利用支架侧调千斤顶调整支架状态，控制支架向下倾斜。

具体操作方式为：拉移5#支架时，在确保6#支架初撑力符合要求的条件下，伸出6#支架的侧调缸，调整5#支架，采用此方法依次从下向上移架，防止支架头超下倾斜。

及时检修更换拉后部刮板输送机千斤顶连接链，防止后溜回拉不正常，影响移架。

4回采过程中需注意的问题
第一，随着工作面的正常推进，根据两顺槽标高及地质情况，超前谋划，及时调整工作面状态，确保伪斜合理。

第二，回采过程中严格按作业规程规定的回采工艺正常回采，按照交接班（质量验收）→安全确认检查→准备→端头作业→采煤机反向从进刀点向下割三角煤至工作面下端头→采煤机正向割煤→追机移架（滞后采煤机左滚筒3副支架依次追机移架）→滞后采煤机10m 由下至上放顶煤（5#支架至102#支架）→采煤机割至上端头后反向清底煤→推移前部刮板输送机→拉后部刮板输送机→采煤机下端头斜切进刀→推移前部刮板输送机机头至煤壁处→移端头支架，完成一个循环。

特别是推移前部刮板输送机要严格按照既定的方案执行。

第三，加强对乳化液泵站及液压支架的检修维护，确保泵站压力符合要求，防止支架跑冒滴漏现象发生，确保支架初撑力符合要求。

第四，加强对后部刮板输送机连接链及拉后溜千斤顶的检修，确保后溜回拉正常，防止后溜滞后影响移架作业时拉后溜的反作用力使支架调斜，支架旋转
导致输送机发生下滑上窜。

第五，在移架过程中，发现支架有倾斜趋势时，及时用侧调千斤顶和侧护板调整，确保工作面液压支架与前后部刮板输送机垂直。

第六，回采过程中严格按作业规程规定的采高进行回采，确保支架接顶严实，初撑力符合规定。

第七，正常回采过程中，确保上下端头支架及前后部刮板输送机机头机尾推移步距合理一致，认真落实工作面“三直一平”，确保支架一条直线，防止上下口滞后，工作面呈“拉弓”形状态，这样在回采过程中很难控制工作面设备的滑移。

5结束语
通过现场的实践数据，得出超前距离（伪斜）计算方法（设伪斜距离为X ，则X =M sin a ，其中M 为工作面长度，sin a 取0.0743），对倾斜综放工作面伪斜调
整起到了很好的指导作用。

伪斜管理与工作面工程质量息息相关，应从每一个生产环节入手加以控制，尤其要保持运输机平直，保证支架有足够的初撑力，严格按正规流程循环作业，只有这样，才能实现矿井的高效生产。

（下转第79页）
数量。

3.3图像三维重建技术
在控制隧道超欠挖领域中，利用图像三维重建技术实现超欠挖检测也是一种新技术。

将图像三维重建应用到隧道施工中，有采集数据便捷、对正常施工干扰小、检测全面及检测结果精确等优点[11]。

运用三维图像重建技术，首先需要采集隧道点云数据，并对点云数据进行预处理，将点云数据中容易产生误差及多余的数据进行过滤处理，起到减少误差的作用；再基于预处理后的点云数据重建隧道三维曲面，并运用Delaunay三角剖分算法对所建隧道三维曲面进行计算；最后将计算后得到的隧道轮廓线与设计图纸上的隧道开挖标准轮廓线进行比对分析，得到隧道超欠挖的数量。

在运用此项技术过程中，还可以对施工方法进行不断调整，等价于三维图像上对参数的调整，来得到不同的施工方法情况下隧道超欠挖数量，从而基于三维图像重建得到最优的施工方式[12]。

4结论
目前，随着中国科技的发展，众多其他领域的成熟技术被应用至隧道超欠挖领域，传统方法都是根据经验或者计算公式对隧道超欠挖数量进行预估，这样的方法准确性较低，应用时步骤较为复杂。

将三维激光扫描技术、图像三维重建技术、BIM技术等运用至隧道超欠挖领域后，提供了更为便捷、更为准确的方法，俄和代隧道可采用新技术计算超欠挖的数量，并设计一个最优施工方案。

参考文献：
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作者简介：李鹏（1990—），男，本科，工程师，主要从事公路工程施工技术管理方面的工作。

（编辑：丁琳）
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作者简介：王伟（1990—），男，甘肃庄浪人，采矿工程师，研究方向为煤矿综放技术。

（编辑：王霞）
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