大角度旋转综放工作面开采技术研究_周芳.pdf

研究 [J].内蒙古煤炭经济,2019 （09） 152- 154. [2] 任威, 卢明立,杨志明,闵令江,杨善国.重型刮板输送机张 力检测系统设计 [J].工矿自动化,2017,43 （03） 6- 9. [3] 高爱红.短距重载刮板输送机链传动啮合特性分析 [J].煤 炭工程,2016,48 （04） 135- 138. [4] 周书颖,曾羿博,周娟,于月森,左官芳.刮板输送机功率协 调与载荷均衡控制研究[J]. 煤矿安全,2016,47 （05） 77- 80. [5] 祝贺, 高新.后部刮板输送机载荷监视预警系统的设计与 应用 [J].中国煤炭,2015,41 （09） 74- 77. 作者简介 聂仕义， 男， 工程师， 1967 年 11 月， 1990 年 7 月毕业于 阜新矿业学院机械制造工艺与设备专业， 本科， 目前主要从 事煤矿运输设备和大型煤矿综采设备技术管理方面的工作。 （收稿日期 2019- 12- 6） 大角度旋转综放工作面开采技术研究 周 芳 ，魏永启 （东华建设地矿公司 ，山东 邹城 273500 ） 摘要 通过优化工作面设计和生产工艺优化，鲍店煤矿 7302 综放工作面实施 36大角度旋转， 多 回收煤炭资源 28.6 万 t， 社会经济效益显著。 关键词 综放工作面 ； 旋转开采 中图分类号 TD823文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 06- 0144- 03 Research on mining technology of large-angle rotating fully-mechanized caving face ZHOUFang , WEI Yongqi （Donghua Construction Geologyand Mineral Company, Zoucheng 273500 , China ） Abstract By optimizing the design of the working face and the optimization of the production process, the 7302 fully mechanized face in Baodian Coal Mine implemented a large- angle rotation of 36 , which recovered 286,000 tons of coal resources, which has significant social and economic benefits. Keywords Fullymechanized cavingface ; Rotarymining 0引言 兖州矿区经过长时间开采，煤炭资源日益减 少， 如何实现不规则块段的安全高效开采， 已成为 各矿面临一大难题。本文通过研究大角度综放工作 面旋转开采技术， 可有效解决工作面大角度旋转带 来的设备上窜下滑、 支架管理等诸多难题， 为类似 条件矿井开采提供了有力借鉴。本文以鲍店煤矿 7302 工作面旋转开采为工程背景， 对大角度综放工 作面开采技术进行了深入研究， 为矿井的安全高效 开采奠定了基础。 1工作面概况 鲍店煤矿 7302 综放工作面位于矿井七采区北 部， 是七采区西翼 3 煤层第一个工作面。北西起工 作面切眼， 距七采区边界线 10m， 距 5310 （N ） 工作面 采空区 119～138m； 南东至工作面设计停采线， 距待 掘的七采新回风巷 100m； 北东紧靠矿井边界保护煤 柱线， 距兴隆庄 3 煤采空区 50m； 南西邻尚未回采 的 7304 工作面。工作面煤层底板标高 - 350m～ - 521m/- 435m。 工作面煤层总体趋势为西北高东南低， 煤层产 状为走向 33～105～175，倾向 123～ 15～85， 煤层倾角 2～14， 平均 8。工作 面东南部煤层倾向变化较大； 工作面中部煤层倾角 较大， 最大 14。 由于七采区西部以“铺子断层”为采区边界， 7302 工作面切眼附近为不规则区域，按照常规布 置， 煤炭损失量大。采用 “旋转” 布置方案比 “常规” 布置可多回收煤炭资源 28.6 万 t。工作面辅运顺槽 超前胶带顺槽 168m， 旋转旋转弧长累计 232m； 旋转 段两巷高差最大 8m， 最小 1m； 切眼与胶带顺槽最大 夹角 126。7302 工作面旋转开采区域详见图 1。 7302 工作面自西北向东南推进， 其北顺槽作为 工作面辅运顺槽， 紧靠矿井边界煤柱线， 顺槽内布 置移动电站； 南顺槽作为工作面胶带顺槽， 靠工作 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 144 ChaoXing 面内侧布置胶带输送机， 为实体巷道。7302 工作面 主要回采巷道参数见表 1。 图 17302 工作面旋转开采区域示意图 表 1巷道断面参数表 工作面长度 288m，推进长度 1967m/2135m， 面 积 590305.6m2。煤厚平均为 9.05m， 基础储量 721.2 万 t。 2旋转开采主要制约因素 1） 辅运顺槽超前胶带顺槽 168m，旋转弧长 232m， 调面幅度大、 工期长， 工序复杂。 2）调面期间易造成运输机上窜下滑及咬架、 挤 架现象。 3）切眼与胶带顺槽夹角 126，胶顺端头形成 空顶三角区， 加之胶顺侧推进速度慢， 顶板维护困难。 4）工作面液压支架受后部运输机牵引限制， 调 架受阻。 5） 刮板运输机与转载机呈 126钝角搭接， 卸 料口易撒煤， 运输机喝循环煤。 3旋转开采技术 3.1工艺选择 3.1.1旋转开采方式 旋转开采阶段工作面长度 288m， 共有支架 165 组，旋转开采时机头标高为 - 360m，机尾标高 - 352m， 机头比机尾低 8m。 旋转旋转开采， 胶带顺槽 每进一刀， 辅运顺槽进五刀。 工作面以半径 288m 圆 做旋转旋转， 机尾机头按 51 旋转,此时工作面支架 旋转 0.6, 支架前梁头向机头方向偏移 86mm； 辅 运顺槽进 40m， 胶带顺槽进 8m， 此时工作面支架旋 转 6 度，支架前梁头向机头方向最大偏移 860mm； 胶带顺槽端推进约 46m，辅运顺槽端推进弧长 232m，直线长度 225m，工作面累计旋转角度为 34.8， 共需 5.8 个循环， 此时工作面调正， 两巷高 差 1m， 工作面进入正常生产阶段。 7302 工作面旋转 开采过程详见图 2。 图 2旋转旋转开采循环进尺示意图 3.1.2进刀方式 在初期旋转开采期间， 为了确保工作面溜子平 直， 进刀方式为 第一刀进 65 个支架， 煤机返回溜 尾； 第二刀进 115 个支架， 第三刀进 165 个支架 （机 头进 0.4m ） ， 第四刀进 85 个支架， 第五刀进 165 个 支 架 （机 头 进 0.4m ） 。 即 165- 100、 165- 50、 165- 1、 165- 80、 165- 1。旋转开采期间工作面液 压支架旋转角度及偏移距离详见表 2。 表 2支架旋转角度及偏移距离 3.2上窜下滑控制 1）旋转开采初期， 机头超前机尾 168m， 工作面 支架导向方位为机尾方向， 因工作面面长较长， 高差 相对较小， 机尾侧比机头侧高 8m， 所以设备自重下滑 影响较小，故初始阶段支架给运输机向机尾方向的 力， 导致运输机向机尾方向窜动。 在拉移支架过程中， 使用侧护板和底调千斤顶调整支架， 防止挤架。 2）设备安装时， 为了防止机尾过长以及保证前 后部与转载机的正常搭接， 需要在前后部运输机两 侧均安装安装 875mm 调节槽。 同时为了防止因旋转 开采造成工作面内支架挤架， 在工作面安装时保证 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 巷道 名称 进、 回风 断面 形状 净宽 （m ） 净高 （m ） 净断面 （m2） 支护形式 辅运 顺槽 进风梯形 4.8 （上） 5.2 （下） 4.120.5 锚网、 锚索、 钢带支 护 切眼回风梯形 9.0 （上） 9.5 （下） 3.532.37 锚网、 锚索、 钢带、 单体支柱联合支护 胶带 顺槽 回风梯形 4.8 （上） 5.2 （下） 3.517.5 锚网、 锚索、 钢带支 护 序号架号拉移次数 每次旋转角度 （ ） 每次前梁头偏移距离 （mm ） 1165- 10050.1217.2 299- 8040.1521.5 379- 5030.228.7 450- 120.343 145 ChaoXing 支架与运输机的角度控制在 90。 3）生产过程中， 工作面内支架旋转， 支架会出 现挤架现象， 在拉移支架过程中， 按照从机尾向机 头的次序拉移支架， 在拉移支架过程中， 使用侧护 板和底调千斤顶调整支架， 防止挤架， 同时保证支 架前立柱偏差控制在 50mm 以内。 4） 旋转开采时， 由于多进机尾和人工对支架进 行调向， 需定好中线对运输机运动趋势进行观测分 析， 当运输机位移量大于 0.5m 时， 则必须采取人工 对运输机窜动进行干预， 采用单体支柱或底调千斤 顶等方式调整运输机和支架的位置。 3.3工作面及端头支护 1）旋转开采过程中， 受铺子断层影响， 工作面 内可能出现顶板破碎等情况， 在旋转开采过程中需 要加强工作面内顶板管理，根据实际情况及时上 网、 上料维护顶板。 2）支架旋转后，机尾区域支架向机头移动， 机 尾区域支护强度明显降低， 届时机尾端头区域使用 单体支护配合工字钢加强对机尾区域的支护， 并对 巷道区域采取加密锚索的方式加强顶板支护强度。 3）切眼与胶带顺槽夹角 126， 胶顺端头形成 空顶三角区， 且机头支架频繁小步距移动， 反复支撑 顶板， 对顶板维护不利； 提前在正巷施工加密锚索， 加 强对顶板的支护强度。同时在生产过程中， 在机头段 支架处采用联网、 上料等方式加强对顶板的维护。端 头三角空顶区采用下抬棚的方式维护顶板。 3.4后部运输机整体拉移 7302 工作面前期旋转开采， 机尾高于机头 8m， 加上后部运输机为软连接， 如果生产期间出现后部 运输机整体往机头移动的情况， 则必须采取措施整 体往机尾方向移动后部运输机，经研究决定采用 ZF12000 支架拉后部千斤顶整体拉移运输机，将千 斤顶一端固定在支架尾梁上一端固定在溜槽拉移 座上，通过同时供液实现运输机整体移动的目的， 现计算需用千斤顶个数如下 X （G.μG.sina） / （F.cosb） 4192.4204 （0.358/288） / （207cos30） 11 式中 G 为后部运输机总重量 G （机头 机尾 过 渡 槽 中 间 槽 回 煤 槽 ） 9.8 （17127kg17127kg25838kg1561895kg156 545kg ）9.84192.4204kN； μ 为 摩 擦 系 数 ， 取 0.35； a 为后部运输机角度,sina8/288； F 为拉后部千 斤顶拉力； b 为拉后部千斤顶与底板夹角， 取 30 经计算，整体移动后部运输机需用 11 个拉后 部千斤顶。 3.5旋转段巷道刷宽 支架在旋转开采一个循环时， 支架前梁头向机 头摆动 860mm， 整个旋转部分推完需要 5.8 个循环， 则设备整体最大下滑量为 8605.84.988m，约为 5m， 综合考虑胶带顺槽巷道设备布置情况， 巷道宽 度计算如下 B 转载机小支架宽度 人行道宽度 支架整体下滑量 2.80.858.6m。 考虑到转载机头 与皮带搭接问题，为确保转载机头出煤角度合理， 决定将转载机道范围内巷道进行两边刷宽， 每边刷 宽 1.9m， 长度 90m。 辅运顺槽侧巷道进行两边刷宽， 每边刷宽 1.9m， 长度 232m。 3.6卸料口搭接 生产初期刮板运输机与转载机呈 126钝角搭 接， 卸料口易撒煤， 运输机喝循环煤。随着工作面推 进刮板运输机与转载机搭接角度按照每一个大循 环 6递减。 前部运输机受电机空间影响， 刮板运输 机卸料口与转载机搭接不合理， 因此将前机头抬高 0.5m， 增加卸料距离， 以满足生产需要。 3.7支架设计优化 考虑旋转开采期间，易造成机头段支架挤架、 咬架， 在工作面液压支架设计进行了如下优化 1） 支架具备底调千斤顶和顶梁、 掩护梁分体式 侧护板功能， 来动态调整支架间距， 避免挤架影响 生产、 损坏设备。 2） 考虑到机尾进五刀机头进一刀， 侧护板活动 侧在机头侧， 底调千斤顶伸出方向为机头侧。 3） 考虑到调整支架状态时主要是调支架前端 方向， 因此要求底调千斤顶安装在后立柱往前的底 座箱范围内。 4主要结论 实践证明， 通过优化工作面巷道设计、 设备配 套及生产工艺， 强化现场施工管理， 鲍店煤矿 7302 综放工作面顺利完成 36大角度旋转开采， 多回收 煤炭资源 28.6 万 t， 取得了良好的社会和经济效益。 作者简介 周芳 （1980-） ， 女， 山东省邹城市人， 现为东华建设地矿 公司技术人员， 取得多项技术成果。 （收稿日期 2020- 09- 03） 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 146 ChaoXing