极松软综采工作面过转角新技术研究

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【摘要】　结合郑煤集团新郑煤电公司“三软”煤层综采回采技术，分析了11206工作面过转角的方案，并针对过19°大转角时压力增大情况进行数值模拟，得出的规律对以后综采工作面过转角有一定的借鉴意义。

【关键词】　转角；数值模拟；压力

前言

我国煤炭资源丰富，但煤层构造较为复杂，煤炭赋存条件变化较大[1]。目前大部分生产矿井开采条件已不再单一，对复杂条件下回采工艺的研究显得比以往任何时候都重要，极松软工作面回采时过转角属于新复杂条件下综采回采技术面临的新问题。对极松软条件下过大转角回采新技术的研究能提高“三软”煤层开采技术；节约成本，提高效能；增加安全，减少事故[2]。

郑煤集团有较多的综采工作面都存在过转角时扇形开采技术难题。过转角时若不采取特殊措施，将面临很多问题诸如：转载机与前、后部运输机将搭接不合理、转载机与皮带运输机将不能搭接，转载机抵住巷道下帮无法正常运转，皮带运输机接煤困难甚至不能接煤[3]，为解决上述问题，工作面下付巷将扩帮，扩帮后出现的大断面将导致顶板管理困难，增加工作量，增大吨煤成本的同时带来安全隐患。

1工作面概况

郑煤集团新郑煤电公司11206综采工作面是首采工作面，因受地质条件影响，在上付巷上18点东60m处和下付巷下20点东40m处各有一19°转角，工作面斜长为171.1m（均指中对中），若平推至上转角点时斜长为171.8m（图1中A位置），当机尾不动，过机头至下转角点时斜长为174.9m（图1中B位置），继续采至机头机尾推平时斜长为172.1m（图1中C位置），即：若按常规方法推进从A位置采到C位置工作面需旋转19°，相对目前斜长最长可增长3.8m，且下付巷需扩帮宽度过大，端头控顶距过长，工作面运输机与转载机无法正常搭接，转载机将不接煤，为此必须采取特殊措施方能顺利通过转角。

图1

图2煤层上方10m顶板的垂直应力分布特征图

2　过转角方案

过转角方案是：拆除第二部胶带输送机并安装电滚筒皮带。具体做法是：

1、工作面推进到转载机头距下拐点35m时一部皮带机尾向前缩30m，并且向前延伸二部皮带机头使之与一部皮带机尾搭接上。把皮带机头拆卸分运，由于二部皮带处于拐点，中心线是曲线，当皮带张紧后中间弯曲段会跑偏，为克服跑偏，增装一部电滚筒皮带。

2、由于巷道转角较大，本次过转角主要采用虚中心扇形转采法。过转角期间需要把一部皮带机尾向前拔10米，并拆除二部皮带。需要铺设1米宽电滚筒皮带，并且与一部皮带机尾进行对接。

3、根据经验值，取每调斜循环转角不超过1.5°（取1°），确定出输送机上拐点的最小间距为34.37m，实际生产取36m（24架），从而计算出调斜比例为5：1（机头：机尾），每调斜循环采用5刀。根据调斜比例和机头扇形弧长推算出整个调采过程需要18个循环，每个调斜循环弧长为3m。

采用先零后整的切割工艺，将工作面推平（工作面垂直于上下付巷），当采煤机采至机头时，向机尾方向上返到24架（36m）处　（以上滚筒中心线为基准。此时25架至机尾不推移输送机，24架至机头推移输送机）下返采煤机过机头1门。然后上返采煤机到48架后下返割煤，依次类推。割至第5刀时割一通刀，机尾进尺推0.6米，机头推进3米。第一调斜循环结束，开始下一循环。

3　开采技术

由于巷道转角较大（19度），工作面过转角时采用虚中心扇形转采法，即以下付巷为基准分成若干个大小扇形，采用先零后整的割煤工艺，过完所有扇形为一个循环，过完转角后正常回采。每班要求工作面过转角期间支架必须达到初撑力，及时移架，移架要迅速做到少降快移，需要超前支护时的必须及时拉架支护，防止造成冒顶事故。在工作面过转角期间，工作面斜长将发生变化，至拐点时最长，上端头将出现支架脱棚齿现象，在无支架支护区域可通过6m的长钢梁配合单体柱及时支护。在回采过程中，加强设备搭接管理，根据运输机与转载机搭接情况，确定推溜移架顺序，保证设备搭接合理，以前部机头能够正常出煤为基准，及时调整进刀方式，工作面通过侧护油缸、抬底油缸配合单体柱随时调整支架方向，尽量使支架方向与前部运输机方向垂直[4]。同时每班严格按规定推移运输机、移架，确保采面工程质量，避免出现支架上窜、下滑或挤架、倒架现象。保证下切口处支架与下付巷棚梁不脱节，及时采取调斜工作面的办法调整。

4过转角数值模拟分析

从上图2煤层上方10m顶板的垂直应力分布特征图可以看出，已开采区域如黑色网格所示，未开采区域的垂直应力明显较已开采区域大，该区域应力大部分在3MPa左右，而已开采区域的应力为1MPa左右。表明工作面转弯时在未开采的三角形区域产生应力集中，已开采区域顶板的不规则垮落也将引起未开采区域受到较大的压应力。

图3

开挖移分布特征图

图4、开挖体垂直应力分布特征图

上述两图3、4表明开采体区域的位移和垂直应力的分布特征，可以看出位移分布是以紧邻顺槽侧的为中心，不断向工作面中心发展，应力分布较为均匀。

图5　模型整移分布特征图

图6　煤层上方10m顶板的位移分布特征图

图5反映了位移对上覆岩层的影响，可以看出由于开采区域的不规则性引起模型右邦部分出现较大的下沉，模型左侧位移量较小。图6表明了工作面顶板上方10m的岩层位移特征，可以看出工作面顶板的位移分布与开挖体基本相同，均是以靠近顺槽侧为中心不断向工作面中心演化。

5　结论

（1）转载机过转角时拆除二部皮带，把一部皮带机尾向前延伸10米，在一部皮带机尾直接安装一部电滚筒皮带。（2）采用FLAC数值模拟软件模拟工作面过转角时，下切口应力大部分在3MPa左右，而已开采区域的应力为1MPa左右。表明工作面过转角时在未开采的三角形区域产生应力集中，已开采区域顶板的不规则垮落也将引起未开采区域受到较大的压应力。（3）制定出11206极松软工作面开采过转角技术方案，为极松软工作面开采工艺的安全性评价和制定有针对性的安全技术措施提供基础资料。（4）工作面顶板上方10m的岩层位移特征，可以看出工作面顶板的位移分布与开挖体基本相同，均是以靠近顺槽侧为中心不断向工作面中心演化；工作面靠近端头一侧顶板下沉量加剧。

参考文献

[1]　钱鸣高.矿山压力与岩层控制[D].　中国矿业大学出版社，2010，38（16）：88-89.

[2]　李建营，宋勤发.联合支护技术在动压影响下的软岩大巷中的应用[J]；煤矿支护；2008年01期

[3]　张国胜.大型可弯曲带式输送机静态设计理论研究[D]；辽宁工程技术大学；2001年

[4]　陶友奎；李帅.　综采工作面过大断层的技术实践[J]；煤；2009年03期

作者简介：韩绍永，男，　河南省登封人，助理工程师，本科，现就职于郑煤集团新郑煤电公司，主要从事采煤技术管理工作

（作者单位：郑煤集团新郑煤电公司）