摘要：通过对矿区实际情况做相关实地分析，对综合机械化设备的程度及水平的比对，考虑到断层等地质条件的影响，对工作面的优化设计进行综合分析比较。采取一定的措施手段，有效维持矿井正常生产，缓解工作面衔接紧张的局面。由于采煤生产技术与经验并不丰富，在地质允许的情况下，不断加大工作面推进长度，进一步减少矿井生产过程中的倒安装次数，不断提高矿井采出率。基于此，本文主要对综采工作面优化设计与应用进行分析探讨。
关键词：综采工作面；优化设计；应用
1、前言
唐山开滦林西矿业有限公司为百年老矿，井深巷远、矿山压力比较大，资源储量枯竭，工作面走向长度较短，倒安装频繁，造成回采衔接紧张，为了最大程度的回收煤炭资源，减少倒安装次数，缓解回采衔接的紧张局面，对2023-2工作面进行优化设计，实施跨石门开采，可有效提高回采率，降低万吨掘进率，合理开发资源，缓解回采工作面衔接紧张的局面，具有较好的经济效益和社会效益。根据薄煤区域、煤柱线及地质资料分析，将工作面延伸着12石门以东140米，走向方向与上伏1023工作面一致，面长修改为110米，减少跨石门开采时的采动压力影响，达到最佳的优化效果。本文以此为背景，对综采工作面优化设计与应用进行总结分析。
2、综采工作面的优化设计
2.1优化煤巷的工作面布置
对煤巷的工作面布置按照煤层不同的类型及开采煤矿实际情况，可简单分为单巷、双巷及多巷等形式。一般综采煤层工作面进回风巷时，经常采用双巷布置方式，目的是为满足矿井在通风、排水、快速掘进及运输等方面的需求，确保施工安全。巷道在施工结束后，当工作面采至工作面预定收尾位置时，对机巷和风巷进行互相调换，可在综采工作面置入必要的通风系统，并合理调整运煤系统。
2.2优化工艺技术
a)综采工作面进行施工时可采用过联巷回采法，在距离联巷20m及距离原锚杆巷道大约20m内，采用1m限位梁与单体支柱相配合的方法，走向支护，保证回采进程顺利。连体木垛被应用在穿层巷道与下位巷道的煤层处，规定严格的走向与倾向标准。在联巷架设木垛时要保持相对整齐，外漏部分要控制在150mm范围内，要求木垛架设时要牢固，在十字塔接触的地方用耙钉固定，上下之间隙缝用木楔垫实。在木垛与煤层地板线相平层面，应顺着工作面方位放置半圆木，要求摆放整齐，用耙钉将最上面的4层半圆木钉牢固，方便运输机与支架顺利通过。此外，支架位置摆放要紧密，比如可以用一些编织袋充实，这样会增强木垛支护力度。应注意的是，支架在通过木垛上方时，要将支架稍微降低一定高度，并缓慢向前移动，在此过程要注意供液的缓慢性；
b)在工作面折弯距离为20m时，采用综采工作面进行施工时可用机头来摆脱机尾大幅度回采，提升资源回收利用率，能争取更多工作面回采时间，为综采工作面设计制造提供较多便利。
3、实施工艺优化技术
3.1旋转工艺法
旋转工艺法由两种旋转方式组成：虚中心旋转与实中心旋转。两者之间存在较大差异：虚中心旋转是指工作面回风巷必须按照严格标准的比例对工作面进行甩采，由于甩采过程较慢，旋转角度问题很大，花费时间也比较长；而实中心旋转时，综采工作面一端要保持固定，但在实际操作中，实中心旋转机头处不够灵活，顶板与煤壁接触压力较大，不容易维护。因此，在综合考虑两者之间优缺点后，结合使用虚实中心旋转能实现工艺优化后的效果。
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3.2综采设备多通道回撤设计
回撤通道是一个可供设备回撤的专用空间，综采工作面停采后，可保证设备安全顺利回撤前进，目的是为综采工作面液压支架及采煤机等回采设备提供有利回撤空间，保持设备回撤路线畅通。相对于传统通道搬家，回撤辅巷多通道技术克服了费用高、时间长及安全威胁等问题，根据实际地质条件，不断总结实践经验，实现综采工作面快速转移与矿井高质量生产。
多通道回撤是一项包含布置辅巷多通道、支护巷道方式的技术。在综采工作面施工过程中可形成一条辅巷多通道系统，在综采工作面附近巷道开拓出一条可供工作面液压支架和其它设备回撤的巷道，作为主回撤通道，其工作面均为矩形断面，工作面设备型号可根据断面尺寸确定。另一条巷道可辅助回撤运输，称为辅回撤通道，它能满足支架搬运行驶及设备搬运的需求。采用回撤通道的方法，不仅使得工艺技术得到优化，还为综采工作面高产高效提供便利前提条件。
4、实际操作中所面临的难题与对策
a)根据工作面的巷道布置，在回采工作面结束前，要按照要求对工作面进行旋转，使工作面顺利进入过渡阶段。由于考虑到煤层倾角较大情况，可根据实际情况制定相应安全举措，采用实心斜刀调斜方式，实现综采工作面安全生产；
b)由于煤层顶板易被压迫，所受压力较大，导致工作面两巷道支护难度增加。根据实际情况，可对直径和长度进行相应调整，满足生产需求。对局部套棚可采用复合式支护方式，尽可能满足生产需求；
c)综采工作面回采时间比较长，且巷道变形较大，不利于运输。利用运输大巷作为集中皮带的机道，对工作面皮带设备采用分段技术施工，并分期将此设备投入使用，尽量减少巷道维修力度；
d)综采工作面回采过程较复杂，需多次旋转调面、上山回采及下山回采等，且要求比较严格，需周期性地设定回采工艺的每个主要环节。针对这种情况，可在实践之前对相关人员进行技术培训，多次练习，掌握先进技术设备；针对不同阶段回采分别采用不同工艺，并制定合理措施，以此保证回采过程安全与顺利。
5、正常回采期间架后悬顶处理
5.1综采工作面中部区域悬顶处理
综采工作面回采过程中，如遇到坚硬、厚度大、完整性好的顶板，回采时架后顶板不易紧跟支架冒落，架后悬顶面积过大。为防止顶板突然大面积垮落造成伤人，需要进行超深孔爆破强制放顶措施。例如0871工作面在正常回采期间出现了中部悬顶问题，悬顶长度一般达到30～50m，宽度达8～10m，采取超深孔爆破的方法进行了处理:①打眼方法。采用刮板输送机将钻机运到需要强制放顶的位置，降下1台支架，在相应的顶板位置施工炮眼。②炮眼布置。每处只施工1个炮眼，即单孔布置，炮眼直径为90mm，炮眼长度依据架后悬顶距离来确定，炮眼仰角为30°，炮眼与工作面夹角30°，向采空区后方施工炮眼。
5.2综采工作面端头架后三角区悬顶处理
综采工作面两端头架后三角区域的顶板由于三角效应一般不易垮落，加上受到锚杆、锚索支护的悬吊作用，顶板更不易垮落。当悬顶面积过大存在飓风安全隐患时，需要采取超深孔爆破强制放顶或退锚的方法进行处理，低瓦斯综采工作面三角区悬顶面积大于150m2或悬顶长度超过30m时应采取强制放顶措施，三角区悬顶面积超过50m2或悬顶长度超过10m时应采取退锚措施。
6、结语
经过对综采工作面时跨巷道、过联巷及旋转开采的实验与研究，该优化后的综采工作面所取得效果得到有关部门认可，不仅在一定程度上缓解了工作面持续紧张的局面，且减少了倒安装次数，工作效率得到了提升。在综采工作面优化设计中，可将回采区工作面整合推进，减少综采面的破除与安装；同时也简化了运输系统，增加设备储量，最大程度减小巷道掘进量。对综采工作面的设计优化，实现了对工作面的有效推进，拉长了工作面推进长度。在较短时间内，能布置好复杂地带的工作面情况，同时为开采煤矿提供了丰富经验，既创新了开采工艺，又使得管理水平得到提高，有效促进了社会效益与经济效益共同发展的局面。
参考文献：
［1］岳中文，杨仁树，闫振东，等．复合顶板大断面煤巷围岩稳定性试验研究［J］．煤炭学报，2011，36(S0):47－52．
［2］郭德勇，商登莹，吕鹏飞，等．深孔聚能爆破坚硬顶板弱化试验研究［J］．煤炭学报，2013，38(7):1149－1153．
论文作者:毕岚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/29
标签：工作面论文; 巷道论文; 顶板论文; 炮眼论文; 支架论文; 设备论文; 煤层论文; 《防护工程》2018年第28期论文;