山东能源新矿集团协庄煤矿 山东新泰 271221
摘要：协庄煤矿是一个开采50余年的老矿井，随着矿井不断延深，地质条件瑜伽复杂，回采工作面布置受断层影响严重，导致工作面极不规则，频繁延长、缩短、调采、过断层。协庄煤矿“蝶形”极不规则共组面安全高校回采技术研究包括“蝶形”工作面回采设计、中间定位安装快速达产技术研究、小夹角工作面支架下撤技术研究、工作面过大落差（25m）断层技术研究、工作面面长快速过渡调斜技术研究等关键技术，对老矿井提高单产及采区回收率起到积极推进作用。
关键词：蝶形；不规则；安全高效；回采
协庄煤矿1202E工作面东起工作面切眼，西至设计停采线，南起回风巷，北至运输巷。由于工作面受断层等地质构造影响，工作面设计形状复杂，工作面多处为不等长开采，随工作面推进，采长将逐渐增长或缩短，所以需要针对工作面支架的撤安进行有效的组织。同时工作面在回采过程中，将会遇到25m落差大断层，因此还遇到了综采工作面过大断层，不留断层保护煤柱回采的问题。为了解决在工作面安装、调采、撤除和过大断层技术中的难题，该课题组针对各方面的关键技术提出了解决方案。
1 1202E“蝶形”工作面回采设计
协庄煤矿1202E工作面为-850水平一采下山区东翼第二个二层工作面。该工作面南起回风巷，标高为-941.89~-915.06m，北至运输巷，标高为-1005.8~-969.8m，东至工作面切眼，西至设计停采线。工作面东西走向长900m，南北倾斜宽70~185m，工作面煤层平均埋深1129.98m。附图1-1协庄煤矿1202E工作面平面图。
1202E工作面多处为不等长开采，随工作面推进，采长将逐渐增大或减少，工作面溜尾或溜头需增加或减少液压支架。根据工作面巷道布置形式，将工作面划分为A、B、C三个块段，对每个块段的开采情况分别进行说明。
（1）A块段开采方案：
A块段：自里段切眼至上巷小轨道下头D18点。工作面切眼安装121个液压支架，下端头为12m的高档普采段。工作面自切眼开始实心转采溜头至B1点以西30m，转采角度33°。转采溜头期间逐渐减少工作面下端头高档普采段，当转采至B1点以西15m时，下端头高档普采段消失。转采溜头期间工作面溜尾逐渐增加支架，支架由117架增加至122架，再由122架缩短至52架。
工作面推采至上巷小轨道时，需随推进随缩短溜尾支架，工作面推采至距小轨道20m时另行制定上部支架、溜槽撤除安全技术措施。
（2）B块段开采方案：
B块段：自上巷小轨道下头D18点至断层带里段。工作面推过小轨道巷后，工作面面长不再缩短，而是通过带采上区段保护煤柱进行工作面等长转采，直至工作面与斜运输巷夹角达到93°后正常推采，并随推进随延长溜尾，直到工作面推到断层带里段。
（3）C块段开采方案：
C块段：从断层带里段至外段1202E工作面停采线。工作面开采至C块段时，工作面调采溜头，直到工作面与下平巷的夹角达到93°，然后再平推工作面，直到工作面推到工作面停采线为止。
2 中间定位安装快速达产技术研究
2.1 切眼支架安装及快速达产技术研究方案的提出
课题组提出了两种1202E工作面的切眼支架安装方案，方案一：一次装完整个切眼长度的支架，并进行大角度调斜；方案二：切眼中间定位分段，支架分段安装和生产平行作业研究方案。
2.2 方案比较
表2-1 技术方案对比表
2.3 经济比较
两种方案的安装方式不同，导致工作面在投产产生的效益和安装费用上有很大不同，下面将进行两种方案的经济比较：
（1）安装费用
如果按每安装一个支架2000元进行计算，方案一安装费用为121×2000=242000元，方案二首先安装下分段82个支架，剩余的支架本矿安排工人随生产随安装，其前期安装费用是82×2000=164000元，节省78000元。
按照每安装一个溜槽400元进行计算，方案一费用为121×400=48400元，方案二费用将是82×400=32800元，节省15600元。因此，第二方案在前期总的安装费用上将节省93600元。
（2）提前投产产生的效益
方案一按最终调斜确定的平面计算总产生的经济效益为20196t，耗时57天
方案二由于减少了前期支架的安装数量，因此比方案一提前投产12天，而后期由于第二方案调斜回采的工艺简单，时间较短，因此第二方案在57天的时间内可采出煤炭52446t
按照当时600元/吨的价格计算，可创造效益（52446-20196）×600=1935万元，经济效益十分显著。因此，课题组确定采用中间定位安装快速达产技术方案。
3 小夹角工作面支架下撤技术研究
3.1 小轨道巷支架回撤研究的提出
1202E工作面推过轨道巷时，工作面的长度受地质条件及采区设计的影响，迅速缩短，因此，要果断采取措施，短期内撤掉多余的70个综采支架。撤架面临的实际条件是工作面顺槽与切眼之间的夹角非常小，经实际测量仅仅为17°，推进长度只有15m，工作面长度却由175m迅速缩短到70m。如果不采取有效措施，就会造成支架浪费，减缓推进速度，影响工作面的产量。
3.2 提出方案
根据1202E工作面所面临的问题，课题组提出了三个方案，第一个方案是提前在盲巷端头向上开撤除切眼，当工作面推到切眼前，开始在撤除切眼内打锚带网，准备回撤上段支架。工作面推到切眼时，工作面停产并进行上段支架回撤。
第二个方案跟第一个方案有相似点，同样是以图4-2中虚线1和撤除切眼为分界点，不同的是第二个方案不提前掘出撤除切眼。当工作面会回采到虚线位置时，工作面停产进行打锚带网后撤除支架，并同时进行两道工序，直到工作面上段70个支架全部撤除完毕，然后再组织生产回采工作面下分段。
第三个方案就是研究国内首次提出的小夹角工作面支架下撤技术，工作面正常推进，工作面推到距小轨道巷上端10m时开始调斜溜尾，直到工作面与小轨道巷的夹角达到17°开始正常推采，并随推采随通过安装在小轨道巷内的绞车撤支架。具体的绞车设置为：在小轨道下车场处安设一部20T回柱绞车，用于下拖支架及装车，在小轨道中间安设一部20T回柱绞车，用于防止支架下滑和支架调向，在小轨道下车场以西的回风巷内布置一部14T回柱绞车，用于平巷拖运，并以此设备进行工作面支架的下撤及运输工作。
3.3 方案比较
表3-1
因此，经过技术经济比较，课题组决定采用小夹角工作面支架下撤技术方案。
4 工作面过大落差（25m）断层技术研究
4.1 方案的提出
现在综采工作面设备更新换代较快，设备都趋于大功率、高强度，并且断层落差超过一定值后另补切眼的规定是当时针对炮采或普采工艺而言的，原先的标准已不能完全适应新形势。因此，课题组认为1202E工作面硬过大断层的回采方法具有一定的可行性。根据以往对待综采工作面过断层的方法，课题组提出了硬过大断层和工作面搬家重新开切眼两种开采方案。
4.2 方案技术比较
（1）影响2煤的生产能力，由于1202E工作面推到断层带时，同煤层2205工作面正要投产，由于其地质条件影响，2205很难达产，如果采用搬家方案会严重影响2煤的总体生产能力；
（2）解放下组煤：如果保留断层带的煤柱不回收，这些煤将会形成集中应力，从而影响下组煤的回收；
（3）岩性分析：工作面2煤6.5米的顶板绝大部分都是砂质页岩，偶尔揭露不到0.1m的细砂岩，这只是全工作面的平均情况，在工作面过断层阶段几乎没有揭露砂岩。从1煤顶板8m页岩到3煤底板的砂质页岩，总体高度达到了31m，相对于25m落差断层，工作面只有很小的可能揭露砂岩，从运输巷及斜运输巷揭露的断层可以看出，巷道并未到达砂岩，一直在揭露页岩和煤层，因此总体矸石段有利于工作面通过。再加上1202E工作面配备的综采设备都是大功率，放震动炮后截割岩石不会对生产构成难题。因此，其在技术上是可行的。
4.3 方案经济比较
表5-2 方案经济效益对比表
通过以上各方面的综合考虑，1202E工作面过25m大断层是可行的，具有巨大的经济效益，也是必要的，有利于保证工作面的正常回采。因此，课题组决定采用综采工作面硬过25m落差大断层。
5 工作面面长快速过渡调斜技术研究
5.1.研究的提出
1202E工作面受到大断层及采区设计布置的影响，整体形状为蝶形布置。工作面先由180m急剧缩短至80m，再由80 m逐步延长，工作面采长变化较大。在C块段初期，工作面遇到25m落差大断层，为了顺利通过大断层后，保证工作面与上下顺槽的夹角在93°左右，需要进行调斜。如果进行工作面调斜，还能缩短断层在工作面的长度，提高推进过程中的煤炭产量。有效进行调斜回采，尽可能减少工作面延长缩短给生产带来的安全隐患成为了研究的新课题。本章节组织工作面在小轨道巷后先调斜溜头、后调斜溜尾和过断层的大范围调斜溜头这三个近距离调斜工程进行整体设计研究，并总结为工作面面长快速过渡调斜技术研究，又称为大范围多角度调斜技术研究。
5.2 方案比较
课题组针对工作面面长变化的特性，提出了正常推采和快速过渡调斜回采两种方案，下面对两种方案进行比较：
5.2.1 技术比较
快速过渡回采与正常回采相比，解决了工作面在短时间内缩短、延长溜槽及撤架、增加支架带来的困难，同时由于其工作面并没有过度的缩短，其日生产能力仍然保证在较高水平，不至于导致生产能力的大幅度下降。此外，转采过程中还能多采一部分隔离煤柱，提高煤炭的回收率。
由于工作面第二调斜阶段少缩短溜尾6节，少撤除支架，同时第二调斜阶段完成后少延长溜尾6节，少增加支架，有效防止了短期内的撤架和增加支架对工作面生产带来的影响，减少了因延长缩短而滋生的很多安全隐患，也减少了工人的劳动量，从而保证了职工的安全生产和身体健康。
图5-1 正常推采示意图 图5-2 快速过渡带采煤柱示意图
5.2.2 经济比较
① 多回收煤炭平面面积为196.73㎡，合计196.73×2.34×1.37/cos22°=680t，直接经济效益680×（600-320）=190400元=19.04万元。
② 节省了人工：随正常推采随缩短时，缩短4节溜槽需8人工作4×3=12小时，撤除支架需4人工作4小时，合计需用8×12+4=100个工时。而溜尾带采煤柱仅需两名端头支护工在溜尾多干20分钟即可，需用0.33×56/0.6=31个工时。同理延长溜尾增加支架需消耗同样多的工时。按每个工时3500/22×7=22.7元计算，节省人工费22.7×（2×100-31）=3836.3元，另外节省下来的人员可以去创造更大的价值。
③ 增加了开机时间
缩短或延长4节溜槽虽然仅需8人，但这两个12小时内由于无法正常运转溜子，所以无法正常组织生产。而溜尾带采煤柱不影响溜子正常运转，即可多开机24小时。按正规循环计算可多生产煤炭50×12=600节，即600×1.5×0.6×2.34×1.37=1849.5t。直接经济效益1849.5×（600-320）=517860元=51.786万元。
④ 总经济效益
总经济效益为：51.786+0.3836+19.04≈71.2万元。经过经济技术比较，确定快速过渡回采比正常回采在提高煤炭回收、节省回采时间、延长开机时间、保证工作安全方面有较好的优势，因此选择快速过渡回采方案。
6 主要结论及创新点
通过“协庄煤矿‘蝶形’极不规则工作面安全高效回采技术研究”这一课题的成功实现，不仅解决了协庄煤矿1202E工作面因为地质构造而造成的回采困难的问题，而且还成功的回采了断层保护煤柱，使得综采工作面顺利通过25m大断层，为企业创造了巨大的经济效益，具体表现在：
1、通过中间定位快速安装快速达产技术研究，使得1202E工作面在短期内投产，并迅速达到工作面要求产量。这一技术加快了工作面的出煤速度，为企业提前创收1935万元。
2、通过小夹角工作面支架下撤技术研究，避免了为了回撤工作面支架而造成的工作面减速推进，甚至停产撤架，与其他方案相比，为煤矿创收600多万元；
3、通过研究综采工作面过25m落差大断层技术，不仅安全顺利的回采了断层保护煤柱，还解放了4煤，避免了因为压煤而造成的回采困难。通过这一技术为煤矿直接回收煤炭创造的经济效益为2000多万元；
4、通过快速过渡调斜（大范围多角度调斜）带采煤柱，不仅实现了工作面不掉产，还多回收了一定的安全煤柱，为企业创造了大量的经济效益。
参考文献：
[1]代瑞钢.仰俯斜回采技术在综采工作面过断层中应用实践[J].山东煤炭科技，2018（02）：11-12.
作者简介：
任燕飞（1982.04—）男，山西长治人，山东能源新汶矿业集团有限责任公司协庄煤矿生产办公室主任，工程师，从事矿井采煤生产技术管理工作十三年，曾在山东煤炭科技等煤炭期刊发表论文数篇。
论文作者:任燕飞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/6/13
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