郭可可

（山西晋煤集团晋圣矿业投资有限公司，山西 晋城 048000）

1 工程概况

松峪煤业2103 工作面位于2 号煤一采区，东为2014 工作面采空区，西为矿界，南为一采区西回风巷、轨道巷、原胶带巷及新掘胶带巷，开采2号煤层，井下标高位于1193～1245m，地面标高在1310～1370m 之间，工作面布置如图1 所示。为回收煤柱，决定在2103 工作面尾端旋转作业。进风巷旋转长度178m，回风巷走向长度20m，工作面倾向平均长108m，煤层平均厚2.02m，平均倾角6°。煤层直接顶多为砂质泥岩、砂岩，局部为砂质泥岩或粉砂岩，厚度2.5～4.2m；基本顶为深灰色粉砂岩及砂岩，厚度10m；煤层直接底、基本底为灰黑色或深黑色泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩或深灰色砂质泥岩。工作面整体呈一单斜构造，回采过程中局部地段节理比较发育。根据物探结果显示，在工作面距切眼约210～250m，局部地质构造异常，造成煤层变薄。

图1 工作面布置示意图

2 工作面旋转方案

2103 工作面采用长壁综采一次采全高采煤方法，全部垮落法管理顶板。为了尽可能多回收工作面大巷保护煤柱，提高资源回收率，需对2103 工作面尾部进行旋转作业[1-2]，如图2 所示，具体旋转方案如下。

（1）旋转开始前，要提前对联络巷口外轨道巷、胶带巷进行补强支护并超前50m（至运煤横川口处），采用一梁三柱的方式对巷道进行支护。在旋转前5m，工作面开始铺顶网加强支护直至工作面旋转完成，煤柱工作面开始回采。

（2）当2103 工作面回风顺槽推进至距一采区西回风巷还剩20m 时，采用伪倾斜开采，开始旋转、调斜。工作面采用磨三角的方式，以工作面溜子机头为圆心进行磨机尾旋转开采。

（3）旋转期间，由于联络巷为斜巷，必须保证支架不能顶住煤帮，保证500～800mm 的间距，及时回撤多余支架及溜槽，用单体柱加π 型梁对机尾三角区进行支护，机头机尾三角区按正常“四梁八柱”进行支护。

图2 工作面旋转示意图

（4）旋转至联络巷与新掘运输巷交叉口时，停止作业。调整出煤系统，即将工作面回风出煤溜及地沟溜拆除；在新掘运输巷安装胶带输送机、出煤溜子至胶带上山输送机；然后把工作面溜子机头机尾再次进行位置互换，工作面采用伪倾斜开采，采用磨机头的方式逐步将工作面调整成直线，至回收煤柱工作面初采位置，进行正规循环作业，旋转结束。

3 巷道布置及顶板维护

3.1 巷道布置

2103 工作面旋转阶段采用一面两巷形式布置，2103 工作面旋转进风巷为新掘联络巷，与一采区西轨道大巷、原胶带大巷、新掘胶带大巷相连；2103工作面旋转回风顺槽巷铺有一部出煤溜、一部地沟溜，与一采区西回风巷、一采区西轨道巷、一采区西胶带巷相连。

3.2 顶板维护

（1）超前支护

进风巷、回风巷超前支护20m 范围内，在原钢棚基础上采用单体液压支柱加板梁进行加强支护。距工作面煤壁前10m 为一梁四柱，10～20m 为一梁三柱，进风巷排距1m，回风巷排距0.85m，所打单体柱成一直线，超前支护范围始终不小于20m，并采用防倒绳防倒，超前支柱初撑力不小于90kN。随着工作面推进，逐步回棚，回钢棚距离从工作面煤壁算起不超过5m。如图3 所示。

当工作面旋转临近一采区西轨道巷、胶带巷时，需提前对这两条巷道加强支护并超前20m，支护方式和参数与工作面两顺槽超前支护一致。

（2）端头顶板维护

由于工作面需进行旋转，面长不固定，因此，工作面端头[3-4]采用如下支护方式（图3）：

① 工作面端头采用机头、机尾支架与单体液压支柱配合4.0mπ 型钢梁相结合的方式支护顶板，实行迈步前进式加强支护。

② 机头、机尾支架与巷道支护间距不大于0.5m，若大于0.5m 架板梁补强支护，即将顺槽巷道原超前支护架板梁顺延至支架切顶线前，要求一梁三柱，排距1.0m。支架切顶线处打1 排密集柱，戗柱不少于2 根，柱距不大于0.3m。1 排加强柱，柱距不大于0.5m，两排柱柱距不大于1.0m。每次移机头、机尾架前先回里面一排密集切顶柱，将本循环的加强柱补齐成下一循环的密集柱，再打设下一循环的加强柱。密集柱、加强柱按上述要求打设好，再移架，放顶步距不大于1.0m，严禁超前回柱放顶。若现场顶板破碎，巷道变形严重的情况下，根据现场情况应在原基础上挑料护顶补强支护。

③ 为保证两端头顶板垮落充分，采取提前工作面煤壁1～5m 回两巷钢棚的措施，确保端头悬顶面积小于10m2。当悬顶面积大于10m2时，应进行强制放顶。工作面两巷的顶板破碎或压力大时，可不进行回棚工作。

④ 在采煤机距机尾（头）30m 时，停止采煤机割煤，端头工进入三角区准备替柱、放柱（一次一排），完成后恢复设备运转。

⑤ 当采煤机割透煤壁返回进刀后，端头工按上述要求开始移密集切顶柱。放顶先移切顶柱，步距不大于1.0m，必须保证过一次放一次，放顶到位后按端头移架程序移端头架。

4 采煤工艺

工作面采用机头机尾1:5的推进比例进行旋转，在机尾磨三角割煤，人工调架，使机尾形成大迈步，逐步旋转。将工作面分成5 段，旋转期间采煤机采用长短刀相结合的切割方式，分别在距工作面机尾20m、40m、60m、80m 处依次进刀向机尾方向割煤，最后一刀为工作面全长割煤。工艺过程采用短刀斜切、单向割煤、及时支护、先零后整割煤方式。第1 刀采煤机从距机尾20m 处向机尾割煤，随后移架、人工调架，至工作溜子机尾后，采煤机空刀返至距机尾40m 处，从采煤机位置自下向上顺序推移工作溜子；第2 刀从距机尾40m 处开采向机尾割煤，随后移架和调架，采煤机至机尾后空刀返回至距机尾60m 处。以此类推，最后在机头完成线切进刀，完成工作面全长割煤，并为下个循环做准备。每过一次机尾，人工调架，逐步旋转，每循环最后割长刀时，将煤壁割直，溜子移直。

图3 工作面端头及两顺槽超前支护平面图

5 应用效果分析

自2019 年9 月10 日至2019 年10 月11 日，2103工作面尾部进行旋转回收保护煤柱，总计耗时31d，回收煤炭资源2.8 万t。在工作面旋转开采期间，通过优化割煤工艺、人工调架的方式，并在每个循环结束时调直工作面、溜子，且使支架与溜子垂直，并对工作面端头及超前区顺槽巷道顶板进行加强维护，保证了工作面旋转开采过程中顶板和煤壁的安全。

6 结论

通过在松峪煤业2103 工作面尾部阶段进行旋转工作面开采，多回收煤炭资源2.8 万t，且旋转开采期间工作面顶板得到稳定控制，机电设备运行良好。采用旋转工作面开采，提高了资源回收率，减少了撤架通道和扩刷切眼的巷道掘进量，以及搬家倒面的费用，降低了矿井生产成本。