贺永胜
(潞安化工集团 王庄煤矿，山西 长治 046031)
资源储量是矿山企业赖以生存的根本，直接关系到企业的可持续发展与矿区的和谐稳定。王庄煤矿作为潞安化工集团下属的一座特大型现代化安全高效矿井，经过50多a的安全高效开采，可采煤炭资源储量不断减少，现有资源储量枯竭已然成为限制王庄煤矿转型高质量发展的短板。王庄煤矿矿区范围内地表建构筑物、道路较多，为了在煤炭资源回收利用的基础上，保证地表建构筑物、道路的安全稳定，必须留设合理的保护煤柱。但地表建构筑物、道路大都为不规则分布，保护煤柱留设与工作面布置呈现一定夹角，而工作面切眼和停采线布置都是沿工作面倾向设计，造成保护煤柱留设与工作面切眼布置区域范围内边角煤资源的浪费。为了提高边角煤的资源回收，最大限度地提升煤炭资源回收率，特提出适用于边角煤资源回收的调斜开采技术。
王庄煤矿是潞安化工集团下属的一座特大型现代化高产高效矿井，核定产能710万t/a，主采二叠系3号煤层，煤层均厚6.5 m，采用综采放顶煤一次采全高开采工艺。本文以王庄煤矿71采区某工作面为例，进行调斜开采技术应用探讨。该工作面位于矿井+540 m水平71采区中部，北为绛河，南为建筑用地，东为漳泽水库，西为新208国道，旧208国道横穿工作面中部，地面标高900～902 m，工作面标高496～524 m.井田内工作面北为实体煤，南为实体煤，西为采空区，东为井田边界。工作面进风巷长1 332 m，运巷长1 338 m，切眼长240 m，上覆地表旧208国道及附属桥梁横穿工作面，为了保证工作面回采期间道路和桥梁安全稳定，根据矿已有地表移动参数及地质资料，以道路与工作面交叉最近位置向外设计200 m保护煤柱，故工作面实际可采长度为600 m，工业储量130万t，见图1.
图1 工作面布置示意
研究区工作面按照采区设计，以方位角90°进行布置，根据井上下对照关系，工作面设计与旧208国道走向方向呈7°左右夹角，根据保护煤柱留设，道路与工作面位置最短距离为200 m，最长边距离达231 m左右，保护煤柱与道路倾斜范围形成三角区，面积达3 720 m2，如果按照原设计切眼进行回采，保护煤柱与道路倾斜范围内的边角煤资源完全浪费，初步计算浪费资源储量达34 000 t左右。为提高边角煤的资源回收，最大限度地提升煤炭资源回收率，设计采用调斜开采技术对三角区煤炭资源进行回收。
根据现有工作面布置，留设的保护煤柱长边比短边多31 m，为了确保保护煤柱的合理留设，调斜设计前对道路进行现场实测，精确确定道路、桥梁的具体位置和特征属性。经过测量，道路经过桥梁后在A点扩宽，实测方位与图上原有方位一致。为了保证道路不受采煤塌陷影响，调斜设计以A点位置为基准点，垂直道路向切眼方向平移200 m作为调斜后停采线位置，调斜后切眼整体方位与道路平行，倾斜设计范围为距离保护煤柱短边202 m，长边229 m位置，工作面预计回采范围由原来600 m调整为运巷端头598 m，进风巷端尾627 m，可多回采边角区煤炭资源近30 000 t.
3.1 调斜开采具体设计
按照研究区工作面调斜开采技术构想，进行调斜开采技术应用具体设计。在距离原设计停采线一定距离开始进行切眼调斜，根据道路与工作面夹角，开始对运巷端头、进风巷端尾工作面推进速度进行调节，按照每刀煤0.8 m进行计算，运巷端头推进0.4 m，进风巷端尾推进0.8 m，切眼逐步向倾斜方向调整，并及时进行端头支护和超前支护，以及支架安装和液压支架系统调整，待工作面切眼调斜完成后，即进风巷端尾距原设计停采线2 m位置，预计需要增加1台低位放顶煤液压支架，随后端头和端尾按照正常推进速度(0.8 m/刀)进行推进至运巷端头598 m位置。
切眼调斜后切眼倾角为7°，调斜后切眼长度由原来设计240 m调整为241.8 m，比原有切眼长度多1.8 m，调斜前工作面运巷端头推进距离较进风巷端尾推进距离减缓29 m，即两者推进距离差：S=240×tan7°=29 m.由于端头端尾推进速度分别为0.4 m/刀和0.8 m/刀，待开始调斜至调斜完成，运巷端头向前推进距离L为29 m，风巷端尾推进距离为L+S=58 m.综上计算结果，开始切眼调斜时，工作面端头端尾距离原设计停采线距离T为：T=L+S+2=60 m.即工作面按照原设计回采540 m后开始按照原定调斜开采设计进行切眼调斜开采，运巷端头推进0.4 m/刀，进风巷端尾推进0.8 m/刀，待工作面推进72.5刀后，运巷端头与进风巷端尾推进距离差值达29 m，此时运巷端头推进至距离原设计停采线31 m位置，调斜完成，见图2.调斜完成后，端头端尾按照正常推进速度进行推进，待工作面继续向前回采推进29 m后，工作面回采结束。
图2 调斜开采技术设计示意(m)
3.2 补充排尾架技术措施
根据调斜设计，开始调斜后工作面继续向前推进至端头端尾距离差值为26.8 m，即风巷端尾向前推进53.6 m左右，切眼调斜长度达到1.5 m，此时切眼端尾需补充增加1组支架，以便保证回采工作面安全生产，待调斜完成后，调斜后切眼长度较原设计长度长1.8 m左右，为了保证工作面的安全生产，应当及时进行端头支护和超前支护。
1) 固定绞车。根据设计要求及现场实际需要，在进风巷距起吊站30 m内固定一部SDJ-20绞车，选择地锚固定，主要用于回拖支架。
2) 钢丝绳验证。钢丝绳选用型号为6×19×26，破断力拉力为327.4 kN，钢丝绳公称直径26 mm，最小安全系数取6.5.
3) 临时起吊站架设。在需要架设起吊站的地点架设二梁三柱单体柱大板抬棚，对起吊点工字钢棚进行连锁，打设相同型号的单体柱并及时栓好护绳，且要垂直顶底板穿鞋打在实底上，并前后成线，对于进风巷，必须在起吊物体前，架设好超前维护，然后将超前维护棚用上述方法进行连锁方可进行起吊。
4) 排尾架的组装及就位。组装顺序：底座—顶梁—尾梁—小梁。将排尾架调向摆正到位后，在支架前端800 mm处，打设一架一梁二柱单体柱大板棚，然后利用大链配合两台5T倒链将小梁吊起，利用支架自身液压系统配倒链调整销孔位置，对正后，用销子将二者连为一体。在小梁底下加打一根点柱，由一人扛起千斤顶，通知送液，待千斤顶销孔与小梁上千斤顶销孔对正后，由另一人扛起小梁千斤顶连接销，将其连接好(上千斤顶由两人完成，顺序自左向右)。
3.3 调斜开采应用效果
根据调斜开采技术设计，按照工作面回采前标定的工作面推进进度表示牌，对工作面推进进度进行定期测量，最终定于运巷推进539.6 m、进风巷推进540.3 m开始进行调斜开采，待运巷推进至568.8 m、进风巷推进至598.7 m停止调斜。调斜完成后，工作面按照正规循环进尺向前推进29 m，即运巷端头距离原设计停采线2.2 m位置停采。按照工作面煤层的实际走向和倾角，运巷、进风巷煤层落差较大，切眼实际调斜长度达到了2.2 m左右，为了加强机尾空挡和确保工作面正常生产，及时采取加强支护，补充了1组排尾架，有效控制了工作面的安全稳定。经过统计，调斜开采后，煤炭资源回收较未调斜前多回收了26 800 t，极大提高了边角区煤炭资源的回收。
为了验证倾斜保护煤柱留设的合理性，以及调斜开采引起的采煤塌陷是否对道路造成影响，基于道路原有设置的基准点J1、J2，以及回采前道路布置的地表移动观测点Z1-Z8(见图2)，对道路及桥梁是否受采煤塌陷影响情况进行实测，结果见表1.通过实测，所布置的8个地表移动观测点高程均未发生明显变化，说明调斜开采后未对道路及桥梁造成影响。
表1 地表移动观测统计
本文针对王庄煤矿某工作面设计与上覆道路之间的几何关系，提出了采用调斜开采技术对三角区煤炭资源进行回收，减少常规开采三角区煤炭资源的浪费。根据设计，采用调整运巷端头、进风巷端尾采煤推进速度的方法逐步对工作面切眼长度和倾角进行调整，直至达到设计要求。实践表明取得了较好的效果，多回收煤炭资源26 800 t.生产实践表明，调斜开采技术有效应用的关键在于切眼调斜时机的把握，准确把握调斜时机，能够有效保证边角区煤炭资源的最大化的回收，在此基础上，根据调斜进程和切眼调斜距离的变化，及时调整支护强度和补充支架，保证工作面的安全回采。
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