煤礦液壓支架安全回撤工藝研究

魏曉陽

（山西潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 寧武 036700）

引言

隨著我國煤炭開采技術(shù)及機(jī)械化程度的提高，一些擁有百萬噸、千萬噸綜采工作面的現(xiàn)代化礦井相繼出現(xiàn)[1]。開采技術(shù)的提高使得采掘接替時間越來越短，隨之而來的是工作面設(shè)備的回撤技術(shù)越來越滿足不了高產(chǎn)高效礦井的需求[2-3]。傳統(tǒng)的工作面液壓支架回撤采用的是單體支柱頂、后尾梁撐的方法，設(shè)備運(yùn)輸依靠無軌膠輪車、絞車等，采用這種方式，效率低、設(shè)備磨損嚴(yán)重，坡道多時提升難度大，無法保障安全生產(chǎn)，對實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化礦井的高產(chǎn)高效不利[4-5]。因此，研究一種安全快速的液壓支架回撤方案對提高工作面搬家效率具有重要意義。

1 工程背景

潞寧煤業(yè)公司22116 工作面位于礦井二二采區(qū)中下部，走向長度1 877.233 m，傾向長178.6 m，主采侏羅系大同組上部的2 號煤，煤層埋深429～553 m，煤層厚度1.0～5.0 m，平均厚度3.5 m，傾角3°～5°，平均傾角4.5°。工作面設(shè)計(jì)采高為3.5 m±0.1 m。采用走向長壁一次采全高的綜合機(jī)械化采煤方法，以及超前深孔強(qiáng)制預(yù)裂頂板、全部垮落法的頂板管理方法。工作面重要設(shè)備有采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)等，具體設(shè)備明細(xì)如表1 所示。

22116 綜采工作面自2018 年12 月初開始回采，現(xiàn)已推進(jìn)至距停采線50 m 左右的位置，進(jìn)入收尾階段，將要進(jìn)行工作面液壓支架回撤。

2 傳統(tǒng)的液壓支架回撤技術(shù)

液壓支架回撤是工作面搬家的重要環(huán)節(jié)，在大多數(shù)情況下礦井都是利用采煤機(jī)自開回撤空間進(jìn)行回撤工作。首先，當(dāng)工作面開采至停采線附近采煤機(jī)要截割最后幾刀煤時，保持液壓支架不動，采煤機(jī)與輸送機(jī)整體前移，保證設(shè)備擁有足夠的調(diào)向及回撤空間，接著對回撤空間中的頂板進(jìn)行加固支護(hù)。加固支護(hù)工作完成后進(jìn)行工作面設(shè)備撤出工作，為了保證回撤空間的安全，最后撤出液壓支架。但是由此造成的不安全因素是采煤機(jī)截割最后幾刀煤后和輸送機(jī)整體前移形成回撤空間，在對回撤空間進(jìn)行加固支護(hù)時增加了作業(yè)人員在懸露頂板下作業(yè)的危險(xiǎn)性，這也是影響回撤工作的一個不確定因素。同時工作面設(shè)備的運(yùn)輸主要依靠電機(jī)車、絞車等，需進(jìn)行多次裝載、捆綁等工序，費(fèi)時費(fèi)力。采用這種傳統(tǒng)方法，一方面支架裝卸困難、運(yùn)輸速度慢，而且需要的人力多（每班需要100 人左右），耗時45 d 左右，另一方面耗時久導(dǎo)致新的工作面頂板長時間處于無支護(hù)的狀態(tài)，容易引起頂板事故。

表1 工作面重要設(shè)備明細(xì)表

3 液壓支架安全回撤方案

3.1 單通道單翼回撤工藝

目前，我國高產(chǎn)高效礦井的地質(zhì)條件都比較優(yōu)越，頂板的整體性也比較好，都采用綜掘機(jī)或連續(xù)采煤機(jī)進(jìn)行雙巷掘進(jìn)，掘進(jìn)速度快、效率高，可為礦井帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。在此條件下，更快、更安全高效的工作面設(shè)備搬家技術(shù)顯得尤為重要，而單通道單翼回撤工藝可以很好地滿足高產(chǎn)高效礦井的需求。

單通道單翼回撤工藝只需要在工作面停采線處開掘一條垂直于工作面運(yùn)輸平巷和回風(fēng)平巷的回撤通道（如圖1 所示），形成單通道回撤系統(tǒng)。在掘進(jìn)過程中，不僅要用錨桿對其頂板進(jìn)行支護(hù)，還要在回撤通道掘好后用液壓支架、單體支柱以及工字鋼對頂板進(jìn)行進(jìn)一步支護(hù)，防止出現(xiàn)頂板下沉，造成安全事故。當(dāng)回撤通道貫通后，就可將單體支柱撤掉，增大液壓支架的回撤空間（圖2 所示）。

圖1 單通道回撤系統(tǒng)平面

圖2 液壓支架回撤空間

在支架安全回撤前，要調(diào)整端頭的兩架液壓支架的方向，將回撤區(qū)域和冒落區(qū)隔離開，保證回撤區(qū)內(nèi)的安全（如圖3 所示）。在回撤支架時，從工作面一端依次回撤，在回撤支架前要將之前用液壓支架頂梁挑起的工字鋼收回，收回后局部用單體支柱支撐，支架撤出后，單體支柱用木垛代替，然后將支柱撤回。撤回一架液壓支架就要打一個木垛來支撐頂板，如果頂板比較破碎，在壓力大的情況下，可多打幾個木垛加強(qiáng)支護(hù)，防止頂板垮落對后面的撤架工作造成影響。

圖3 單通道單翼回撤工藝巷道布置

3.2 液壓支架回撤配套設(shè)備

3.2.1 回撤特殊支架的選型

采用三角區(qū)掩護(hù)支架作為回撤特殊支架，型號為ZZG9000/23/48。其具有以下主要功能：一是在支架的掩護(hù)梁與頂梁之間采用十字鉸接連接，頂梁可實(shí)現(xiàn)前后左右擺動，可更好地適應(yīng)頂板起伏；二是支架頂梁邊緣圓滑過渡，可有效保護(hù)金屬頂網(wǎng)不被破壞，保證頂板的完整性；三是在支架底座設(shè)置防護(hù)裝置，阻止矸石掉入支架內(nèi)部；四是支架采用無線遙控操作各項(xiàng)動作，無需人員進(jìn)入支架下方操作，可以有效保證施工人員的安全。

3.2.2 支架搬運(yùn)車輛的選型

1）框架式支架搬運(yùn)車型號為WC40Y，載重質(zhì)量為40 t。框架式支架搬運(yùn)車操作簡單，只需司機(jī)一人即可完成支架的裝卸。司機(jī)通過操作框架上的起吊鉤將支架吊起離開地面，接著用夾緊油缸頂住支架側(cè)幫，將支架夾緊后即可開始運(yùn)輸。

2）鏟板式支架搬運(yùn)車型號有WC25EJ、WC40EJ，載重質(zhì)量分別是25 t、40 t，鏟板式支架搬運(yùn)車裝卸支架相對于框架式更加靈活，對于短距離的支架運(yùn)輸和擺放非常適合。

4 應(yīng)用效果

相比于傳統(tǒng)的工作面液壓支架回撤技術(shù)，單通道單翼回撤工藝有了很大的改進(jìn)。改變?nèi)菂^(qū)掩護(hù)支架的布置方式，有效拓寬了設(shè)備安全回撤的空間，使液壓支架在回撤過程中有了更高的安全性，同時保證了施工人員的安全，提高了作業(yè)效率。在液壓支架回撤過程中采取了有效的支柱回柱措施，將單體支柱和工字鋼基本無損壞地回收回來。該工藝只需開掘一條回撤巷道，施工更簡單，掘進(jìn)量也更少，對設(shè)備的需求量少，成本更低。一般進(jìn)行工作面搬家時單班僅需50 人左右，15～20 d 即可完成搬家工作，相比傳統(tǒng)的搬家工藝可節(jié)約時間20～30 d，總工時減少50%～60%，符合高產(chǎn)高效礦井的要求。

5 結(jié)論

隨著我國高產(chǎn)高效礦井的綜合機(jī)械化開采技術(shù)越來越成熟，與之相匹配的工作面搬家工藝已無法滿足生產(chǎn)要求，因此通過液壓支架安全回撤工藝以及配套設(shè)備研究提出單通道單翼回撤工藝并應(yīng)用于現(xiàn)場。通過現(xiàn)場應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，此工藝可以有效提升回撤過程中的安全性，降低設(shè)備損耗，減少巷道施工量，相比于傳統(tǒng)的工作面搬家工藝，單班僅僅需要50 人左右，耗時15～20 d，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面液壓支架快速、安全、高效的回撤，提高了工作面搬家效率，以實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效的目標(biāo)。并且隨著該工藝的逐步成熟，將有力推動我國綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的高速發(fā)展。