新型綜采工作面液壓支架快速撤除機(jī)械手及應(yīng)用實(shí)況

李世輝 宋陽(yáng) 王必永

摘 ?要：國(guó)內(nèi)煤礦在停采后，綜采工作面液壓支架撤除運(yùn)輸中普遍使用回柱絞車(chē)為動(dòng)力源，將液壓支架抽出、調(diào)向，這種工藝的缺點(diǎn)是支架撤除速度慢、勞動(dòng)強(qiáng)度大、單體數(shù)量多、安全隱患多。南京石誠(chéng)井巷裝備有限責(zé)任公司專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在全國(guó)多個(gè)礦經(jīng)過(guò)充分調(diào)研和工藝論證，并與淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司合作，結(jié)合國(guó)內(nèi)外在綜采工作面液壓支架撤除設(shè)備及工藝方法的優(yōu)缺點(diǎn)，研發(fā)設(shè)計(jì)了一種綜采工作面液壓支架快速撤除機(jī)械手（簡(jiǎn)稱(chēng)機(jī)械手，下文同）及配套工藝方法，使用該機(jī)械手實(shí)現(xiàn)了液壓支架一次性抽出、調(diào)向，提高綜采工作面支架撤除機(jī)械化程度，該撤除機(jī)械手在淮南礦區(qū)多個(gè)礦井使用，對(duì)礦井綜采面提高功效、降低安全隱患、減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度的目標(biāo)幫助很大。

關(guān)鍵詞：液壓支架;撤除;機(jī)械手;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TD355.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）32-0106-03

Abstract： After stopping mining in domestic coal mines， the return pillar winch is generally used as the power source in the removal and transportation of hydraulic support in fully mechanized mining face to pull out and adjust the hydraulic support. The disadvantages of this technology are slow removal speed， high labor intensity， large number of single support and many hidden dangers. The professional and technical personnel of Nanjing Shicheng Shaft and roadway equipment Co.， Ltd. made full investigation and technological demonstration in many mines throughout the country， and cooperated with Huainan Mining（Group） Co.， Ltd.， combined with the advantages and disadvantages of hydraulic support removal equipment and technological methods in fully mechanized mining face at home and abroad， developed and designeda rapid removal manipulator of hydraulic support in fully mechanized mining face （referred to as manipulator， the same below） and its matching processmethod.Using the manipulator， the one-time extraction and direction adjustment of hydraulic support is realized， and the mechanization degree of support removal in fully mechanized mining face is improved. the removal manipulator is used in many mines in Huainan mining area. It is of great help to the goal of improving the efficiency of the fully mechanized mining face， reducing the hidden danger of safety and reducing the labor intensity of workers.

Keywords： hydraulic support; removal; manipulator; application

1 項(xiàng)目背景及國(guó)內(nèi)外研究概況

1.1 研究背景及意義

我國(guó)是個(gè)采煤大國(guó)，地質(zhì)儲(chǔ)量豐富，煤田分布廣闊，地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，井型大小不一，為實(shí)現(xiàn)煤炭開(kāi)采效率和開(kāi)采設(shè)備合理高效利用，導(dǎo)致煤炭行業(yè)對(duì)機(jī)械化發(fā)展提出了更高的要求，這些機(jī)械化設(shè)備需要滿(mǎn)足不同地區(qū)、不同工作環(huán)境、采高等礦井要求。各礦井綜采工作面回采結(jié)束后，為提高綜采設(shè)備的周轉(zhuǎn)率，同時(shí)消除綜采工作面采空區(qū)的發(fā)火隱患，需要盡快拆除回撤工作面及兩巷設(shè)備，并封閉綜采工作面，縮短這一工期對(duì)煤礦安全性、成本、設(shè)備利用率具有顯著的提升作用，在煤礦開(kāi)采行業(yè)意義重大。

近年來(lái)隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展和采掘機(jī)械化程度的迅速提高，使綜采工作面接續(xù)時(shí)間要求越來(lái)越短，然而由于設(shè)備搬移時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本增加，影響機(jī)械化效率的提高，同時(shí)沒(méi)有理想的機(jī)械化撤除設(shè)備，也是造成這一工作環(huán)節(jié)事故多發(fā)的主要因素。綜采工作面液壓支架安全、高效的撤除對(duì)于礦井生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展顯得越來(lái)越重要。因此，如何縮短綜采工作面設(shè)備搬家時(shí)間、提高采區(qū)接續(xù)速度是現(xiàn)代化礦井必須要解決的問(wèn)題。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況

傳統(tǒng)液壓支架的拆除基本都是利用絞車(chē)和回頭滑輪配合，將支架從工作面停采位拉出，拉出過(guò)程中需人工抬運(yùn)單體輔助調(diào)整方位，拉出后再用絞車(chē)調(diào)向拉走運(yùn)出。德國(guó)沙爾夫履帶式液壓支架牽引車(chē)，率先實(shí)現(xiàn)了撤架機(jī)械自動(dòng)化——通過(guò)遙控器控制牽引車(chē)進(jìn)入待撤支架區(qū)域，設(shè)定操控指令，自動(dòng)完成提升、前行、牽引出位、轉(zhuǎn)彎等一系列動(dòng)作，最大程度減少作業(yè)人員數(shù)量，降低撤架作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)（如圖1）。

我司（南京石誠(chéng)井巷裝備有限責(zé)任公司）研發(fā)的支架撤除機(jī)械手是目前國(guó)內(nèi)使用比較理想的綜采工作面液壓支架撤除專(zhuān)用設(shè)備，同時(shí)解決支架抽出、調(diào)向的問(wèn)題，該產(chǎn)品還榮獲了由國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒發(fā)的《第六屆安全生產(chǎn)科技成果獎(jiǎng)》三等獎(jiǎng)。設(shè)備外形如圖2所示：

2 新型液壓支架撤除裝置與工藝簡(jiǎn)介

在國(guó)內(nèi)，由南京石誠(chéng)井巷裝備有限責(zé)任公司研發(fā)生產(chǎn)的專(zhuān)利產(chǎn)品支架撤除機(jī)械手是目前國(guó)內(nèi)使用比較理想的綜采工作面液壓支架撤除設(shè)備，能解決支架抽架、調(diào)向的問(wèn)題，該產(chǎn)品還榮獲了由國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒發(fā)的《第六屆安全生產(chǎn)科技成果獎(jiǎng)》三等獎(jiǎng)。但是，該支架撤除機(jī)械手只是解決了抽架、調(diào)向的部分，對(duì)擴(kuò)幫有一定要求，否則支架沒(méi)有足夠的空間抽出和調(diào)向。

2.1 液壓支架撤除設(shè)備簡(jiǎn)介

如圖3所示，該液壓支架撤除裝置主要由擺臂、回轉(zhuǎn)座、基座、回轉(zhuǎn)千斤頂、橫梁、提升千斤頂?shù)葮?gòu)成，動(dòng)力源取自于停采面乳化液。在撤架時(shí)，將該液壓支架撤除裝置擺臂轉(zhuǎn)向待撤支架一側(cè)，擺臂前端通過(guò)鏈條與待撤支架連接，降下待撤支架，操作控制手柄將擺臂向煤壁一側(cè)擺動(dòng)，在擺臂擺動(dòng)的同時(shí)伸出擺臂伸縮臂，牽引待撤支架抽出并調(diào)向，到達(dá)預(yù)定位置后，使用工作面絞車(chē)將已拆出支架拖運(yùn)裝車(chē)。該裝置自移是通過(guò)橫梁與三架（或四架）掩護(hù)支架連接，利用綜采采煤工作面“推溜拉架”原理實(shí)現(xiàn)裝置自移。

該液壓支架快速撤除設(shè)備與一步到位橫梁配合使用，橫梁部分設(shè)計(jì)有行程900油缸，加上支架推溜缸的行程900，總行程可以達(dá)到1800，可以實(shí)現(xiàn)掩護(hù)支架的移動(dòng)一步到位。其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

2.2 新型液壓支架撤除工藝簡(jiǎn)介

液壓支架調(diào)移裝置工藝： 斷開(kāi)液壓支架架間管路→對(duì)支架進(jìn)行供液→縮回推拉油缸→收回支架側(cè)護(hù)板→降低支架直至完全離開(kāi)頂板→液壓支架調(diào)移裝置擺臂和液壓支架之間通過(guò)鏈條連接→提起液壓支架→拉出液壓支架→將液壓支架調(diào)向90度→將液壓支架拉上滑道，并運(yùn)送出去。其分解圖示見(jiàn)圖5、6、7、8：

（1）將待撤支架降下，機(jī)械手?jǐn)[臂轉(zhuǎn)向待撤支架一側(cè)，使用鏈條將擺臂前端與待撤支架連接。

（2）操作控制手柄將擺臂向煤壁側(cè)擺動(dòng)，將待撤支架拉出。

（3）推出擺臂伸縮臂，牽引待拆支架向煤壁方向旋轉(zhuǎn)。

（4）使用工作面絞車(chē)將拆出支架拖運(yùn)裝車(chē)（圖8）。

3 使用效果總結(jié)分析

3.1 使用工作面概況

（1）朱集東礦1232（1）拆除面：該工作面切眼長(zhǎng)220m，大部分為平巷段，其中有一段長(zhǎng)為15m且傾角為7°斜坡，最大傾角8°，平均傾角2°;該工作面通道刷括寬度為3.0m，采用順山鋼帶配合錨聯(lián)網(wǎng)支護(hù)，煤幫側(cè)采用10#鐵絲金屬網(wǎng)續(xù)聯(lián)至實(shí)碴處，打錨桿加固煤壁;該面需撤除支架146架，支架型號(hào)為ZZ7000/13/26型，架重20.2噸，支承高度1.3-2.6m，中心距1.5m。

（2）潘二礦18225拆除面：該工作面長(zhǎng)約201m，運(yùn)順高于軌順，工作面從機(jī)頭向機(jī)尾方向呈下坡?tīng)?，最大坡?°，平均角度3°;工作面最小凈高（從軌面至錨索頭之間的距離）為2.2m，刷面最小寬度（從架頭至煤壁距離）為3.2m。該面需撤除支架134架，支架型號(hào)為ZZ7000/13/26型;工作面老塘采用8#菱形金屬網(wǎng)交叉配合間距約600mm一根順山鋼絲繩配合液壓支架支護(hù)。

（3）張集礦1215（1）拆除面：該工作面長(zhǎng)約240m，底板呈起伏狀，由切眼下口至上口，最大坡度8°，平均5°;工作面頂板使用錨聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，沿工作面方向共布置5排M5鋼帶，每排間距950mm，幫部4排皮帶，每根皮帶條布置2根間距850錨桿;該面工需拆除ZZ10800/18/38型液壓支架161架。

3.2 支架撤除裝置使用效果總結(jié)

使用我公司的新型綜采工作面液壓支架撤除設(shè)備及其配套工藝后，相較于傳統(tǒng)撤架設(shè)備及工藝，在礦井安全性、工作效率、工人勞動(dòng)強(qiáng)度、生產(chǎn)成本、作業(yè)機(jī)械化等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

（1）礦井安全性：綜采工作面撤除液壓支架時(shí)，新型撤除機(jī)械手取代絞車(chē)和滑車(chē)配合的硬拽工作方式，撤架全程通過(guò)遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)，操作人員在掩護(hù)支架下，消除了傳統(tǒng)撤架過(guò)程中絞車(chē)鋼絲繩拉斷傷人和三角區(qū)等安全隱患。

（2）提升工作效率：傳統(tǒng)使用絞車(chē)和滑車(chē)配套的撤架工藝需頻繁倒換絞車(chē)鉤頭和摘掛滑車(chē)，基本撤除一架需用時(shí)60-80min，使用該撤除機(jī)械手后，該裝置及工藝實(shí)現(xiàn)一步到位，在將支架拽出同時(shí)調(diào)向，撤除一架僅用時(shí)10-23min，平均撤除效率提升71%左右（不包含支架裝車(chē)、解體、設(shè)備檢修等制約因素），撤架效率大幅度提升。

（3）減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度：該撤除機(jī)械手通過(guò)操縱閥在掩護(hù)支架下操作，取代了滑車(chē)配合絞車(chē)操作方式，作業(yè)人員無(wú)需進(jìn)行拉繩、摘掛滑車(chē)、倒換鉤頭等操作，大大減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

（4）節(jié)約生產(chǎn)成本：使用該機(jī)械手及配套撤架工藝后，只需要4人即可撤架，較原撤架工藝的9人節(jié)約了5人，因無(wú)需進(jìn)行額外頂板維護(hù)，可節(jié)約頂板維護(hù)與拆除工4人;節(jié)約拆架絞車(chē)、滑車(chē)、單體、鋼絲繩;可少刷面一排，節(jié)省錨桿、錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)等成本。

（5）提升機(jī)械化程度：一步到位橫梁設(shè)計(jì)，解決了掩護(hù)支架自移一步到位，減少了坑木使用，新型撤除設(shè)備及配套工藝改進(jìn)了液壓支架裝車(chē)工藝，對(duì)綜采工作面液壓支架撤除機(jī)械化發(fā)展具有重要作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

該新型液壓支架撤除機(jī)械手及配套工藝經(jīng)朱集東礦、潘集礦、張集礦、謝橋礦等單位試用后，經(jīng)我司研發(fā)設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)外形、橫梁一步到位、設(shè)備整體受力調(diào)整、撤架施工工藝進(jìn)一步改進(jìn)完善，最終產(chǎn)品適用架型更多。適用我司的液壓支架快速撤除設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化礦井的工作效率提升、減人降成本，提高機(jī)械化程度、減少甚至杜絕安全事故的發(fā)展目標(biāo)，對(duì)各煤礦具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)備好的通用性和高效安全特性保障了礦井生產(chǎn)，具有較好的社會(huì)效益。雖然該液壓支架撤除裝置及配套工藝使用效果良好，但也存在不足，如依賴(lài)掩護(hù)架連接與自移、支架裝車(chē)運(yùn)輸未解決、對(duì)擴(kuò)幫有特定要求等。國(guó)內(nèi)外相關(guān)綜采面支架撤除裝置研究是熱門(mén)方向，很多企業(yè)都投入較大資金與人力，相信這些科研團(tuán)隊(duì)在未來(lái)能研發(fā)出更加高效實(shí)用的快速撤除設(shè)備，為煤炭行業(yè)在機(jī)械化、自動(dòng)化、安全性、高效化發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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