神東礦區(qū)綜采工作面快速回撤臨時支護技術(shù)研究

原長鎖， 閆殿華

（1.國家能源集團神東煤炭集團， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209；2.山西天地煤機裝備有限公司， 山西 太原 030006）

引言

近年來，綜采技術(shù)裝備的自動化程度越來越高，并逐步朝著智能化方向發(fā)展，使綜采工作面開采效率進一步提高，長壁工作面回采周期越來越短，工作面搬家越來越頻繁?；诰驴臻g有限和綜采裝備的大型化，在回撤搬家過程中工序復(fù)雜，當(dāng)輔助支護方式不合理時往往會導(dǎo)致搬家周期延長，導(dǎo)致工作面之間接續(xù)不合理，影響工作面整體開采效率[1-4]。

1 回撤臨時支護裝備

根據(jù)綜采工作面回撤通道實際斷面和綜采工作面支架布置情況，研制了回撤端頭三角區(qū)支架組和絞車牽引裝置，綜合通過理論分析、有限元數(shù)值計算對支護設(shè)備結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，確定三角區(qū)支架和絞車牽引裝置，用于快速回撤綜采工作面支架回撤過程中的臨時支護。

1.1 三角區(qū)支架組

三角區(qū)掩護支架組由三臺兩柱掩護式液壓支架組成，其主要技術(shù)參數(shù)見表1：

表1 三角區(qū)掩護支架組主要技術(shù)參數(shù)

三角區(qū)支架組，如圖1 所示。其主要技術(shù)特征如下：

圖1 三角區(qū)支架組

1）三角區(qū)支架組由兩架ZY12000/18/35D 型兩柱掩護式支架和一架ZY12000/16.5/30D 型支架組成，其中靠近老塘一側(cè)支架高度低于其他兩臺支架，使用時三臺支架高度由低到高，能夠很好地適應(yīng)巷道頂板跨落形態(tài)，同時避免了采用相同支架高度后，靠近老塘側(cè)支架使用高度過低，長期處于非正常使用高度的問題。

2）三角區(qū)掩護支架組將靠近老塘一側(cè)支架頂梁前端設(shè)計采用了大半徑圓弧端面，使支架在移架時能夠憑借頂梁前端的圓弧順利從網(wǎng)包下擠過，同時避免了移架過程中支架頂梁撕裂頂網(wǎng)，造成頂板巖石冒落的問題。

3）支架靠近老塘一側(cè)設(shè)置了側(cè)護板，可避免老塘側(cè)垮落巖石及網(wǎng)包涌入支架內(nèi)部，保障支架組正常移架步驟的進行。

4）三角區(qū)掩護支架組各支架推移桿與邁步橫梁連接耳之間設(shè)計為十字連接頭，可實現(xiàn)推移桿與邁步橫梁之間縱橫旋轉(zhuǎn)，有效克服使用過程中底板不平整對支架布置造成的困難，并且能夠使支架組很好地適應(yīng)巷道底板。

1.2 絞車支撐裝置

根據(jù)現(xiàn)有絞車結(jié)構(gòu)形式及布置方式，采用三維模擬分析，設(shè)計一種合理的支撐裝置結(jié)構(gòu)形式，可快速升降，達到快速撐緊頂、底板，起到對絞車的固定作用，如下頁圖2 所示。其主要技術(shù)參數(shù)見下頁表2。

表2 絞車支撐裝置主要技術(shù)參數(shù)

圖2 絞車牽引裝置

絞車支撐裝置主要技術(shù)特征如下：

1）絞車支撐裝置采用四柱支撐形式，取消四連桿結(jié)構(gòu)，采用回彈橡膠塊維護立柱穩(wěn)定，大幅簡化了支撐裝置結(jié)構(gòu)。

2）絞車支撐裝置采用左右分體窄頂梁，通過橫向連桿鉸接，使頂梁有效適應(yīng)巷道頂板，提高支撐效率。

3）底座采用窄框架結(jié)構(gòu)形式，在保證滿足支架搬運車運輸寬度的前提下，實現(xiàn)了支撐裝置底座與絞車的合理裝配，實現(xiàn)了絞車支撐裝置的整體運輸、使用。

4）絞車支撐裝置電液控制系統(tǒng)能夠?qū)α⒅瘟M行實時監(jiān)控預(yù)警，并能夠在壓力低于設(shè)定值時進行自動補壓，保證了支撐的穩(wěn)定性。

2 回撤工藝研究

神東礦區(qū)綜采工作面回撤采用“內(nèi)外輔巷多通道快速回撤工藝”，即事先在工作面停采線處平行開掘兩條通道，分別為回撤主通道及輔助回撤通道，兩回撤通道之間每隔50 m 左右布置聯(lián)絡(luò)巷，將主、輔回撤通道連通。回撤時從工作面中部一聯(lián)巷處將正對聯(lián)巷的綜采液壓支架撤出后，分別朝兩個方向進行液壓支架的回撤?；爻凡捎谩俺樾尽被爻贩绞剑磳⒒爻范祟^第二架支架撤出后，采用木垛對原支架位置處的頂板進行支護，然后再回撤第一架支架，依次循環(huán)完成整個工作面液壓支架的回撤工作。

采用三角區(qū)掩護支架組進行臨時支護后，原有的“抽芯”式回撤方式將變?yōu)轫樞蚧爻贩绞剑菂^(qū)掩護支架組沿回撤通道回撤方向布置，垂直于待回撤工作面液壓支架?；爻愤^程中將回撤端頭第一架支架撤出后，三角區(qū)掩護支架組通過邁步自移實現(xiàn)支架組推進，對綜采液壓支架撤出后的頂板進行有效支護，然后進行下一支架的回撤工作。綜采液壓支架撤出后，三角區(qū)掩護支架組能夠?qū)崿F(xiàn)機械化自移并對暴露的頂板進行及時支護，不必再采用木垛進行支護，可有效避免人工搭設(shè)木垛，有效降低工人勞動強度，同時避免了大量木材等資源的浪費，有效節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了回撤作業(yè)效率。三角區(qū)掩護支架組布置，如圖3 所示。

圖3 三角區(qū)掩護支架組布置圖

3 應(yīng)用效果

3.1 三角區(qū)掩護支架組

3×ZY12000 型三角區(qū)掩護支架組于2016 年3 月首次投入使用，用于綜采面液壓支架回撤作業(yè)端頭三角區(qū)頂板支護，截至2017 年3 月該套設(shè)備共完成6 個工作面液壓支架回撤作業(yè)工作，實現(xiàn)了回撤作業(yè)端頭的機械化支護，基本上取代了木垛、原木支護方式。三角區(qū)掩護支架組井下使用情況，如圖4 所示。工業(yè)性試驗階段取得了較好的使用效果，主要體現(xiàn)在以下幾點：

圖4 三角區(qū)掩護支架組井下使用

1）避免了大量方木、圓木等生產(chǎn)材料的使用和浪費，回撤作業(yè)生產(chǎn)成本大幅縮減。三角區(qū)掩護支架組的使用，改變了傳統(tǒng)回撤方式中采用木垛、圓木用于回撤端頭頂板支護的方式，避免了大量木材的浪費，有效節(jié)約生產(chǎn)成本。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，采用三角區(qū)掩護支架組后，平均每回撤一臺綜采支架可節(jié)省費用約4 000 元，單個工作面回撤可節(jié)約材料成本約80 萬元，節(jié)約率達80%以上。

2）綜采工作面液壓支架回撤效率顯著提高。三角區(qū)掩護支架組實現(xiàn)了綜采工作面回撤端頭三角區(qū)頂板的機械化支護，避免了人工搭建木垛進行頂板支護的過程，同時三角區(qū)掩護支架組具備的機械自移功能，能夠?qū)崿F(xiàn)支架組自移，有效提高了綜采面回撤速度。

3）有效減輕回撤作業(yè)勞動強度，降低作業(yè)風(fēng)險，提高安全性。綜采液壓支架回撤過程中，工人需要在頂板無有效支撐的情況下手工搭接木垛、圓木對頂板進行支護，工人勞動強度大，且長期暴露在巷道頂板下存在安全隱患。采用三角區(qū)掩護支架組后基本取消了木垛支護，無須人工搭建木垛支架，工人勞動強度大幅降低。同時三角區(qū)掩護支架組配備遠程遙控系統(tǒng)，操作工人可在安全地點通過遙控器對支架動作進行無線遙控，作業(yè)安全性有效提高。

3.2 絞車支撐裝置

JC2530 型絞車支撐裝置于2016 年6 月完成了JSDB-19 型絞車改造及其與支撐裝置的裝配，該設(shè)備于2016 年8 月首次投入使用，用于工作面液壓支架回撤作業(yè)，截至2016 年12 月共完成6 個工作面液壓支架回撤作業(yè)工作。絞車支撐裝置與JSDB-19（無錫南泉）型絞車完成整體裝配后，大大簡化了絞車的支撐方式，取消了“四壓兩戧”支護的支設(shè)，提高了絞車使用的效率和使用安全性，整體效果良好，達到了預(yù)期要求。絞車支撐裝置井下應(yīng)用情況，如圖5所示。具體使用效果表現(xiàn)在以下幾點：

圖5 絞車支撐裝置井下應(yīng)用

1）實現(xiàn)了絞車與支撐裝置的一體化。絞車支撐裝置根據(jù)配套絞車結(jié)構(gòu)特點設(shè)計，通過固定銷軸和螺栓將支撐裝置與絞車結(jié)合為一體。配套后整體結(jié)構(gòu)緊湊，便于對絞車支撐裝置進行整體搬運。

2）實現(xiàn)了絞車的機械化錨固支撐。絞車支撐裝置通過自帶的四根立柱實現(xiàn)整個裝置的支撐固定，并可實現(xiàn)對立柱支撐壓力的實時監(jiān)控，避免了傳統(tǒng)以單體液壓支柱固定方式存在的支撐錨固作業(yè)勞動強度大、錨固力大小無法監(jiān)控等使用弊端，有效簡化了絞車錨固過程，并提高了使用安全性。

4 結(jié)語

三角區(qū)掩護支架組的成果研制與應(yīng)用改變了綜采工作面液壓支架回撤端頭三角區(qū)頂板支護方式，實現(xiàn)了三角區(qū)頂板的機械化支護和支護設(shè)備的機械化邁步自移。該設(shè)備的應(yīng)用，有效提高了綜采工作面液壓支架的回撤效率，一定程度上保障了煤礦生產(chǎn)的正常有序接續(xù)，同時改變了傳統(tǒng)支護方式，有效節(jié)約了生產(chǎn)成本，對于保障回撤作業(yè)安全性、提高回撤效率、縮減生產(chǎn)成本具有重要意義。絞車支撐裝置的研制實現(xiàn)了回柱絞車和支撐裝置的一體化裝配、運輸，實現(xiàn)了絞車的機械化固定，對于提高絞車使用效率和安全性發(fā)揮了巨大作用，應(yīng)用效果顯著，具有廣泛推廣應(yīng)用價值。