回撤工作面三角區(qū)支架的研制與應用

劉孔林

（國家能源集團神東煤炭集團，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

引言

隨著煤礦井下開采技術與裝備的不斷發(fā)展，綜采工作面開采效率越來越高，工作面推進速度的增大使工作面搬家頻率越來越高，神東公司為提高搬家效率，采用輔巷多通道搬家工藝，大大縮短了搬家倒面時間。針對三角區(qū)的頂板支護問題，傳統(tǒng)支護方式嚴重制約了該工藝快速搬家能力的發(fā)揮。為了使該快速搬家工藝能力發(fā)揮，山西天地煤機裝備有限公司研制了回撤工作面三角區(qū)支架，與回撤端頭支架配套使用，實現(xiàn)了回撤端頭頂板機械化支護，并取得良好的應用效果。

1 支架主要技術參數(shù)

支架的主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術參數(shù)

2 主要結(jié)構特征分析

ZY12 000/16.5/30D型回撤工作面三角區(qū)臨時支護主支架組設計，為帶有側(cè)向擋矸板的兩柱掩護式結(jié)構，由三架支架組成一組三角區(qū)支架組，是實現(xiàn)回撤工作面端頭三角區(qū)頂板機械化支護的關鍵設備，減少了大量的木材消耗，克服了傳統(tǒng)工藝采用木垛支護費時費力、支護能力不足、浪費木材等缺點。其主要特點為：

1）采用整體頂梁，支架靠三角區(qū)側(cè)圓滑過渡，有效防止三角區(qū)鋼絲頂網(wǎng)被撕破，維護三角區(qū)頂板的完整性。

2）底座靠三角區(qū)側(cè)專設防護機構，有效防止三角區(qū)矸石涌入支架內(nèi)部。

3）支架底座寬度按照回撤端頭三角區(qū)配套設計，滿足回撤端頭三角區(qū)空間狹窄以及回撤工藝的要求。

4）頂梁與掩護梁采用內(nèi)十字聯(lián)接方式，頂梁上四個鑄鋼球面柱帽，使頂梁左右、前后都能擺動一定角度，滿足支架頂梁對頂板起伏不平的支護要求。

5）底座與頂梁上都設有調(diào)架裝置，可有效防止回撤端頭三角區(qū)掩護支架傾倒，保持良好的架間距。

6）采用特殊配置的電液控制系統(tǒng)。配置了專用防爆型蓄電池，支架可在無外供電的情況下實現(xiàn)支架手動、電液控制和遠程無線遙控三種控制方式。

7）3架支架組成一組，支架前方采用衡梁聯(lián)結(jié)，實現(xiàn)使用過程中互為支點自動推進。

圖1 綜采面回撤巷道端頭三角區(qū)掩護支架

3 控制系統(tǒng)分析

三角區(qū)臨時支護支架組布置于回撤工作面端頭區(qū)域，位于工作面液壓支架邊緣的三角區(qū)區(qū)域內(nèi)，由于該區(qū)域范圍內(nèi)受工作面推進方向和垂直于工作面推進方向的雙重應力的影響，三角區(qū)域頂板巖層破碎嚴重，容易發(fā)生一定的頂板冒落，具有較大的安全隱患，因此在移架過程中人員盡量避免在該區(qū)域范圍內(nèi)作業(yè)。為保證安全作業(yè)，三角區(qū)臨時支護支架組采用遠程遙控和成組電液控制的雙重控制模式，可實現(xiàn)三角區(qū)支架及時有效支護和快速移架。

3.1 液壓控制系統(tǒng)分析

為提高支架的應用范圍，ZY12 000/16.5/30D型三角區(qū)臨時支護支架組升柱、降柱以及移架過程中采用與工作面液壓支架相同的乳化液，進液時乳化液通過泵站系統(tǒng)經(jīng)高壓乳化液管路進入支架操縱閥組，通過操作控制閥組，三角區(qū)支架組各支架可以執(zhí)行相應的升柱、降柱和移架等功能。三角區(qū)支架組的3架支架的液壓控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)聯(lián)動控制，大幅度增大了支架的作業(yè)效率，可有效保證回撤工作面三角區(qū)破碎頂板的及時有效支護。

3.2 電液控制系統(tǒng)

電液控制系統(tǒng)是保證三角區(qū)支架組安全作業(yè)、高效支護的重要部分，根據(jù)支架組的實際作業(yè)環(huán)境和作業(yè)區(qū)域，支架組電液控制系統(tǒng)主要由控制器、驅(qū)動器、電源、遙控器、紅外無線接收設備等組成，控制系統(tǒng)相應關聯(lián)關系如圖2所示。

圖2 電控系統(tǒng)連接圖

控制器作為電液控制系統(tǒng)的核心控制元件，對支架安全高效作業(yè)具有十分重要的作用，控制器由硬件控制元件和相應的控制程序組成，作業(yè)人員通過人機交互界面發(fā)出指令后，控制器對相應的指令信號進行分析，并傳輸給相應的執(zhí)行元件，支架完成相關動作。

為保證回撤工作面三角區(qū)域作業(yè)時人員的安全，在支架組電液控制系統(tǒng)中加入了遠程控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)主要由遠程遙控器和紅外無線接收機兩個主要部件組成，遙控器作為發(fā)生裝置主要由操作人員發(fā)送相關指令，相關指令以無線信號的形式傳輸至無線接收裝置，接收裝置將信號傳輸至支架控制器中，控制器通過分析，將相關信號傳輸至執(zhí)行元件中，完成支架的遠程控制。遠程控制距離不低于50 m。

4 回撤工作面三角區(qū)支架布置方式

回撤工作面三角區(qū)支架布置圖如圖3所示。三角區(qū)臨時支架組主要布置于回撤通道內(nèi)綜采工作面液壓支架端部三角區(qū)域內(nèi)，臨時支護支架組垂直于工作面液壓支架布置，在回撤端頭三角區(qū)內(nèi)形成穩(wěn)定的支護空間，保證了最外側(cè)末端工作面支架的回撤。支架回撤時將鋼絲繩連接于待回撤支架的底部，鋼絲繩繞過三角區(qū)支架組外側(cè)的端頭支架底座前端的滑輪，通過端頭支架底座前端的定滑輪機構改變鋼絲繩的拉移方向，通過回撤通道前方的絞車牽引鋼絲繩，以端頭支架作為支點，以三角區(qū)支架組作為三角區(qū)域臨時支護，將工作面液壓支架拉移至回撤通道內(nèi)，通過支架搬運車將液壓支架搬運至地面檢修或下一工作面繼續(xù)使用。當最外側(cè)端部工作面液壓支架“抽出”后，三角區(qū)支架組及時移架，實現(xiàn)新的三角區(qū)域的及時支護，為下一支架的回撤做準備。

圖3 布置方式

5 應用效果

ZY12 000/16.5/30D型回撤工作面三角區(qū)支架組與端頭支架、回撤通道絞車等配套使用，可滿足綜采工作面液壓支架的快速回撤要求，目前已廣泛用于神東集團下屬補連塔礦、錦界礦等大型煤炭企業(yè)，取得了良好的應用效果，使用三角區(qū)臨時支護支架組后，單工作面可節(jié)約材料成本80萬元以上，大幅度降低了作業(yè)人員的勞動強度，綜采工作面設備回撤效率提高50%以上，回撤時間縮短至7～10 d，井下作業(yè)人員數(shù)減少至10～15人，有效避免了由于工作面搬家倒面帶來的整體生產(chǎn)效率低下等問題，具有良好的技術經(jīng)濟效益。