綜采工作面快速搬家工藝探討分析及應(yīng)用

潘軍輪

（山西沁和能源集團(tuán) 南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048200）

0 引 言

綜采工作面設(shè)備的安裝及回撤是煤礦井下開采過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，目前，隨著煤礦機(jī)械化程度的提高，綜采工作面使用的設(shè)備也在優(yōu)化和改進(jìn)，產(chǎn)能不斷提高，但傳統(tǒng)工作面搬家倒面工藝存在工序多、時(shí)間長、人員投入多等問題，采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行搬家通常所需工期在50～60 d，對礦井的正常生產(chǎn)接續(xù)及經(jīng)濟(jì)效益影響較大[1-2]。在施工過程中常常還會存在較大的技術(shù)難題和安全風(fēng)險(xiǎn)[3-4]，如：①作業(yè)環(huán)境差、施工工序復(fù)雜、安全管理難度大；②受井下工程條件限制，工作面無法使用先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行安裝回撤；③投入設(shè)備和人員較多，人員工效低、勞動強(qiáng)度大；④采用傳統(tǒng)的絞車挪架、調(diào)架存在鋼絲繩斷裂、崩彈，支架倒架等安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，本文以沁和能源集團(tuán)有限公司永紅煤礦3509 綜采工作面為工程背景，結(jié)合工作面實(shí)際情況，對工作面搬家倒面工藝進(jìn)行優(yōu)化提升，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面設(shè)備的安全高效安裝及回撤。

1 概 況

永紅煤礦3509 綜采工作面位于該礦5 采區(qū)西翼最上部，東鄰5 采區(qū)回風(fēng)上山保護(hù)煤柱，南鄰3507 采空區(qū)，西鄰5 采區(qū)邊界，北為實(shí)體煤。工作面可采長度1 120 m，傾斜長180 m，工作面平均煤厚3.8 m，平均坡度8°。工作面共計(jì)安裝ZY6800/21/45 型掩護(hù)式液壓支架120 架，每架支架重量為26.5 t，MG400/930-WD 型采煤機(jī)1 臺，SGZ800/1400 型刮板輸送機(jī)1 部。

2 工作面停采及支護(hù)工藝優(yōu)化

2.1 停采工藝流程

當(dāng)工作面回采至距停采線剩余20 m 位置時(shí)，開始進(jìn)行工作面停采前的工藝調(diào)整，具體流程為：檢查設(shè)備—工作面距停采線剩余12 m 時(shí)，施工錨桿用于固定網(wǎng)—工作面鋪網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)、上繩—停止工作面推進(jìn)—擴(kuò)超前巷—支護(hù)（錨網(wǎng)索配W 鋼帶聯(lián)合支護(hù)）—施工絞車硐室—劈角。

2.2 停采支護(hù)工藝優(yōu)化

2.2.1 工字鋼梁支護(hù)工藝

工作面回采過程中當(dāng)液壓支架頂梁前端距停采線剩余6.7 m 時(shí)，在工作面支架頂梁上方開始鋪設(shè)第一排工字鋼梁，梁與梁之間相互搭接，工字鋼梁采用12 號礦工字鋼加工，每根長3 m。當(dāng)工作面繼續(xù)向前推進(jìn)1.3 m 時(shí)，再在支架頂梁上方鋪設(shè)第二排工字鋼梁。每架支架上共上2 根工字鋼梁，施工時(shí)從工作面最后一架支架開始，先將支架降下來，將工字鋼梁沿工作面傾向方向鋪設(shè)在工作面支架距頂梁前端500 mm 位置，兩端各露出750 mm，然后將該支架升起接頂。按此方法，從上向下逐架順序施工，工字鋼梁全部鋪設(shè)完成后再將工作面支架全部升緊一遍，確保支架支撐力符合要求。工字鋼梁支護(hù)如圖1 所示。

圖1 工作面停采前工字鋼梁支護(hù)平、剖面示意Fig.1 Support plane and profile of I-beam before stopping mining of working face

2.2.2 工字鋼梁支護(hù)工藝缺點(diǎn)

在工作面回采即將結(jié)束前，采用礦12 號工字鋼梁搭接對工作面頂板進(jìn)行支護(hù)，在現(xiàn)場實(shí)際施工過程中存在許多缺點(diǎn)：礦12 號工字鋼梁長3 m，自身重量較大，在抬運(yùn)及上梁作業(yè)過程中需2～3人協(xié)同操作，勞動強(qiáng)度大，投入人員多，用時(shí)長，工效較低，且上梁過程中存在工字鋼梁滑落傷人風(fēng)險(xiǎn)，存在較大安全隱患。

2.2.3 鋼絲繩柔性支護(hù)工藝

根據(jù)3509 工作面頂板情況并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際開采條件，將原工字鋼梁支護(hù)頂板方式更換成鋼絲繩柔性支護(hù)方式。即在工作面支架頂梁前方第一道金屬網(wǎng)上完聯(lián)好以后，在金屬網(wǎng)下方上第一道鋼絲繩，每間隔200 mm 使用14 號雙股鐵絲扭結(jié)將鋼絲繩固定在金屬網(wǎng)上，鋼絲繩兩端使用專用繩卡固定在上下順槽頂板上，鋼絲繩處于工作面支架頂梁上方保證成平直狀態(tài)。工作面每向前推進(jìn)0.8 m 按照上第一道鋼絲繩的操作方式上第二道鋼絲繩，共計(jì)上4 道鋼絲繩，然后按照每推進(jìn)0.6 m 的間距再上8 道鋼絲繩，工作面回采至停采線位置共計(jì)上12 道鋼絲繩。鋼絲繩支護(hù)工藝如圖2 所示。

圖2 工作面停采前鋼絲繩支護(hù)平、剖面示意Fig.2 Support plane and profile of wire rope before stopping mining of working face

2.2.4 支護(hù)工藝對比分析

通過對工字鋼梁支護(hù)工藝和鋼絲繩柔性支護(hù)工藝進(jìn)行對比分析，具體情況見表1。

表1 2 種支護(hù)工藝對比分析Table 1 Comparative analysis of two kinds of support technology

3 液壓支架回撤及安裝工藝優(yōu)化

3.1 絞車回撤安裝液壓支架工藝

傳統(tǒng)液壓支架回撤及裝車采用的是絞車配合導(dǎo)向滑輪來完成。支架回撤方式如圖3 所示。在工作面布置2 臺雙速回柱絞車，其中1 號絞車鋼絲繩通過安裝在掩護(hù)架上的導(dǎo)向滑輪來改變鋼絲繩的牽引方向，將絞車鋼絲繩固定在待回撤支架上，通過絞車緩慢牽引將支架調(diào)向回撤出來，然后利用2 號絞車將支架拉移至停放在工作面軌道上的平板車上裝車并運(yùn)出工作面。工作面安裝液壓支架方式如圖4所示，安裝支架時(shí)使用2 號絞車將支架通過鋪設(shè)在工作面的軌道運(yùn)輸?shù)酱惭b位置卸車后，再利用1號和2 號絞車并配合單體液壓支柱進(jìn)行對拉調(diào)向?qū)⒅Ъ馨惭b到指定位置。

圖3 工作面支架回撤方式示意Fig.3 Withdrawal mode of support in working face

圖4 工作面支架安裝方式示意Fig.4 Installation method of support in working face

根據(jù)上述可知，采用傳統(tǒng)絞車回撤及安裝液壓支架時(shí)存在較大弊端，僅靠絞車來生拉硬拽液壓支架，容易發(fā)生鋼絲繩斷裂、繃?yán)K傷人及絞車損壞等事故，安全隱患多，且該方法工序多、投入人員多、勞動強(qiáng)度大、工效低。

3.2 “機(jī)械手”回撤及安裝支架工藝

根據(jù)井下現(xiàn)場實(shí)際情況，3509 綜采工作面在安裝和回撤液壓支架時(shí)引進(jìn)了TYH 型和TYA 型液壓支架調(diào)移裝置，俗稱“機(jī)械手”。該調(diào)移裝置利用工作面乳化液泵站液壓系統(tǒng)提供液壓動力，不受拆裝地點(diǎn)供水、供電等因素制約。在使用調(diào)移裝置起吊和調(diào)向時(shí)操作人員站在掩護(hù)架下和調(diào)移裝置機(jī)身后方操作操縱閥手柄進(jìn)行控制操作，操作不僅安全而且簡單靈活，提高了作業(yè)安全系數(shù)。

TYH300 型液壓支架調(diào)移裝置主要技術(shù)參數(shù)如下：

TYA300 型液壓支架調(diào)移裝置技術(shù)參數(shù)如下：

3.2.1 液壓調(diào)移裝置回撤支架

在工作面回撤液壓支架過程中，液壓調(diào)移裝置采用銷軸與工作面掩護(hù)支架推移油缸進(jìn)行固定連接，通過掩護(hù)支架推移油缸作用實(shí)現(xiàn)在工作面的前移，回撤支架時(shí)，調(diào)移裝置通過其自身的掛鉤固定在待拆支架頂梁兩側(cè)，通過操作操縱閥手柄來控制拉移油缸進(jìn)行向煤墻側(cè)拉移，同時(shí)操作調(diào)向油缸帶動支架擺動調(diào)向，一次拉移調(diào)向不到位時(shí)可調(diào)整固定油缸鏈條長度及位置，按上述步驟重復(fù)多次操作，直至將支架從工作面磨出，利用絞車?yán)浦裂b車地點(diǎn)或就近裝車，完成支架回撤。

3.2.2 液壓調(diào)移裝置安裝支架

工作面利用液壓調(diào)移裝置安裝支架時(shí)，將待安支架拉運(yùn)至調(diào)移裝置附近后，利用調(diào)移裝置上的2根拉移油缸將支架拉移到調(diào)移裝置安裝平臺上，利用牽引油缸將支架在安裝平臺上進(jìn)行調(diào)向90°，最后利用中間的推移油缸將支架推移到工作面待安裝支架位置，同時(shí)在支架的反作用力作用下，調(diào)移裝置向后進(jìn)行自移。

3.3 支架回撤和安裝工藝對比分析

將傳統(tǒng)支架安裝回撤工藝與液壓調(diào)移裝置安裝回撤支架工藝進(jìn)行對比分析，具體情況見表2。

表2 支架安裝回撤工藝對比分析Table 2 Comparative analysis of support installation and withdrawal process

4 結(jié) 語

綜采工作面的安裝回撤是煤礦井下生產(chǎn)接續(xù)的一個(gè)重要組成部分，通過對綜采工作面停采前的支護(hù)方式及支架回撤和安裝工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，提出從工藝環(huán)節(jié)改進(jìn)和新設(shè)備投入2 個(gè)方面著手，對支護(hù)工藝方式和支架安裝回撤工藝及流程進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)綜采工作面設(shè)備安全快速安裝及回撤。在3509 工作面進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果表明，在3509 工作面安裝及回撤過程中，人員作業(yè)安全得到了保障，職工勞動強(qiáng)度大幅降低，支架安裝回撤時(shí)間比原來減少了50%左右，工作效率得到顯著提升，取得的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著，為類似條件下綜采工作面搬家倒面提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。