老窯溝煤業(yè)大傾角綜采設(shè)備回撤技術(shù)優(yōu)化研究

趙建軍

（山西寧武大運(yùn)華盛老窯溝煤業(yè)有限公司，山西 寧武 036700）

老窯溝煤業(yè)1-201 綜采面的傾角較大、地層較為松軟，綜采設(shè)備在回撤過(guò)程中的效率極低，經(jīng)常出現(xiàn)支架傾倒、滑移等問(wèn)題。在對(duì)設(shè)備回撤難點(diǎn)進(jìn)行分析后，項(xiàng)目組提出了一種新的適用于大傾角、松軟綜采面的設(shè)備回撤技術(shù)：通過(guò)合理利用掩護(hù)架，減少在回撤過(guò)程中的空頂面積，提高設(shè)備回撤時(shí)的頂板穩(wěn)定性；通過(guò)優(yōu)化回撤軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少軌道在設(shè)備回撤期間的下沉。實(shí)際應(yīng)用表明，該技術(shù)提高了大傾角、松軟綜采面設(shè)備回撤穩(wěn)定性和回撤效率，目前該方案已經(jīng)在山西寧武大運(yùn)華盛老窯溝煤業(yè)得到了推廣。

1 綜采設(shè)備回撤問(wèn)題分析及解決思路

老窯溝煤業(yè)1-201 綜采面煤層平均厚度為11.2 m，煤層傾斜角較大，在31.5°～42.5°之間，平均傾斜角為36°。直接頂是平均厚度7.9 m 的泥巖，直接底為平均厚度3.7 m 的松軟泥巖，較為松軟。在實(shí)際回撤時(shí)存在以下問(wèn)題：

1）采面傾角較大，液壓支架在回撤過(guò)程中由于自身重心的變化，在移動(dòng)過(guò)程中容易出現(xiàn)液壓支架的倒架或者液壓支架底座的滑移；

2）地面較弱，而設(shè)備的整體重量較大，在回撤過(guò)程中反復(fù)調(diào)整，容易導(dǎo)致軌道下陷到松軟底板里，增加回撤的難度；

3）在馬背處的曲線角度過(guò)大，容易導(dǎo)致設(shè)備掉落，運(yùn)輸過(guò)程中掉道多。

針對(duì)綜采面設(shè)備回撤時(shí)所存在的問(wèn)題，從三個(gè)方面提出了解決思路：

1）支架防倒方案。設(shè)置兩臺(tái)回柱絞車和回撤平臺(tái)，通過(guò)配合使用，保證液壓支架從抽架到裝車過(guò)程中的安全有序。

2）防下陷方案。最可靠的方式是把回撤路線上的地面夯實(shí)并硬化，但該方案效率低、成本高。因此在多方案對(duì)比后選擇了使用道木對(duì)軌道進(jìn)行加固，降低在承重過(guò)程中的下沉量，不僅可防下陷，而且道木可以回收利用，降低回撤成本。

3）現(xiàn)場(chǎng)改造。對(duì)回撤叉車和曲線道進(jìn)行改造[1]，提高平穩(wěn)性，保證叉車的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 支架回撤技術(shù)方案

2.1 軌道鋪設(shè)

鋪設(shè)規(guī)格為3500 mm×38 kg/m 的軌道，軌道的軌距設(shè)置為2000 mm，機(jī)頭軌道邊距煤壁幫約為1000 mm，機(jī)尾位置的軌道距離煤壁幫約為1600 mm。軌道道木規(guī)格為2.4 m×0.2 m×0.2 m。為了提高可靠性，在軌道兩側(cè)分別接入兩個(gè)長(zhǎng)度為2000 mm的加強(qiáng)條，加強(qiáng)條距離軌道接頭100 mm。在軌道的接頭位置利用鐵鏈和夾板螺栓固定，為了使軌道平直，在軌道的變坡點(diǎn)安裝一個(gè)地輥，且每隔50 m 設(shè)置一個(gè)地輥。

2.2 安裝絞車

在距離巷道約50 m 的位置安裝第一個(gè)輔助絞車，在硐室內(nèi)設(shè)置1#絞車和2#副絞車，尾巷絞車設(shè)置在靠近第74 個(gè)支架的位置。利用各個(gè)絞車和回撤平臺(tái)相互配合，提高支架在回撤時(shí)的穩(wěn)定性。井下絞車布置結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 井下絞車布置結(jié)構(gòu)示意圖

絞車采用高強(qiáng)度錨桿進(jìn)行固定，提高其穩(wěn)定性。

2.3 回撤流程分析

在進(jìn)行回撤時(shí)，將回撤叉車運(yùn)至回撤平臺(tái)并進(jìn)行連接固定，把回撤平臺(tái)和連接支架進(jìn)行連接，再進(jìn)行抽架和調(diào)向，使用回撤叉車把支架送到副巷的端口位置，把支架倒裝并安裝到裝車機(jī)構(gòu)位置使支架和平板車進(jìn)行固定，最終把液壓支架從副巷運(yùn)出，完成一個(gè)支架的回撤。詳細(xì)的撤離流程匯總?cè)缦耓2]。

1）利用牽引鏈和絞車配合，把液壓支架轉(zhuǎn)移到回撤平臺(tái)上，然后在回撤平臺(tái)上將液壓支架的放置方向順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°。

2）利用回柱絞車把液壓支架牽引到回撤叉車上，在回撤的過(guò)程中需要根據(jù)液壓支架的情況不斷調(diào)整絞車的動(dòng)作順序和速度，保證液壓支架在調(diào)整過(guò)程中的穩(wěn)定性。

3）用絞車把回撤叉車?yán)较锏澜徊婵诘奈恢?，然后將液壓支架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，利用牽引臂[3]把液壓支架拉到裝車結(jié)構(gòu)位置的平板車上運(yùn)出綜采面。最后把回撤叉車轉(zhuǎn)運(yùn)回到回撤平臺(tái)并和回撤平臺(tái)進(jìn)行連接，準(zhǔn)備對(duì)下一個(gè)液壓支架進(jìn)行回撤。

4）液壓支架在抽出以后，首先利用三個(gè)掩護(hù)架對(duì)支架抽出的位置進(jìn)行支護(hù)，形成一個(gè)三角穩(wěn)定區(qū)[4]。待支架完全移走以后，再拆除原有的寬度為3500 mm 的軌道，并在對(duì)應(yīng)位置設(shè)置寬度為1750 mm 的軌道。將掩護(hù)架和回撤平臺(tái)形成一個(gè)相對(duì)應(yīng)的支點(diǎn)，逐步前移回撤平臺(tái)，然后待回撤平臺(tái)到達(dá)指定位置后，將其作為一個(gè)穩(wěn)定支點(diǎn)，向前拉移剩余的2 組掩護(hù)架。

在移動(dòng)的過(guò)程中需要保持掩護(hù)架從內(nèi)向外側(cè)的移動(dòng)，單次移動(dòng)的距離不超過(guò)1500 mm，確保掩護(hù)架移動(dòng)到位后能對(duì)頂板進(jìn)行可靠支護(hù)，確保井下移架的安全性。

3 掩護(hù)架形成及三角支護(hù)

回撤過(guò)程中的掩護(hù)架是利用第1 號(hào)、第2 號(hào)和第5 號(hào)液壓支架構(gòu)成，在抽1 號(hào)液壓支架的時(shí)候利用大鏈和支架的防倒座連接，將巷道內(nèi)第4 個(gè)絞車的勾頭和1 號(hào)液壓支架連接，防止在移動(dòng)過(guò)程中液壓支架的傾倒[5]。在1 號(hào)液壓支架的前方設(shè)置專用的抽架錨索，提高抽架時(shí)候的穩(wěn)定性，將3 號(hào)絞車的鉤頭和1 號(hào)液壓支架相互連接，利用支架自拉自移的方式完成抽架作業(yè)。

當(dāng)1 號(hào)液壓支架抽出以后，再利用3 號(hào)絞車配合單體柱慢慢地把1 號(hào)液壓支架拉到和煤壁距離1000 mm 的位置，從而形成一個(gè)側(cè)幫掩護(hù)架[6]。接著再利用同樣的方法把第2 號(hào)和第5 號(hào)液壓支架抽出，使其作為設(shè)備回撤時(shí)候的掩護(hù)支架。在支護(hù)過(guò)程中1 號(hào)和2 號(hào)液壓支架每次前移量控制在1500 mm，每次前移后都要設(shè)置一排單梁支柱控制1 號(hào)和2 號(hào)液壓支架區(qū)域的頂板，提高頂板的穩(wěn)定性。

在3 個(gè)掩護(hù)架形成以后，在三角區(qū)域可以利用單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)頂板，如果在支護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)支護(hù)區(qū)域頂板破碎的情況，則可以根據(jù)三角區(qū)域頂板的實(shí)際情況增加單梁的數(shù)量，核心目的是確保在掩護(hù)架圍成的三角區(qū)域內(nèi)頂板的穩(wěn)定性和完整性。利用壓戧柱[7]在刮板輸送機(jī)的銷軌上進(jìn)行加強(qiáng)，壓戧柱角度設(shè)置為5°。在工作面每隔15 m 的距離設(shè)置2 根單體液壓支柱避免刮板輸送機(jī)的下滑，為作業(yè)面上設(shè)備的安全回撤提供一個(gè)支護(hù)通道?；爻吠ǖ乐ёo(hù)剖面如圖2。

圖2 回撤工作面支護(hù)剖面結(jié)構(gòu)

4 新技術(shù)應(yīng)用效果

新型設(shè)備回撤技術(shù)能夠充分利用地質(zhì)條件和現(xiàn)有設(shè)備，通過(guò)設(shè)備組之間相互配合的方式進(jìn)行回撤。同傳統(tǒng)的回撤方式相比，回撤過(guò)程中每班的回撤量最多可以達(dá)到5 架，整個(gè)綜采面設(shè)備的回撤周期縮短到了62 d，比傳統(tǒng)回撤方式降低了35%。在整個(gè)回撤期間沒(méi)有發(fā)生過(guò)支架的傾倒現(xiàn)象，也沒(méi)有出現(xiàn)飛石和頂板垮落。設(shè)備回撤、安裝線路如圖3。

圖3 設(shè)備回撤、安裝路線示意圖（mm）

5 結(jié)論

1）煤層傾角大且地面較為松軟，是影響采面設(shè)備回撤安全性和效率的主要因素。利用3 個(gè)掩護(hù)支架減少回撤時(shí)三角空頂區(qū)面積，確保了頂板的穩(wěn)定性；在回撤路徑上用道木提高軌道整體性和強(qiáng)度，解決了地層松軟、設(shè)備易下陷的問(wèn)題。

2）設(shè)備回撤技術(shù)分為軌道鋪設(shè)、安裝絞車、設(shè)備回撤三個(gè)部分。在整個(gè)回撤期間沒(méi)有發(fā)生過(guò)支架傾倒，也沒(méi)有出現(xiàn)飛石和頂板垮落問(wèn)題，表明了該回撤技術(shù)的可靠性。

3）新的回撤技術(shù)能夠?qū)⒃O(shè)備的回撤周期縮短35%以上，填補(bǔ)了煤礦井下機(jī)械化快速回撤技術(shù)的空白。