綜采工作面設備回撤工藝優(yōu)化研究

鄭艷春，李冬冬，張利軍

（晉能控股裝備制造集團趙莊二號，山西 長治 046000）

晉能控股裝備制造集團某煤礦從成立至今，共發(fā)生了十多次綜采倒面作業(yè)，都是采用絞車和軌道聯(lián)運的方式，其倒面作業(yè)效率低、風險大。因此，如何對綜采工作面的裝備回收過程進行優(yōu)化，以提升裝備回收工程效率，減少風險，已成為制約礦井可持續(xù)發(fā)展的關鍵問題。

1 工程概況

晉能控股裝備制造集團某煤礦主要開采3#煤，該煤的平均厚達5.5m，具有較好的穩(wěn)定性和較低的傾角。3314 綜采工作面在井田中部南邊，可采走向長1946.5m，傾斜長度175m，煤層一般為3#煤，煤層構(gòu)造比較簡單。采場正頂板由平均2m厚的砂質(zhì)泥巖組成，基頂為一塊石英砂巖，其厚度平均為9m。綜采工作面采用運輸槽進風和回風管構(gòu)成的“U”型排風體系，兩順槽的凈寬都是5000mm，高都是3400mm。

2 以往末采及設備回撤工藝

2.1 以往綜采工作面末采工藝

2.1.1 以往末采工藝

在以前的工作面末尾階段，在頂板上鋪上10m×1.2m 的雙層金屬網(wǎng)，每個周期結(jié)束需要進行一次網(wǎng)絡連接。將鋼索以1m的間隔鋪設在鐵絲網(wǎng)下面[1]。綜放工作面的回采巷寬4m，高2.9m。

2.1.2 以往工作面通道支護方式

在采場下，切下最后一片煤后，對采場下的頂板和煤壁進行了錨網(wǎng)支護。圖1顯示了傳統(tǒng)撤退通道的整體支撐計劃?；夭晒ぷ髅娴捻敯搴晚敯宓闹ёo標準和要求是：

圖1 以往回撤通道總體支護方案示意圖(單位：m)

（1）頂板支護。錨桿形式和規(guī)格:使用的材料是BHR500，桿體是22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度為2400mm 的樹脂加長錨固，使用了兩種錨固劑，一種是MSCKb2335，一種是MSZ2360。

錨索:采用1×19 股高強度鋼絞線，直徑22mm，長7300mm，帶樹脂增強錨，使用一根MSCKb2335，兩根MSZ2360。每6個支架安裝一條錨鏈，錨鏈與支架之間的距離為3000mm，距離支架兩側(cè)1000mm。尾端裝有高強度的固定裝置，與300mm×300mm×14mm的高強度金屬支架相匹配。

（2）煤幫支護。錨桿形式和規(guī)格:采用的是BHR500的材質(zhì)，22#左旋無縱筋螺旋鋼絲作為桿體，用2400mm 的樹脂進行加長錨，采用了兩種錨固液，一種是MSCKb2335，一種是MSZ2360。錨桿配置：在一條直線上配置3 個，每個直線之間的距離是1000mm，排距是1500mm，巷面的頂部距它的距離是500m，而在它的下方距離底板400mm。

在工作面上，在轉(zhuǎn)換支架的頂梁和前梁的上部，沿著走向，要穿過一塊5000mm 的工字鋼，每個框架不低于一塊。在梁端支有一根單柱式支撐的情況下，用工字形鋼筋支撐整個煤面。在工作面中，在每個支撐前梁上穿過2000mm 的走向木頭，搭接長不小于400mm，一端支撐在采場的頂部，在梁端支著單個支柱。

2.2 運輸順槽設備回撤工藝

在工作面停止開采之后，對全部的裝置進行斷電，將電廠列車高壓電纜拆除后，按次序分解皮帶輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機等，采用多個絞車接力，然后分別將各裝置拖動到指定的位置。采用絞車和滑輪作為轉(zhuǎn)向裝置，將工作面中的刮板輸送機與采煤機拖拽到回風順槽的裝車點，再利用絞車與裝車點的起吊點，將裝置準確放置在WC8無軌膠輪車上，將裝置提升到井口后進行回收。

2.3 以往工作面支架回撤工藝

在運送順槽設備、刮板輸送機及采煤機撤離完畢后，再將位于工作面上的水力支架卸下。

用絞車將液壓支架拉起并調(diào)整方向，然后拖至停采面上的卸載平臺，液壓支架經(jīng)裝載平臺裝載到平板車上，再經(jīng)軌道輸送到輸送順槽換裝點，最終由平板車上裝載到托架上運走。原裝置回收傳送系統(tǒng)的原理圖如圖2所示。

圖2 原設備回撤運輸系統(tǒng)示意圖

3 末采及設備回撤工藝革新

3.1 末采及回撤通道支護工藝

3.1.1 末采工藝

在3314工作面上，在最后一次開采過程中，使用了兩卷90m×12m 的高強聚醋酸纖維軟質(zhì)網(wǎng)片，取代了常規(guī)的二次金屬網(wǎng)片。在切割煤炭的時候，只需要兩個人在采煤機的前后支架上操縱手動絞車就可以把軟網(wǎng)抬起并放下來，取代了每一個周期都需要通過前面的運輸機來人工進行網(wǎng)絡連接的過程。與此同時，為了避免在回放支架過程中窩頭產(chǎn)生大范圍的來壓，在最后開采階段，減小了鋼索的間隔，前5 道鋼索間隔0.5m，后8道鋼索間隔0.8m。回采巷道的寬度是4.5m，高度是3.1m。

3.1.2 回撤通道支護工藝

（1）采場頂采用了錨索和柔性纖維網(wǎng)結(jié)合鋼梯梁支護的形式。在3314 采場巷道的整體支撐設計中，支護方案見圖3。

圖3 3314工作面回撤通道總體支護方案圖（單位：m）

頂板錨索布置:

第一步：在3314 工作面在最后一次開采開始挖槽之前（在沒有更多的移動架次之前），在前橫梁上對頂板錨桿支護進行了研究。拉線長度為7300mm，兩個支撐間設置一根拉線，錨索托盤與拉線板緊密貼合。

第二步：煤機割通了一片煤層，用支撐桿做膨脹梁支護頂，再用“錨桿+鋼筋梯梁”的支護法。錨索的長度為7300mm，階梯梁的間隔為1.5m×3個孔洞，每兩架支護一次，必須與在第1階段所設置的支架形成一個十字支撐，并與第2 階段所設置的支架支撐的距離為800mm。

第三步：取下托架，將1m 長的一字梁放于托架前方，由機首向機尾推送前溜，切煤機進行最后一次切煤。在割到最后一刀的時候，要及時對頂板和煤幫采取必要的支護措施，具體的支護要求是：根據(jù)頂板狀況的差異，選擇的煤機數(shù)量在20~30架之間，在整個支護過程中，需要完成4~6 次的支護。每兩個支架支撐一次，需要與二個支架構(gòu)成十字支撐，并與二個支架之間的距離為0.8m。

（2）采場煤頂?shù)闹涡问綖椋涸谑┕み^程中，采用了拉繩及加強臺階梁支護，并在拉繩中間布置了幾根錨桿。

錨索布置:沿橫向設置鋼筋階梯梁，錨索間距為1500mm，每排2 條，上、下兩排錨索間距為1800mm，沿豎直煤面鉆孔，距頂板、底板間距為650mm。

錨桿布置：錨桿的排距為1500mm，每排1 根，與頂、底間距均為1550mm，錨桿的布置與頂、底板均垂直。

3.2 運輸順槽設備回撤工藝革新

等所有有關的裝置都拆卸完畢后，采取新式的BYSX-10x2(A)起吊裝置，代替絞車的使用，然后將拆除的設備如皮帶輸送機、破碎機等裝置放入WC8 膠輪車進行回收。液壓臂架式起吊裝置主要技術參數(shù)見表1。

表1 液壓臂架式起吊裝置主要技術參數(shù)

BYSX-10x2（A）型礦井用液壓懸臂式吊裝裝置，其工作過程主要有：在巷道中的運輸流程、支頂流程和吊裝流程[2]。

井下搬運工藝：提升機可以自行在井下搬運，也可以由輔助搬運設備搬運到工作面或切眼巷中。

支頂工序：在吊裝較重的物體時，需要采用機身尾托；用四條腿支撐，鋼軌可以提升到250mm，確定鋼軌離地后，即可進行吊運。

吊裝過程(無線遙控):伸出伸縮臂、旋轉(zhuǎn)吊臂、落下吊臂、放出伸縮鏈、起吊。

3.3 工作面液壓支架回撤工藝革新

（1）在卸下液力支承前，底部的三角部分必須修平。采用2500mm×2500mm的一個等腰線，保證1#支護基部與煤墻之間的距離達到7m。為保證架式車輛的通過，在回送順槽下巷及回采巷底鋪上聚合物密封件。

（2）利用TYH-600 型液壓支架移位裝置代替了以往的吊車，完成了對支架的回收。具體的技術參數(shù)列于表2。

表2 液壓支架調(diào)移裝置主要技術參數(shù)

該液壓支架調(diào)整機構(gòu)由傾斜平臺、過渡平臺、轉(zhuǎn)向平臺、裝車平臺、兩條牽引臂、兩條裝車臂及液壓系統(tǒng)等構(gòu)成。在支承基座的前方設置了一個傾斜工作臺，可以使水力支承平穩(wěn)地導向到調(diào)整工作臺的上方；所述的轉(zhuǎn)體平臺構(gòu)成了轉(zhuǎn)體部分，能夠帶動全部的液壓支架進行搖擺；旋轉(zhuǎn)工作臺，拉動液壓架，逐步地調(diào)節(jié)90°；所述的卸載平臺對所述的液壓支架進行方向調(diào)整后，從所述的載重裝置上卸下；提升機構(gòu)安裝在裝載平臺的前端，可調(diào)節(jié)裝載平臺的高度，為將液壓支架轉(zhuǎn)移到托架上提供了一個良好的環(huán)境。

采用TYH-600 型油柱支柱移動裝置取代絞車，完成抽架、調(diào)向、裝車、推移動裝置、拉掩護架等工序的集中自動化操作，并通過支撐車將油柱從工作面運輸?shù)骄萝噲鯷3]。

3314工作面設備回撤運輸系統(tǒng)示意圖如圖4所示。

圖4 3314工作面設備回撤運輸系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)論

（1）在末回階段，采用聚醋酸纖維軟體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)的鋼質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可減輕工作面工人的勞動負荷，提升工作面工作效果，同時也可減少前方運輸機網(wǎng)絡化過程中，工作面破碎傷人的危險性。

（2）在回采巷道內(nèi)，加大了回采巷道的頂幫錨網(wǎng)支護力度，消除了回采巷道內(nèi)的后部支撐，使回采巷道內(nèi)沒有發(fā)生回采時的片幫。

（3）采用BYSX-10x2（A）型煤礦用液壓吊桿提升機取代了絞車，使每個班次的工作人員從12人減少到9 人，減少了25%；各班次的回退裝置從原來的9 輛汽車增加到了11 輛汽車。采用TYH-600 液壓支架移動設備取代了絞車，使回采工作面的工作人員從原來的12 個人減少到6 個人，減少了50%的人員；119 根支架的拔出，只用了10d，創(chuàng)造了我公司單根支架拔出的歷史記錄。

（4）第一次，在運送順槽設備和液壓支柱的時候，去掉了絞車的運送這個步驟，這樣就可以通過遙控裝置進行遙控，這樣就能很好解決卷揚機運輸過程中鋼絲繩斷裂、超速等危險引起的安全性問題。