綜采工作面快速回撤臨時(shí)支護(hù)裝備及技術(shù)分析

高 偉

（山西晉煤集團(tuán)坪上煤業(yè)有限公司， 山西 沁水 048200）

引言

目前我國(guó)主要的大型煤礦已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化采煤，特別是由大功率采煤機(jī)、電液控制系統(tǒng)、重型運(yùn)輸系統(tǒng)等組成的大型成套自動(dòng)化裝備的應(yīng)用，使工作面的回采效率大幅度提高，有效支撐了高產(chǎn)高效礦井建設(shè)需要[1-2]。然而隨著工作面綜采設(shè)備的不斷成套化、重型化，以及回采地質(zhì)條件的日益復(fù)雜，綜采設(shè)備回撤工作也越來(lái)越困難。而工作面回采速度的加快也對(duì)綜采設(shè)備搬家效率提出了更高的要求[3-5]。

為了解決在有限的回撤空間內(nèi)有序地進(jìn)行綜采設(shè)備回撤難題，提高回撤效率的同時(shí)降低回撤成本、保證回撤安全，本文對(duì)成套臨時(shí)支護(hù)裝備進(jìn)行了研究，分析了設(shè)備參數(shù)和特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定了回撤流程，實(shí)現(xiàn)了工作面的安全高效回撤。

1 工作面概況

某礦12090 工作面北部為采區(qū)邊界，東部為12080 工作面采空區(qū)，南部為采區(qū)大巷，西部為實(shí)體煤。工作面對(duì)應(yīng)地表平坦，無(wú)高大建筑物，平均埋深550 m。工作面為走向長(zhǎng)臂回采工作面，采用綜采一次采全高采煤工藝，全部垮落法管理頂板。工作面走向長(zhǎng)2 350 m，傾向長(zhǎng)320 m，煤層平均厚度6 m，平均傾角8°，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，偶含一層夾矸，夾矸厚度0.1 m。該工作面煤層偽頂局部發(fā)育，巖性炭質(zhì)泥巖，厚度0～0.4 m，隨采隨落；直接頂板為泥巖和砂質(zhì)泥巖，厚度3～6.9 m；基本頂為中- 細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖，厚度4.4～12.6 m。頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

2 成套支護(hù)裝備適用性的分析

2.1 三角區(qū)支架

工作面回采結(jié)束時(shí)，三角區(qū)受采動(dòng)破壞影響，上部巖石發(fā)生劇烈運(yùn)移，巖體較破碎。根據(jù)工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用三架型號(hào)為ZY12000/16.5/30D 的支架組成三角區(qū)支護(hù)組，其中鄰近采空區(qū)的支架高度要低于其他兩架，使支架從高到低排列，能夠很好地適應(yīng)三角區(qū)的垮落形態(tài)。三角區(qū)支架組采用整體頂梁，位于采空區(qū)側(cè)的采用大圓弧端面，可以避免在拉架時(shí)對(duì)金屬網(wǎng)假頂產(chǎn)生破壞；三角區(qū)支架利用前方的橫梁連接，相互支撐移架，保證了回撤支架時(shí)三角區(qū)的頂板安全。三角區(qū)支架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，支架參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 工作面頂?shù)装鍘r性

圖1 三角區(qū)支架結(jié)構(gòu)圖

表2 三角區(qū)支架參數(shù)表

2.2 端頭掩護(hù)支架

工作面端頭支架設(shè)置在回撤巷道內(nèi)，可以在工作面移架時(shí)保護(hù)作業(yè)空間以及為移架提供牢固的支點(diǎn)，支架設(shè)計(jì)為加長(zhǎng)頂梁，使其能夠提供較大的保護(hù)空間；端頭支架兩架并排布置，并在底座的前部安裝高強(qiáng)度定滑輪組，絞車鋼絲繩通過(guò)滑輪與支架連接，通過(guò)絞車牽引拉動(dòng)支架。端頭支架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，支架參數(shù)見(jiàn)表3。

圖2 回撤端頭支架結(jié)構(gòu)圖

表3 端頭支架參數(shù)表

2.3 絞車支撐平臺(tái)

綜采支架回撤時(shí)通常使用絞車回撤，在回撤過(guò)程中將鋼絲繩繞過(guò)端頭支架前方安裝的定滑輪組進(jìn)行牽引拉移回撤。傳統(tǒng)絞車采用“四壓兩戧”結(jié)合打地錨的方式進(jìn)行安裝，安裝工作復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大。為了解決這些問(wèn)題，本次采用了絞車支撐平臺(tái)配合絞車進(jìn)行支架回撤。絞車支撐平臺(tái)采用整體底座四柱式支撐，分體頂梁設(shè)計(jì)，在使用時(shí)可利用銷子和螺栓將絞車直接固定在支撐平臺(tái)上，安裝簡(jiǎn)便，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，可提高安裝效率，且絞車支撐平臺(tái)的使用安全性高于傳統(tǒng)安裝絞車。

3 掩護(hù)式支架控制系統(tǒng)的分析

支架回撤過(guò)程中由于端頭頂板巖石破碎，漏矸現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，影響了支架的安全回撤。為了保證回撤人員的施工安全，同時(shí)提高支架回撤速度，本次對(duì)掩護(hù)支架配備了PM32 型集成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙控和有線電液控制。本控制系統(tǒng)屬于臨時(shí)性裝置，為了保證其能夠正常連續(xù)使用，為其配備了兩臺(tái)充電電源，一備一用，每臺(tái)保證在無(wú)外界電源的情況下可使用12 h，即保證24 h 的正常使用。

1）遠(yuǎn)程有線電液控制和本架電液控制。掩護(hù)支架控制系統(tǒng)主要由電子控制單元和信息系統(tǒng)組成，電子控制單元由電磁先導(dǎo)閥、人機(jī)交互界面、傳感器、控制器、電源、電纜等組成，見(jiàn)圖3。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程有線控制，在控制系統(tǒng)中嵌入了2 個(gè)串聯(lián)的人機(jī)交互界面，其中一個(gè)安裝在支架上，另一個(gè)通過(guò)線纜安置在操作區(qū)域。在控制支架的時(shí)候，操控人員通過(guò)人機(jī)界面發(fā)出控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)過(guò)電磁先導(dǎo)閥轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)對(duì)各液壓部件進(jìn)行控制，進(jìn)而完成操作。這種遠(yuǎn)程控制模式保證了操作人員的安全，可視性好，可同時(shí)對(duì)支架進(jìn)行快速協(xié)同控制。在特殊情況下也可以對(duì)本架進(jìn)行控制。

2）遠(yuǎn)程遙控控制。為了進(jìn)一步提高操作的便捷性，在掩護(hù)支架電控系統(tǒng)中增加了遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，可以利用遙控器對(duì)支架進(jìn)行便捷的遠(yuǎn)距離操作。該系統(tǒng)不受線路連接以及控制器位置的約束，可獨(dú)立操作，操作人員在操作過(guò)程中具有較大活動(dòng)性，便于對(duì)支架進(jìn)行多角度觀察。

圖3 電液控制單元結(jié)構(gòu)示意圖

4 布置方式的分析

當(dāng)工作面切眼距離停采線30～40 m 時(shí)，在回撤通道內(nèi)開始布置端頭掩護(hù)支架和絞車支撐平臺(tái)，并將三角區(qū)支架布置在相應(yīng)位置，當(dāng)切眼推進(jìn)至停采線停止回采時(shí)，對(duì)回撤通道臨時(shí)支護(hù)，并依次回撤破碎機(jī)、皮帶輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)以及刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)，綜采支架最后回撤。綜采支架回撤時(shí)，將絞車?yán)龅匿摻z繩繞過(guò)端頭掩護(hù)支架前面的定滑輪組，然后連接在需要回撤的支架的底座上，以定滑輪為支點(diǎn)進(jìn)行支架移拉，拉出聯(lián)絡(luò)巷口時(shí)將支架放置在大型平板車上運(yùn)出。待工作面回撤5 架之后，將三角區(qū)支架移入三角區(qū)內(nèi)，確保三角區(qū)支護(hù)安全。在整個(gè)回撤過(guò)程中，各支護(hù)、回撤設(shè)備需要相互配合，確保高效回撤。掩護(hù)回撤支護(hù)圖見(jiàn)圖4。

圖4 掩護(hù)回撤裝備布置方式

5 應(yīng)用效果

通過(guò)12090 工作面綜采設(shè)備順利回撤說(shuō)明，利用三角區(qū)支架、端頭支架和絞車支撐平臺(tái)組成的成套裝備，可實(shí)現(xiàn)工作面綜采設(shè)備的安全高效回撤。其具體優(yōu)點(diǎn)為：

1）大幅縮短工作面回撤時(shí)間。利用傳統(tǒng)的回撤方案進(jìn)行設(shè)備回撤需要45～55 d，而利用成套臨時(shí)支護(hù)掩護(hù)回撤將回撤工期縮短至不足15 d，作業(yè)時(shí)間縮短70%以上。

2）大幅減少工作人員數(shù)量。傳統(tǒng)由于工序復(fù)雜，需要50 人左右，采用臨時(shí)支護(hù)方案僅需10～12 人，減少人工70%以上。

3）大幅減少回撤支護(hù)材料成本。傳統(tǒng)回撤方式主要依靠單體柱和木垛進(jìn)行支護(hù)，在回撤過(guò)程中回收量很少，浪費(fèi)嚴(yán)重。采用臨時(shí)支護(hù)形式大大減少了支護(hù)材料的使用，降低了支護(hù)成本。

4）提高了回撤安全性。采用臨時(shí)支護(hù)掩護(hù)回撤大幅度提高了端頭和三角區(qū)頂板管理的有效性，同時(shí)遠(yuǎn)距離操控確保了操控人員的安全性，具有較高的安全效益。