新型綜采工作面液壓支架快速撤除機械手及應用實況

李世輝 宋陽 王必永

摘 ?要：國內煤礦在停采后，綜采工作面液壓支架撤除運輸中普遍使用回柱絞車為動力源，將液壓支架抽出、調向，這種工藝的缺點是支架撤除速度慢、勞動強度大、單體數量多、安全隱患多。南京石誠井巷裝備有限責任公司專業技術人員在全國多個礦經過充分調研和工藝論證，并與淮南礦業（集團）有限責任公司合作，結合國內外在綜采工作面液壓支架撤除設備及工藝方法的優缺點，研發設計了一種綜采工作面液壓支架快速撤除機械手（簡稱機械手，下文同）及配套工藝方法，使用該機械手實現了液壓支架一次性抽出、調向，提高綜采工作面支架撤除機械化程度，該撤除機械手在淮南礦區多個礦井使用，對礦井綜采面提高功效、降低安全隱患、減少工人勞動強度的目標幫助很大。

關鍵詞：液壓支架;撤除;機械手;應用

中圖分類號：TD355.4 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）32-0106-03

Abstract： After stopping mining in domestic coal mines， the return pillar winch is generally used as the power source in the removal and transportation of hydraulic support in fully mechanized mining face to pull out and adjust the hydraulic support. The disadvantages of this technology are slow removal speed， high labor intensity， large number of single support and many hidden dangers. The professional and technical personnel of Nanjing Shicheng Shaft and roadway equipment Co.， Ltd. made full investigation and technological demonstration in many mines throughout the country， and cooperated with Huainan Mining（Group） Co.， Ltd.， combined with the advantages and disadvantages of hydraulic support removal equipment and technological methods in fully mechanized mining face at home and abroad， developed and designeda rapid removal manipulator of hydraulic support in fully mechanized mining face （referred to as manipulator， the same below） and its matching processmethod.Using the manipulator， the one-time extraction and direction adjustment of hydraulic support is realized， and the mechanization degree of support removal in fully mechanized mining face is improved. the removal manipulator is used in many mines in Huainan mining area. It is of great help to the goal of improving the efficiency of the fully mechanized mining face， reducing the hidden danger of safety and reducing the labor intensity of workers.

Keywords： hydraulic support; removal; manipulator; application

1 項目背景及國內外研究概況

1.1 研究背景及意義

我國是個采煤大國，地質儲量豐富，煤田分布廣闊，地質條件復雜多樣，井型大小不一，為實現煤炭開采效率和開采設備合理高效利用，導致煤炭行業對機械化發展提出了更高的要求，這些機械化設備需要滿足不同地區、不同工作環境、采高等礦井要求。各礦井綜采工作面回采結束后，為提高綜采設備的周轉率，同時消除綜采工作面采空區的發火隱患，需要盡快拆除回撤工作面及兩巷設備，并封閉綜采工作面，縮短這一工期對煤礦安全性、成本、設備利用率具有顯著的提升作用，在煤礦開采行業意義重大。

近年來隨著我國煤礦開采技術的發展和采掘機械化程度的迅速提高，使綜采工作面接續時間要求越來越短，然而由于設備搬移時間過長造成煤礦企業的生產成本增加，影響機械化效率的提高，同時沒有理想的機械化撤除設備，也是造成這一工作環節事故多發的主要因素。綜采工作面液壓支架安全、高效的撤除對于礦井生產的持續穩定健康發展顯得越來越重要。因此，如何縮短綜采工作面設備搬家時間、提高采區接續速度是現代化礦井必須要解決的問題。

1.2 國內外研究概況

傳統液壓支架的拆除基本都是利用絞車和回頭滑輪配合，將支架從工作面停采位拉出，拉出過程中需人工抬運單體輔助調整方位，拉出后再用絞車調向拉走運出。德國沙爾夫履帶式液壓支架牽引車，率先實現了撤架機械自動化——通過遙控器控制牽引車進入待撤支架區域，設定操控指令，自動完成提升、前行、牽引出位、轉彎等一系列動作，最大程度減少作業人員數量，降低撤架作業的風險（如圖1）。

我司（南京石誠井巷裝備有限責任公司）研發的支架撤除機械手是目前國內使用比較理想的綜采工作面液壓支架撤除專用設備，同時解決支架抽出、調向的問題，該產品還榮獲了由國家安全生產監督管理總局頒發的《第六屆安全生產科技成果獎》三等獎。設備外形如圖2所示：

2 新型液壓支架撤除裝置與工藝簡介

在國內，由南京石誠井巷裝備有限責任公司研發生產的專利產品支架撤除機械手是目前國內使用比較理想的綜采工作面液壓支架撤除設備，能解決支架抽架、調向的問題，該產品還榮獲了由國家安全生產監督管理總局頒發的《第六屆安全生產科技成果獎》三等獎。但是，該支架撤除機械手只是解決了抽架、調向的部分，對擴幫有一定要求，否則支架沒有足夠的空間抽出和調向。

2.1 液壓支架撤除設備簡介

如圖3所示，該液壓支架撤除裝置主要由擺臂、回轉座、基座、回轉千斤頂、橫梁、提升千斤頂等構成，動力源取自于停采面乳化液。在撤架時，將該液壓支架撤除裝置擺臂轉向待撤支架一側，擺臂前端通過鏈條與待撤支架連接，降下待撤支架，操作控制手柄將擺臂向煤壁一側擺動，在擺臂擺動的同時伸出擺臂伸縮臂，牽引待撤支架抽出并調向，到達預定位置后，使用工作面絞車將已拆出支架拖運裝車。該裝置自移是通過橫梁與三架（或四架）掩護支架連接，利用綜采采煤工作面“推溜拉架”原理實現裝置自移。

該液壓支架快速撤除設備與一步到位橫梁配合使用，橫梁部分設計有行程900油缸，加上支架推溜缸的行程900，總行程可以達到1800，可以實現掩護支架的移動一步到位。其結構圖如圖4所示。

2.2 新型液壓支架撤除工藝簡介

液壓支架調移裝置工藝： 斷開液壓支架架間管路→對支架進行供液→縮回推拉油缸→收回支架側護板→降低支架直至完全離開頂板→液壓支架調移裝置擺臂和液壓支架之間通過鏈條連接→提起液壓支架→拉出液壓支架→將液壓支架調向90度→將液壓支架拉上滑道，并運送出去。其分解圖示見圖5、6、7、8：

（1）將待撤支架降下，機械手擺臂轉向待撤支架一側，使用鏈條將擺臂前端與待撤支架連接。

（2）操作控制手柄將擺臂向煤壁側擺動，將待撤支架拉出。

（3）推出擺臂伸縮臂，牽引待拆支架向煤壁方向旋轉。

（4）使用工作面絞車將拆出支架拖運裝車（圖8）。

3 使用效果總結分析

3.1 使用工作面概況

（1）朱集東礦1232（1）拆除面：該工作面切眼長220m，大部分為平巷段，其中有一段長為15m且傾角為7°斜坡，最大傾角8°，平均傾角2°;該工作面通道刷括寬度為3.0m，采用順山鋼帶配合錨聯網支護，煤幫側采用10#鐵絲金屬網續聯至實碴處，打錨桿加固煤壁;該面需撤除支架146架，支架型號為ZZ7000/13/26型，架重20.2噸，支承高度1.3-2.6m，中心距1.5m。

（2）潘二礦18225拆除面：該工作面長約201m，運順高于軌順，工作面從機頭向機尾方向呈下坡狀，最大坡度5°，平均角度3°;工作面最小凈高（從軌面至錨索頭之間的距離）為2.2m，刷面最小寬度（從架頭至煤壁距離）為3.2m。該面需撤除支架134架，支架型號為ZZ7000/13/26型;工作面老塘采用8#菱形金屬網交叉配合間距約600mm一根順山鋼絲繩配合液壓支架支護。

（3）張集礦1215（1）拆除面：該工作面長約240m，底板呈起伏狀，由切眼下口至上口，最大坡度8°，平均5°;工作面頂板使用錨聯網進行支護，沿工作面方向共布置5排M5鋼帶，每排間距950mm，幫部4排皮帶，每根皮帶條布置2根間距850錨桿;該面工需拆除ZZ10800/18/38型液壓支架161架。

3.2 支架撤除裝置使用效果總結

使用我公司的新型綜采工作面液壓支架撤除設備及其配套工藝后，相較于傳統撤架設備及工藝，在礦井安全性、工作效率、工人勞動強度、生產成本、作業機械化等方面具有明顯的優勢。

（1）礦井安全性：綜采工作面撤除液壓支架時，新型撤除機械手取代絞車和滑車配合的硬拽工作方式，撤架全程通過遠程遙控實現，操作人員在掩護支架下，消除了傳統撤架過程中絞車鋼絲繩拉斷傷人和三角區等安全隱患。

（2）提升工作效率：傳統使用絞車和滑車配套的撤架工藝需頻繁倒換絞車鉤頭和摘掛滑車，基本撤除一架需用時60-80min，使用該撤除機械手后，該裝置及工藝實現一步到位，在將支架拽出同時調向，撤除一架僅用時10-23min，平均撤除效率提升71%左右（不包含支架裝車、解體、設備檢修等制約因素），撤架效率大幅度提升。

（3）減輕工人勞動強度：該撤除機械手通過操縱閥在掩護支架下操作，取代了滑車配合絞車操作方式，作業人員無需進行拉繩、摘掛滑車、倒換鉤頭等操作，大大減輕工人勞動強度。

（4）節約生產成本：使用該機械手及配套撤架工藝后，只需要4人即可撤架，較原撤架工藝的9人節約了5人，因無需進行額外頂板維護，可節約頂板維護與拆除工4人;節約拆架絞車、滑車、單體、鋼絲繩;可少刷面一排，節省錨桿、錨索、鋼帶、金屬網等成本。

（5）提升機械化程度：一步到位橫梁設計，解決了掩護支架自移一步到位，減少了坑木使用，新型撤除設備及配套工藝改進了液壓支架裝車工藝，對綜采工作面液壓支架撤除機械化發展具有重要作用。

4 結束語

該新型液壓支架撤除機械手及配套工藝經朱集東礦、潘集礦、張集礦、謝橋礦等單位試用后，經我司研發設計人員對結構外形、橫梁一步到位、設備整體受力調整、撤架施工工藝進一步改進完善，最終產品適用架型更多。適用我司的液壓支架快速撤除設備，能實現現代化礦井的工作效率提升、減人降成本，提高機械化程度、減少甚至杜絕安全事故的發展目標，對各煤礦具有較好的經濟效益，設備好的通用性和高效安全特性保障了礦井生產，具有較好的社會效益。雖然該液壓支架撤除裝置及配套工藝使用效果良好，但也存在不足，如依賴掩護架連接與自移、支架裝車運輸未解決、對擴幫有特定要求等。國內外相關綜采面支架撤除裝置研究是熱門方向，很多企業都投入較大資金與人力，相信這些科研團隊在未來能研發出更加高效實用的快速撤除設備，為煤炭行業在機械化、自動化、安全性、高效化發展做出貢獻。

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