平煤十二礦充填協(xié)同垮落式工作面快速回撤技術(shù)

董國勝

(中國平煤神馬集團(tuán)十二礦，河南 平頂山 467001)

在礦井生產(chǎn)過程中，綜合機(jī)械化采煤使礦井生產(chǎn)能力大幅度提升，然而對(duì)應(yīng)的問題就是工作面拆除與回采工作面接替的次數(shù)增加[1-3]，導(dǎo)致了采場接替較頻繁，工作面回撤速度直接影響到煤礦的產(chǎn)量和效益[4-6]。工作面安全回撤任務(wù)重，其中工作面液壓支架的回撤更是占用了搬家總時(shí)間的70% 以上，這既是當(dāng)前礦井生產(chǎn)中較為薄弱的環(huán)節(jié)，也是礦井能否實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的關(guān)鍵性制約因素[7]。傳統(tǒng)的搬家技術(shù)存在運(yùn)輸速度慢、支架裝卸困難、用工多、耗時(shí)長等諸多問題[6，7]，增加了作業(yè)人員在懸露頂板下的作業(yè)空間及時(shí)間，整個(gè)回撤區(qū)的頂板安全問題非常突出[8-10]。因此，實(shí)現(xiàn)工作面安全、經(jīng)濟(jì)、高效、快速回撤，對(duì)于礦井安全生產(chǎn)尤為重要[11-13]。鑒于此，本文以平煤十二礦己15-31030工作面為例，分析充填協(xié)同垮落式工作面快速回撤技術(shù)工藝，提高了工作效率，保證了充填協(xié)同垮落式工作面回撤過程中的安全，緩解了礦井接替緊張[14-16]。

1 礦井及工作面概況

1.1 礦井概況

平煤股份十二礦位于平頂山市東部，目前單一開采己組煤，綜合核定生產(chǎn)能力130萬t/a，截止2015年9月末，剩余工業(yè)儲(chǔ)量5328.5萬t，可采儲(chǔ)量2384.9萬t，圈定儲(chǔ)量1670.4萬t，剩余服務(wù)年限13.1a。礦井共有七個(gè)井筒，其中，四個(gè)進(jìn)風(fēng)井，三個(gè)回風(fēng)井。礦井開拓方式采取主副立井，主斜井，三個(gè)水平(-150m 水平、-270m 水平、-600m 水平)上下山開拓全井田。礦井目前主力采區(qū)為三水平。

1.2 充填協(xié)同垮落式工作面概況

根據(jù)平煤十二礦實(shí)際條件，結(jié)合工作面實(shí)際生產(chǎn)能力的需求，設(shè)計(jì)己15煤層充填協(xié)同垮落式工作面總長度為220m，其中，充填段120m，過渡段6m，垮落段100m，己15煤層厚度穩(wěn)定，一般3.00～4.30m，平均3.5m。己15-31030工作面南鄰己15-31010采空區(qū)(已回采)，東鄰井田邊界，西鄰三水平四條下山，北臨保護(hù)層己14-31070工作面。己15煤層直接頂為灰黑色砂質(zhì)泥巖；老頂為灰白色中粗粒砂巖，層位穩(wěn)定，巖性堅(jiān)硬；直接底板就是己16-17煤層直接頂板。

1.3 充填協(xié)同垮落式工作面主要設(shè)備

工作面設(shè)備快速回撤的核心是液壓支架的回撤，而充填協(xié)同垮落式工作面設(shè)備回撤過程中，由于存在過渡段，頂板管理更為復(fù)雜，因此協(xié)同工作面頂板穩(wěn)定、回撤通道暢通是設(shè)備安全快速回撤的關(guān)鍵。己15-31030采煤工作面需回撤MG400/940-WD型采煤機(jī)1部、SZZ-764/200型轉(zhuǎn)載機(jī)1部、PLM2000型破碎機(jī)1部、ZC5200-20/40型充填采煤液壓支架65 組、ZCG5200/20/40型過渡支架4 架、ZY6800-20/40型掩護(hù)式液壓支架70組、SGZ-800/800WS刮板輸送機(jī)1臺(tái)、BRW-400/31.5K乳化液泵站兩套(四泵二箱)、開關(guān)列車。

2 充填協(xié)同垮落式工作面快速回撤前準(zhǔn)備

2.1 回撤前割煤工作

在工作面推進(jìn)至距終采線50m時(shí)，根據(jù)工作面的實(shí)際推進(jìn)情況，及時(shí)調(diào)整工作面煤壁與終采線平行開采。距終采線10m時(shí)調(diào)整工作面采高，保證回撤通道的順利運(yùn)輸，并及時(shí)準(zhǔn)備工作面回撤的相關(guān)設(shè)備。

2.2 支護(hù)方式

回撤前嚴(yán)格按照相關(guān)安全技術(shù)措施，完成工作面的收尾工程，確保頂板支護(hù)安全。驗(yàn)收收尾工程合格后方可進(jìn)行回撤工作，超前頂板破碎地段可每架增設(shè)1～2 根走向鋼梁，鋼梁均勻布置，采空區(qū)側(cè)放置在支架頂梁上，煤壁側(cè)使用單體柱固定。

2.3 軌道布設(shè)

為便于支架的調(diào)向與裝車，在4#絞車窩前施工平臺(tái)，便于支架的調(diào)向與裝車，回撤車的運(yùn)行需要借助自調(diào)向平臺(tái)敷設(shè)至4#絞車鋪設(shè)的軌道，軌道鋪設(shè)前必須清理至設(shè)計(jì)高度(不低于3m)，軌道下?lián)v固堅(jiān)實(shí)平整。軌道軌距為2.1m，其中心線偏差不得超過設(shè)計(jì)值±50mm，坡度誤差50m內(nèi)不超過±1 ‰，軌枕采用2.6m方木，軌枕間距為1.0±0.2m，軌枕使用道釘與方木進(jìn)行固定，保證與軌道垂直。

2.4 絞車布置

1#、2#、3#絞車采用地錨進(jìn)行固定，5#絞車使用40t鏈子穿絲帶帽固定在支架柱腳前并用壓戧柱固定，4#絞車采用壓戧柱進(jìn)行固定，工作面回撤設(shè)備及絞車布置如圖1所示[15]?？哲囉?#、3#絞車配合下至車場，連上2#絞車將車輛下至進(jìn)風(fēng)巷里口，由各部絞車配合將車輛運(yùn)輸至使用地點(diǎn)。重車?yán)媒g車將車輛運(yùn)輸至進(jìn)風(fēng)巷里口，連上2#絞車運(yùn)輸至車場，由1#絞車將其運(yùn)輸至三水平東翼3號(hào)片盤回收，絞車具體布置位置及用途見表1。

圖1 工作面回撤設(shè)備及絞車布置

表1 絞車布置位置及用途

2.5 雙臂液壓吊裝機(jī)安裝

在切眼超前139架柱腳前進(jìn)行安裝雙臂液壓吊裝機(jī)，在主臂梁、主旋轉(zhuǎn)座、分旋轉(zhuǎn)座銷子位置上方，選擇起吊錨桿等位置吊掛手動(dòng)葫蘆，用于起吊后主臂梁、主旋轉(zhuǎn)座、分旋轉(zhuǎn)座，調(diào)整手動(dòng)葫蘆受力位置并安裝銷子。雙臂液壓吊裝機(jī)安裝完畢后及時(shí)補(bǔ)打后方兩根壓柱；安裝后必須進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，每班操作前也必須進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，防止液壓系統(tǒng)等部件存在問題施工時(shí)造成事故。

2.6 牽引調(diào)向平臺(tái)安裝

調(diào)向平臺(tái)各部位安裝順序：中心平臺(tái)→帶臂平臺(tái)→主牽引平臺(tái)→刀把平臺(tái)→主牽引→3根牽引臂→斜坡板。調(diào)向平臺(tái)下側(cè)邊緣與工作面第3 組支架底腳保持一致，進(jìn)行安裝。煤壁側(cè)人行道寬度不低于800mm，采空區(qū)距支架底腳300mm，斜坡板低于支架底腳200mm。各部位緊固螺絲必須上緊，梭型夾鐵上齊到位，使平臺(tái)各部位聯(lián)接緊密。

3 充填協(xié)同垮落式工作面快速回撤技術(shù)

3.1 充填協(xié)同垮落式工作面快速回撤設(shè)備

工作面快速回撤設(shè)備包括液壓支架牽引調(diào)向運(yùn)輸裝置和雙臂液壓吊裝機(jī)。

1)YQDZ-400液壓支架牽引調(diào)向運(yùn)輸裝置由液壓支架調(diào)向平臺(tái)、液壓支架回撤車及回撤裝車機(jī)構(gòu)組成。①液壓支架調(diào)向平臺(tái)為可拆分結(jié)構(gòu)，由引架平臺(tái)、過渡平臺(tái)、轉(zhuǎn)向平臺(tái)、牽引平臺(tái)、裝車平臺(tái)及相關(guān)的支頂裝置、裝車臂、液壓控制系統(tǒng)等組成，各個(gè)平臺(tái)之間通過銷釘及高強(qiáng)螺栓連接，使平臺(tái)在組對(duì)和分解過程中迅速、簡便。通過牽引缸的伸縮帶動(dòng)滑輪及鏈條將回撤面上的液壓支架抽出-調(diào)向-擺正-裝上液壓支架回撤車。②液壓支架回撤車是由鏟板、轉(zhuǎn)盤、連接橫梁、車梁及附屬行走輪、液壓缸和液壓控制系統(tǒng)組成，通過絞車牽引，使四組固定在車梁內(nèi)的行走輪在專用軌距的軌道上往復(fù)行走，將回撤時(shí)已抽架調(diào)向后的液壓支架運(yùn)送至工作面巷道三角點(diǎn)并旋轉(zhuǎn)調(diào)向，為下一步回撤運(yùn)輸創(chuàng)造條件。③回撤裝車機(jī)構(gòu)由牽引臂、底座、抬底裝置、橫向伸臂、頂車裝置、液壓缸、鏈條、液壓控制系統(tǒng)等組成。與液壓支架回撤車配套，布置在兩順三角點(diǎn)，用于將回撤車上已調(diào)向的液壓支架轉(zhuǎn)載到井下運(yùn)輸平車上。全液壓系統(tǒng)控制，方便、快捷、高效，代替了絞車牽引，可靠，平穩(wěn)。

2)SYD-10×2雙臂液壓吊裝機(jī)由主臂、副臂、主旋轉(zhuǎn)座、分旋轉(zhuǎn)座、升降伸縮腿、行走輪及其液壓控制系統(tǒng)組成。吊裝機(jī)有2 組可升降行走輪，可在一定軌距的鐵軌上行走；將行走輪降下，通過絞車牽引運(yùn)至工作面后，有4 組可伸縮升降的支腿伸出接地，行走輪收回，吊裝機(jī)接頂，伸縮腿與吊裝機(jī)主體通過液壓缸鉸接，使設(shè)備整體能夠在軌道面上升高一定高度，使井下空平板車可在設(shè)備下通過，便于工作順利進(jìn)行。

3.2 充填協(xié)同垮落式工作面回撤工藝設(shè)計(jì)

充填協(xié)同垮落法工作面的設(shè)備[16，17]工藝流程如圖2所示。撤支架尾梁前先將運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾回收，騰出運(yùn)輸通道。將機(jī)尾軌道延伸鋪至支架采空區(qū)側(cè)至70架處，充填采煤液壓支架尾梁，利用導(dǎo)鏈起吊就地解體裝平板車外運(yùn)回收[17，18]。進(jìn)風(fēng)巷軌道鋪至切眼機(jī)尾，使用回柱絞車將運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等解體設(shè)備拉至機(jī)尾，利用雙臂吊吊上平板車裝車外運(yùn)。切眼機(jī)尾至回撤支架地點(diǎn)鋪設(shè)寬度2.1m特殊軌道，回撤支架地點(diǎn)安設(shè)支架回撤調(diào)向平臺(tái)、切眼安設(shè)液壓支架回撤車、進(jìn)風(fēng)巷機(jī)尾處安設(shè)回撤裝車機(jī)構(gòu)。液壓支架靠回撤調(diào)向平臺(tái)上的液壓千斤頂回撤支架并旋轉(zhuǎn)調(diào)向，裝入液壓支架回撤車上，依靠切眼預(yù)先安裝好的對(duì)拉絞車運(yùn)至機(jī)尾，自行旋轉(zhuǎn)二次調(diào)向，再依靠回撤裝車機(jī)構(gòu)裝上平板車，靠回柱絞車外運(yùn)至片盤。最后先將回撤裝備回收后，使用常規(guī)裝車平臺(tái)補(bǔ)充回收支架尾梁未卸掉的充填采煤液壓支架。

圖2 回撤工藝流程

在整個(gè)設(shè)備回撤過程中，最為重要的核心任務(wù)就是液壓支架的回撤，關(guān)系到協(xié)同工作面回撤的安全。回撤支架采用架設(shè)鋼梁加強(qiáng)回撤地點(diǎn)頂板支護(hù)，保障工作面的安全快速回撤。

4 充填協(xié)同垮落式工作面快速回撤應(yīng)用效果

1)液壓支架調(diào)向平臺(tái)采用鏈條傳動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絞車牽引直接在底板上拖拉支架，大大提高安全系數(shù)，杜絕了支架車掉道歪斜的現(xiàn)象。液壓支架回撤車極大縮短了準(zhǔn)備工作時(shí)間，提高工時(shí)利用效率。回撤裝車機(jī)構(gòu)由全液壓系統(tǒng)控制，代替了絞車牽引，更為方便快捷、可靠平穩(wěn)。

2)與傳統(tǒng)的人工絞車回撤相比，使用該成套設(shè)備提高了工效及人力成本，每班人員由22 人減少到12 人，回撤三機(jī)大件時(shí)間由5d縮短至4d，回撤支架由9架/d提升至15架/d，工作面長度為210m(139架)，回收周期縮短36%(7d)，工期縮短了8d，同時(shí)改善了工人的工作環(huán)境。

3)該套回撤設(shè)備的各大部件之間銜接、布局合理，井然有序，形成一套完整的液壓支架的回撤工藝，解決了液壓支架的回撤困難、危險(xiǎn)性大、周期長的回撤難題，代替?zhèn)鹘y(tǒng)回撤工藝，是煤礦在充填協(xié)同垮落式工作面回撤工藝上的重大革新。

5 結(jié) 論

1)設(shè)計(jì)了充填協(xié)同垮落式工作面設(shè)備回撤前的回撤設(shè)備安裝及軌道布置方案。

2)采用了液壓支架牽引調(diào)向運(yùn)輸裝置和雙臂液壓吊裝機(jī)等工作面快速回撤配套設(shè)備，三機(jī)大件及液壓支架回撤減人增效明顯，總工期縮短8d。

3)提出了充填協(xié)同垮落式工作面快速回撤技術(shù)工藝，解決了工作面搬家時(shí)設(shè)備回撤工效低、安全性差等問題，保障了礦井工作面的安全正常接替。