煤礦液壓支架安裝與回撤工藝的設計與應用研究

郭曉麗

（晉能控股煤業集團綜采裝備安裝分公司，山西 大同 037000）

引言

液壓支架不僅是煤炭井下開采工作得以順利開采的重要保障，也是煤炭礦井作業耗時耗資較大的環節，如何提高液壓支架的工作準備效率及其有效利用率逐步引起了煤炭行業的廣泛關注[1-4]。煤炭開采過程中，工作面液壓支架的安裝與回撤工作耗時耗力最大，也是制約煤炭行業充分發揮支護效率的關鍵，尤其在液壓支架長時間服役、巷道變形較大情況下進行液壓支架的安裝與回撤工作更是難上加難[5-6]。因此針對某煤炭企業液壓支架安裝和回撤工作效率較低的問題，開展安裝與回撤工藝設計與應用研究工作具有重要的意義。

1 工作面概況

某煤炭企業綜采工作面位于礦井中下部，走向長度約為1 880 m，傾向長度約為180 m，煤層深度范圍為430～550m，厚度范圍1～5m，平均厚度為3.5m，平均傾斜角為4.5°。采用的走向長壁一次采全高的綜合機械化采煤方法，涉及采煤機、液壓支架、刮板輸送機等重要設備，現已生產作業多年，其中液壓支架安裝和撤回工作勞動強度大、效率低等問題依然很突出，滿足不了安全高效生產的要求。為了更好地滿足日益增長的煤炭需求，提高煤炭企業的生產產量，企業決定開展液壓支架安裝與回撤工藝改進工作，以便縮短液壓支架的安裝和回撤周期，降低工人的勞動強度，進一步提高煤炭企業的產煤量和經濟效益。

2 液壓支架安裝工藝

2.1 工藝設計

根據煤礦實際作業情況確定采用開切眼及組裝洞室工程支護形式，開展大斷面巷道掘進工作。基于以往液壓支架支護經驗，規劃設計了煤礦開切眼及組裝硝室工藝。

2.2 支護形式

煤礦巷道掘進過程中的支護形式較多，選擇時需要堅持從煤炭巷道的掘進現狀及周圍地質條件為出發點的原則，基于此，將開切眼確定為U36型鋼橢圓拱形棚，將組裝硝室確定為U36型鋼半圓拱形棚，同時與錨桿、掛網、噴混凝土等共同完成煤炭巷道的支護。

2.3 支護工藝

煤炭巷道支護工藝中，巷道頂板位置打錨桿加固圍巖，錨桿之間的距離為800 mm，每排之間相隔600 mm，選擇螺紋M24 mm×2 400 mm的等強度錨桿，錨入時要求錨入尺寸為2 300 mm，露出圍巖尺寸為100 mm。錨固時采用型號為CK2335的錨固劑，每個錨固孔裝3 支藥。托盤選擇鐵質托盤，尺寸大小為350 mm×120 mm。金屬網選擇菱形網格，整體尺寸為1300mm×6500mm，網孔尺寸為121mm×127mm，施工時在網后背2～3 道木拌。架U36型鋼可縮棚時，梁與梁之間的搭接長度為500 mm，搭接處使用4 組U型螺桿式卡纜。在梁中部位置設置1 套強力拉桿，將棚與棚之間的距離設置為600 mm。采用混凝土填充木拌的間隙，凝固之后形成支護層，隔絕空氣和濕氣，避免煤炭對木拌的氧化。在混凝土支護層外面按照間、排距800 mm×600 mm 進行補打M24 mm×

2 400 mm 螺紋鋼錨桿。與此同時，為確保開切眼及組裝硝室的寬度，避免棚腿受側壓力作用而變形，兩側棚腿打錨桿鎖緊，錨固力要求不小于100 kN。

3 液壓支架回撤工藝

3.1 回撤工藝

優越的地質條件不僅是煤礦高產高效掘進的前提條件，還與煤炭企業的經濟效益息息相關。但是無論地質條件如何，巷道支護必不可少，都需要響應更快的液壓支架撤回技術，通過查閱大量文獻資料，結合煤礦實際液壓支護情況，確定選擇單通道單翼回撤工藝，以滿足煤炭巷道高產高效生產的要求。

單通道單翼回撤工藝實施較為簡單，僅需要由綜采工作面停采線位置挖掘一道與綜采工作面運輸巷和回風巷垂直的通道即可，如圖1 所示，開辟一條單通道回撤系統。煤炭巷道掘進時，需要較多的錨桿支護掘進巷道頂板，同時，回撤巷道掘進完成也需要液壓支架、單體支柱、工字鋼等對其頂板進行支護，避免出現頂板下沉情況，威脅工作面作業人員的安全。回撤巷道一旦掘進完成，就可以把支撐頂板的單體支柱撤掉，給液壓支架的回撤提供足夠的空間，如圖2 所示。

圖1 單通道回撤系統平面圖

圖2 液壓支架回撤空間

液壓支架回撤之前需要對端頭位置的兩架液壓支架進行掉頭處理，以便隔離回撤區域和冒落區域，確保液壓支架回撤區域的安全，如圖3 所示。液壓支架回撤過程中，要求起始于工作面的一端，回撤初始需要撤回液壓支架頂梁位置的工字鋼，局部設置單體支柱作為補充支撐，待液壓支架撤回之后用木垛替換下單體支柱撤回。液壓支架撤回過程中需要設置木垛支撐頂板，當頂板易碎時，需要多設置幾個木垛，避免頂板垮落影響后續液壓支架的回撤工作。

圖3 巷道布置

3.2 回撤工藝設備

回撤工藝設備包括支護設備和搬運設備兩部分，其中回撤支護設備選擇三角區掩護支架，具體型號為ZZG9000/23/48，回撤工藝實施過程中其具有以下功能：第一是應用于支架掩護梁和頂梁中間，運用十字鉸接模式連接，使得頂梁能夠根據頂板的起伏進行多方向擺動；第二是實現了支架頂梁邊緣位置的圓滑過渡，保護金屬頂網及其完整性；第三是在支架底座位置起到防止巖石滑入支架，限制其正常動作等情況的發生；第四是三角區掩護支架動作控制方式為無線遙控，不需要現場操作人員，保證了作業人員的安全。

液壓支架回撤時的搬運車輛涉及框架式支架搬運車和鏟板式支架搬運車，前者型號為WC40Y，載重質量為40 t，具有駕駛簡單，便于裝卸的優勢，司機借助框架上的起吊鉤將支架吊起離開地面，啟動夾緊油缸頂住支架側幫，即可實現液壓支架的運輸工作；后者型號為WC25EJ 和WC40EJ，載重質量分別為25 t 和40 t，相較于框架式支架搬運車，鏟板式支架搬運車靈活些，適應于短途支架運輸作業。

4 應用效果

4.1 安裝支護效果

為了驗證液壓支架安裝工藝的可行性，將其應用于掘進巷道支護工作中進行試運行，結果表明，開切眼及組裝酮室工藝的實施，有效控制了底鼓情況。統計結果顯示，該安裝工藝實施開始至架棚期間，頂板的下沉速度為133 mm/h，底鼓速度為21.25 mm/h，巷道使用10 d 左右收斂速度基本穩定，高度收斂速度為30 mm/d，寬度收斂速度為4 mm/d。相較于安裝工藝改進之前，圍巖變形量減少了一半以上通過一次性臥底，即可為綜放工作面設備安裝提供所需空間。

4.2 回撤工藝效果

為了驗證回撤工藝的可行性，將其應用于巷道液壓支架回撤工作中進行試運行，相較于傳統的回撤技術，單通道單翼回撤工藝改變了三角區掩護支架的布置方式，增加了液壓支架回撤空間，提高了回撤工作的安全性和作業效率。液壓支架回撤時使用了支柱回柱方法，單體支柱和工字鋼均能安全撤回再用。同時，回撤巷道僅需一條，降低了施工工程量和回撤成本。該工藝的應用，相同數量液壓支架回撤工作的人員減少了約20 人，總工時降低了約55%，滿足綜采工作面高產高效運行的要求。

5 結論

應用結果表明，采用開切眼及組裝硝室的安裝工藝和單通道單翼的回撤工藝，改善了頂板下沉和底鼓的速度，收斂速度降至了10 d 左右，圍巖變形量減少了近50%。單通道單翼回撤工藝的使用，提高了回撤工作的安全性和作業效率，降低了施工工程量和回撤成本。相同數量液壓支架回撤工作的人員減少了約20 人，總工時降低了約55%，滿足了綜采工作面高產高效運行的要求。