回撤工作面三角區支架的研制與應用

劉孔林

（國家能源集團神東煤炭集團，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

引言

隨著煤礦井下開采技術與裝備的不斷發展，綜采工作面開采效率越來越高，工作面推進速度的增大使工作面搬家頻率越來越高，神東公司為提高搬家效率，采用輔巷多通道搬家工藝，大大縮短了搬家倒面時間。針對三角區的頂板支護問題，傳統支護方式嚴重制約了該工藝快速搬家能力的發揮。為了使該快速搬家工藝能力發揮，山西天地煤機裝備有限公司研制了回撤工作面三角區支架，與回撤端頭支架配套使用，實現了回撤端頭頂板機械化支護，并取得良好的應用效果。

1 支架主要技術參數

支架的主要技術參數如表1所示。

表1 主要技術參數

2 主要結構特征分析

ZY12 000/16.5/30D型回撤工作面三角區臨時支護主支架組設計，為帶有側向擋矸板的兩柱掩護式結構，由三架支架組成一組三角區支架組，是實現回撤工作面端頭三角區頂板機械化支護的關鍵設備，減少了大量的木材消耗，克服了傳統工藝采用木垛支護費時費力、支護能力不足、浪費木材等缺點。其主要特點為：

1）采用整體頂梁，支架靠三角區側圓滑過渡，有效防止三角區鋼絲頂網被撕破，維護三角區頂板的完整性。

2）底座靠三角區側專設防護機構，有效防止三角區矸石涌入支架內部。

3）支架底座寬度按照回撤端頭三角區配套設計，滿足回撤端頭三角區空間狹窄以及回撤工藝的要求。

4）頂梁與掩護梁采用內十字聯接方式，頂梁上四個鑄鋼球面柱帽，使頂梁左右、前后都能擺動一定角度，滿足支架頂梁對頂板起伏不平的支護要求。

5）底座與頂梁上都設有調架裝置，可有效防止回撤端頭三角區掩護支架傾倒，保持良好的架間距。

6）采用特殊配置的電液控制系統。配置了專用防爆型蓄電池，支架可在無外供電的情況下實現支架手動、電液控制和遠程無線遙控三種控制方式。

7）3架支架組成一組，支架前方采用衡梁聯結，實現使用過程中互為支點自動推進。

圖1 綜采面回撤巷道端頭三角區掩護支架

3 控制系統分析

三角區臨時支護支架組布置于回撤工作面端頭區域，位于工作面液壓支架邊緣的三角區區域內，由于該區域范圍內受工作面推進方向和垂直于工作面推進方向的雙重應力的影響，三角區域頂板巖層破碎嚴重，容易發生一定的頂板冒落，具有較大的安全隱患，因此在移架過程中人員盡量避免在該區域范圍內作業。為保證安全作業，三角區臨時支護支架組采用遠程遙控和成組電液控制的雙重控制模式，可實現三角區支架及時有效支護和快速移架。

3.1 液壓控制系統分析

為提高支架的應用范圍，ZY12 000/16.5/30D型三角區臨時支護支架組升柱、降柱以及移架過程中采用與工作面液壓支架相同的乳化液，進液時乳化液通過泵站系統經高壓乳化液管路進入支架操縱閥組，通過操作控制閥組，三角區支架組各支架可以執行相應的升柱、降柱和移架等功能。三角區支架組的3架支架的液壓控制系統可以實現聯動控制，大幅度增大了支架的作業效率，可有效保證回撤工作面三角區破碎頂板的及時有效支護。

3.2 電液控制系統

電液控制系統是保證三角區支架組安全作業、高效支護的重要部分，根據支架組的實際作業環境和作業區域，支架組電液控制系統主要由控制器、驅動器、電源、遙控器、紅外無線接收設備等組成，控制系統相應關聯關系如圖2所示。

圖2 電控系統連接圖

控制器作為電液控制系統的核心控制元件，對支架安全高效作業具有十分重要的作用，控制器由硬件控制元件和相應的控制程序組成，作業人員通過人機交互界面發出指令后，控制器對相應的指令信號進行分析，并傳輸給相應的執行元件，支架完成相關動作。

為保證回撤工作面三角區域作業時人員的安全，在支架組電液控制系統中加入了遠程控制系統，控制系統主要由遠程遙控器和紅外無線接收機兩個主要部件組成，遙控器作為發生裝置主要由操作人員發送相關指令，相關指令以無線信號的形式傳輸至無線接收裝置，接收裝置將信號傳輸至支架控制器中，控制器通過分析，將相關信號傳輸至執行元件中，完成支架的遠程控制。遠程控制距離不低于50 m。

4 回撤工作面三角區支架布置方式

回撤工作面三角區支架布置圖如圖3所示。三角區臨時支架組主要布置于回撤通道內綜采工作面液壓支架端部三角區域內，臨時支護支架組垂直于工作面液壓支架布置，在回撤端頭三角區內形成穩定的支護空間，保證了最外側末端工作面支架的回撤。支架回撤時將鋼絲繩連接于待回撤支架的底部，鋼絲繩繞過三角區支架組外側的端頭支架底座前端的滑輪，通過端頭支架底座前端的定滑輪機構改變鋼絲繩的拉移方向，通過回撤通道前方的絞車牽引鋼絲繩，以端頭支架作為支點，以三角區支架組作為三角區域臨時支護，將工作面液壓支架拉移至回撤通道內，通過支架搬運車將液壓支架搬運至地面檢修或下一工作面繼續使用。當最外側端部工作面液壓支架“抽出”后，三角區支架組及時移架，實現新的三角區域的及時支護，為下一支架的回撤做準備。

圖3 布置方式

5 應用效果

ZY12 000/16.5/30D型回撤工作面三角區支架組與端頭支架、回撤通道絞車等配套使用，可滿足綜采工作面液壓支架的快速回撤要求，目前已廣泛用于神東集團下屬補連塔礦、錦界礦等大型煤炭企業，取得了良好的應用效果，使用三角區臨時支護支架組后，單工作面可節約材料成本80萬元以上，大幅度降低了作業人員的勞動強度，綜采工作面設備回撤效率提高50%以上，回撤時間縮短至7～10 d，井下作業人員數減少至10～15人，有效避免了由于工作面搬家倒面帶來的整體生產效率低下等問題，具有良好的技術經濟效益。