綜采工作面液壓支架回撤裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

馬志遠(yuǎn)

（中國(guó)平煤神馬能源化工集團(tuán)平煤股份一礦， 河南 平頂山 467000）

引言

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)絕大部分礦井在綜采工作面回撤時(shí)使用的方法仍是傳統(tǒng)的液壓支架回撤方式，在單體柱和絞車的共同作用下，通過變相輪的導(dǎo)向作用，確保支架向指定方向回撤。該方式雖然能夠滿足使用要求，但是存在操作人員工作量較大、自動(dòng)化程度較低、設(shè)備使用壽命較短且操作人員的作業(yè)安全難以得到保障等缺點(diǎn)。針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種綜采工作面液壓支架回撤裝置，通過理論分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方式，解決了綜采工作面液壓支架回撤的現(xiàn)存問題。

1 戊-31120 工作面概況

綜采工作面液壓支架的回撤效率和操作人員的作業(yè)安全，取決于裝置的自身性能以及工作面的地質(zhì)情況。本文選取戊-31120 工作面作為分析對(duì)象，工作面當(dāng)前使用的液壓支架型號(hào)為ZY10000/14/30D。該工作面煤層最高傾角為5°，煤層均厚為2.2 m，主采為戊10 煤，頂板基本頂為砂質(zhì)泥巖（厚度6.5～27.3 m），直接頂為砂巖或泥巖（厚度4.4～16 m），直接底為砂巖或泥巖（厚度11～23 m）。

現(xiàn)有液壓支架工作過程中遇到的最大工作阻力為10 000 kN，支架自身支護(hù)強(qiáng)度為0.6 MPa，采用四柱支撐掩護(hù)式的支護(hù)方案。根據(jù)綜采工作面具有的采高較大、頂?shù)装寰嚯x較大等問題，設(shè)計(jì)了一種液壓支架回撤裝置[1-2]。

2 傳統(tǒng)液壓支架回撤工藝

傳統(tǒng)的液壓支架回撤方式為雙掩護(hù)架法，該方法通過多裝置共同配合的方式實(shí)現(xiàn)液壓支架的回撤，回撤過程中通過兩個(gè)掩護(hù)支架對(duì)巷道頂板進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，通過密度木垛或點(diǎn)柱對(duì)以開采區(qū)域進(jìn)行支護(hù)，之后通過操作人員手動(dòng)操縱絞車的方式將支架回撤至指定位置。為了避免頂板破碎垮塌給操作人員的作業(yè)安全帶來威脅，回撤過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)頂板來壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，確保操作人員的及時(shí)撤離。

雙掩護(hù)支架的回撤工藝主要特征為：兩個(gè)掩護(hù)支架應(yīng)當(dāng)以并行排列的方式實(shí)現(xiàn)綜采工作面的臨時(shí)支護(hù)，間距要求包括兩支架間的距離不得超過0.3 m，支架和煤壁前端的距離不得超過0.4 m，錯(cuò)位過程中兩支架間的距離不得超過1.5 m；掩護(hù)支架布置完畢后，將滑輪裝置固定在待撤支架的前端，由鋼絲繩傳遞牽引力，在絞車的作用下將待撤支架回撤至指定位置。回撤過程中由于掩護(hù)支架設(shè)置在待撤支架的兩側(cè)，為了避免支架間的相互碰撞，因此應(yīng)當(dāng)在支架超出原支護(hù)狀態(tài)下底座位置后手動(dòng)進(jìn)行支架的轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向過程中加設(shè)點(diǎn)柱或密集木垛，確保采空區(qū)域的支護(hù)強(qiáng)度；轉(zhuǎn)向完畢后將回撤裝置重新固定，通過絞車將支架回撤至吊裝位置，進(jìn)行裝車運(yùn)輸。

3 液壓支架回撤裝置的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的液壓支架回撤裝置適用于大采高綜采工作面，設(shè)備主要組成部分包括出架裝置以及趕架裝置。二者相互配合共同作業(yè)，由出架裝置將液壓支架進(jìn)行初步移動(dòng)，移動(dòng)至趕架裝置處，再由趕架裝置將支架移動(dòng)至指定位置。液壓支架回撤裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖如下頁(yè)圖1 所示。

圖1 液壓支架回撤裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 出架裝置的設(shè)計(jì)

出架裝置的主要組成部分包括入架平臺(tái)、支撐平臺(tái)和液壓控制系統(tǒng)等。入架平臺(tái)用于支架的導(dǎo)向，確保支架能夠順利進(jìn)入支撐平臺(tái)，支撐平臺(tái)的重要作用是將支架運(yùn)輸至趕架裝置處，因此通過設(shè)置加強(qiáng)筋的方式，確保支架有足夠的支撐強(qiáng)度；液壓控制系統(tǒng)的主要作用是確保入架平臺(tái)和支撐平臺(tái)的銜接，系統(tǒng)主要組成部分包括油缸、泵站和推桿等[3]。

液壓控制系統(tǒng)的油缸共計(jì)4 個(gè)，第一和第二油缸并排設(shè)置在支撐平臺(tái)的入口處，支撐平臺(tái)入口處設(shè)置有轉(zhuǎn)向定滑輪以及轉(zhuǎn)向動(dòng)滑輪，滑輪上分別設(shè)有兩條拉繩，在拉繩的作用下帶動(dòng)油缸推桿實(shí)現(xiàn)支架轉(zhuǎn)向。

第三和第四油缸分別設(shè)置在支撐平臺(tái)的兩側(cè)，油缸推桿上各自設(shè)有拉繩，在拉繩的作用下帶動(dòng)油缸推桿，確保支架能夠按照既定的線路在支撐平臺(tái)上移動(dòng)，平臺(tái)出口處安放有斜板，能夠確保平臺(tái)順利過渡至趕架裝置，出架裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。

圖2 出架裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 趕架裝置的設(shè)計(jì)

趕架裝置的主要組成包括導(dǎo)槽、運(yùn)駕車、驅(qū)動(dòng)裝置以及第二液壓控制系統(tǒng)，運(yùn)駕車和導(dǎo)槽相互配合實(shí)現(xiàn)支架的運(yùn)輸，液壓控制系統(tǒng)的主要組成包括液壓泵站、和驅(qū)動(dòng)裝置；驅(qū)動(dòng)裝置又可分為液壓馬達(dá)和液壓泵站。

4 液壓支架回撤裝置的試驗(yàn)

4.1 液壓支架回撤裝置工作過程

液壓支架回撤過程中，通過出架裝置上的四個(gè)油缸相互協(xié)調(diào)互相配合，實(shí)現(xiàn)支架的移動(dòng)和轉(zhuǎn)向，具體步驟如下：第一和第二拉繩分別和待回撤支架的推溜器以及底架孔相連接，連接完畢后通過手柄控制油箱推桿運(yùn)動(dòng)，在推桿的作用下通過拉繩將支架拉至支撐平臺(tái)中間區(qū)域；隨后將第二拉繩斷開，同時(shí)將第三和第四拉繩分別和待回撤支架的推溜器相連接，通過手柄控制油缸推桿運(yùn)動(dòng)，在推桿的作用下通過拉繩將支架旋轉(zhuǎn)至指定方向，確保支架的當(dāng)前位置和支撐平臺(tái)出口位置相對(duì)應(yīng)，確保支架的順利推出，為后續(xù)的裝車工序做準(zhǔn)備。

支架到達(dá)支撐平臺(tái)的出口處后，將所有拉繩全部斷開并將第三和第四拉繩分別和支架的安裝孔相連接，同時(shí)將手柄復(fù)位準(zhǔn)備下一步操作；通過手柄控制油缸推桿運(yùn)動(dòng)，在推桿的作用下通過拉繩將支架移動(dòng)至運(yùn)架車的中間區(qū)域，完成支架裝車。裝車完畢后將拉繩和支架斷開，同時(shí)將拉繩和手柄復(fù)位準(zhǔn)備下一支架的回撤裝車。

4.2 液壓支架回撤裝置試驗(yàn)效果

本文設(shè)計(jì)的液壓支架回撤裝置具有回車效率高、設(shè)備自動(dòng)化程度高、結(jié)構(gòu)和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，多數(shù)工作均可通過手柄控制液壓系統(tǒng)進(jìn)行完成，液壓系統(tǒng)的自身特點(diǎn)確保了支架回撤過程的穩(wěn)定性和可靠性，也顯著降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。與裝置相配合的出架裝置能夠?qū)崿F(xiàn)液壓支架的轉(zhuǎn)向和移動(dòng)，確保支架能夠順利進(jìn)入趕架裝置，為后續(xù)回撤裝車打下基礎(chǔ)，出架裝置的主要優(yōu)勢(shì)在于適應(yīng)性較強(qiáng)，能夠適應(yīng)各種地質(zhì)環(huán)境下工作面的液壓支架回撤任務(wù)，提升了設(shè)備整體的適應(yīng)性。綜上所述，本文設(shè)計(jì)的液壓支架回撤裝置顯著提升了回撤過程的自動(dòng)化程度、降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、確保了液壓支架回撤過程中的安全性和穩(wěn)定性，為煤礦液壓支架智能化程度的提升打下基礎(chǔ)，也為行業(yè)其他企業(yè)的支架回撤工作提供了借鑒。

5 支架回撤安全技術(shù)措施

5.1 支架回撤頂板維護(hù)

支架回撤超過原支架區(qū)域后，原支架區(qū)域頂板處于無支護(hù)狀態(tài)，裸露的頂板在圍巖周期壓力的作用下可能出現(xiàn)破碎垮塌等現(xiàn)象，掉落的碎石會(huì)給液壓支架的回撤帶來阻礙。因此需要在支架回撤后對(duì)原支架區(qū)域頂板進(jìn)行一定的支護(hù)，本設(shè)計(jì)采用支護(hù)支架代替常見的掩護(hù)梁，由于支護(hù)支架的支護(hù)強(qiáng)度相較于掩護(hù)梁較小，因此加設(shè)點(diǎn)柱保證足夠的支護(hù)強(qiáng)度。點(diǎn)柱的位置和間隔根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，對(duì)于高冒區(qū)域應(yīng)適當(dāng)增加點(diǎn)柱數(shù)量，確保兩支架中間的點(diǎn)柱不得少于一個(gè)。

5.2 通風(fēng)管理

在液壓支架的回撤過程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)綜采工作面的通風(fēng)管理，避免通風(fēng)不徹底導(dǎo)致工作面瓦斯?jié)舛冗^高，給煤礦安全生產(chǎn)帶來威脅，具體方案包括:支架回撤區(qū)域整體采用負(fù)壓通風(fēng)的供風(fēng)方式，依照《煤礦安全生產(chǎn)規(guī)程》中的相關(guān)內(nèi)容[4]，回撤區(qū)域的局部通風(fēng)量不得低于600 m3/min；一旦發(fā)現(xiàn)回撤區(qū)域出現(xiàn)局部瓦斯泄漏、濃度過高等問題，應(yīng)當(dāng)及時(shí)采用壓風(fēng)引射機(jī)等裝置將瓦斯?jié)舛冉档驮跇?biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

5.3 大傾角防滑措施

針對(duì)大傾角工作面的支架回撤常見的支架偏移、難以控制等問題，通過點(diǎn)柱聯(lián)鎖的方式避免支架移位削弱支護(hù)效果；此外應(yīng)當(dāng)操作兩臺(tái)慢速絞車同時(shí)進(jìn)行支架和支柱的撤出，確保支架撤出過程中頂梁前端能夠得到有效的控制。與此同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意大傾角工作面實(shí)際操作過程中容易出現(xiàn)物料下滑現(xiàn)象，避免物料在工作面的臨時(shí)堆積；為了避免事故導(dǎo)致人員傷亡，在上平面有施工作業(yè)時(shí)，下平面作業(yè)應(yīng)當(dāng)即時(shí)停止。

5.4 高冒區(qū)域防冒落措施

造成采空區(qū)出現(xiàn)的高冒區(qū)域的主要原因是采空區(qū)域頂板整體性較差，自身裂隙較多且在開采過程中裂隙不斷發(fā)育最終導(dǎo)致頂板冒落現(xiàn)象。為了避免頂板冒落帶來的安全隱患，應(yīng)當(dāng)對(duì)采空區(qū)域進(jìn)行頂板加固工作，常見的加固方式為通過填充材料對(duì)頂板裂紋進(jìn)行填充，提升頂板的整體性從而降低冒落現(xiàn)象出現(xiàn)的概率。此外應(yīng)當(dāng)增加頂板的支護(hù)強(qiáng)度，通過點(diǎn)柱和單體支柱相配合的方式，確保高冒區(qū)域頂板的支護(hù)強(qiáng)度的，為了避免支架回撤完畢后托棚的垮塌，應(yīng)當(dāng)在托棚處加設(shè)點(diǎn)柱增加支護(hù)強(qiáng)度；支架回撤過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)點(diǎn)柱狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)于失效的點(diǎn)柱及時(shí)進(jìn)行維修更換。

6 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種液壓支架回撤裝置，相較于傳統(tǒng)液壓支架回撤裝置具有回撤效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作以及自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)，此外還通過配套裝置實(shí)現(xiàn)了回撤過程中頂板的有效支護(hù)。經(jīng)過測(cè)試在整個(gè)移架過程中動(dòng)作順暢，在拉移和調(diào)向過程僅需7 min即可完成機(jī)械化液壓支架的回撤操作。