老窯溝煤業大傾角綜采設備回撤技術優化研究

趙建軍

（山西寧武大運華盛老窯溝煤業有限公司，山西 寧武 036700）

老窯溝煤業1-201 綜采面的傾角較大、地層較為松軟，綜采設備在回撤過程中的效率極低，經常出現支架傾倒、滑移等問題。在對設備回撤難點進行分析后，項目組提出了一種新的適用于大傾角、松軟綜采面的設備回撤技術：通過合理利用掩護架，減少在回撤過程中的空頂面積，提高設備回撤時的頂板穩定性；通過優化回撤軌道結構強度，減少軌道在設備回撤期間的下沉。實際應用表明，該技術提高了大傾角、松軟綜采面設備回撤穩定性和回撤效率，目前該方案已經在山西寧武大運華盛老窯溝煤業得到了推廣。

1 綜采設備回撤問題分析及解決思路

老窯溝煤業1-201 綜采面煤層平均厚度為11.2 m，煤層傾斜角較大，在31.5°～42.5°之間，平均傾斜角為36°。直接頂是平均厚度7.9 m 的泥巖，直接底為平均厚度3.7 m 的松軟泥巖，較為松軟。在實際回撤時存在以下問題：

1）采面傾角較大，液壓支架在回撤過程中由于自身重心的變化，在移動過程中容易出現液壓支架的倒架或者液壓支架底座的滑移；

2）地面較弱，而設備的整體重量較大，在回撤過程中反復調整，容易導致軌道下陷到松軟底板里，增加回撤的難度；

3）在馬背處的曲線角度過大，容易導致設備掉落，運輸過程中掉道多。

針對綜采面設備回撤時所存在的問題，從三個方面提出了解決思路：

1）支架防倒方案。設置兩臺回柱絞車和回撤平臺，通過配合使用，保證液壓支架從抽架到裝車過程中的安全有序。

2）防下陷方案。最可靠的方式是把回撤路線上的地面夯實并硬化，但該方案效率低、成本高。因此在多方案對比后選擇了使用道木對軌道進行加固，降低在承重過程中的下沉量，不僅可防下陷，而且道木可以回收利用，降低回撤成本。

3）現場改造。對回撤叉車和曲線道進行改造[1]，提高平穩性，保證叉車的穩定運行。

2 支架回撤技術方案

2.1 軌道鋪設

鋪設規格為3500 mm×38 kg/m 的軌道，軌道的軌距設置為2000 mm，機頭軌道邊距煤壁幫約為1000 mm，機尾位置的軌道距離煤壁幫約為1600 mm。軌道道木規格為2.4 m×0.2 m×0.2 m。為了提高可靠性，在軌道兩側分別接入兩個長度為2000 mm的加強條，加強條距離軌道接頭100 mm。在軌道的接頭位置利用鐵鏈和夾板螺栓固定，為了使軌道平直，在軌道的變坡點安裝一個地輥，且每隔50 m 設置一個地輥。

2.2 安裝絞車

在距離巷道約50 m 的位置安裝第一個輔助絞車，在硐室內設置1#絞車和2#副絞車，尾巷絞車設置在靠近第74 個支架的位置。利用各個絞車和回撤平臺相互配合，提高支架在回撤時的穩定性。井下絞車布置結構如圖1。

圖1 井下絞車布置結構示意圖

絞車采用高強度錨桿進行固定，提高其穩定性。

2.3 回撤流程分析

在進行回撤時，將回撤叉車運至回撤平臺并進行連接固定，把回撤平臺和連接支架進行連接，再進行抽架和調向，使用回撤叉車把支架送到副巷的端口位置，把支架倒裝并安裝到裝車機構位置使支架和平板車進行固定，最終把液壓支架從副巷運出，完成一個支架的回撤。詳細的撤離流程匯總如下[2]。

1）利用牽引鏈和絞車配合，把液壓支架轉移到回撤平臺上，然后在回撤平臺上將液壓支架的放置方向順時針轉動90°。

2）利用回柱絞車把液壓支架牽引到回撤叉車上，在回撤的過程中需要根據液壓支架的情況不斷調整絞車的動作順序和速度，保證液壓支架在調整過程中的穩定性。

3）用絞車把回撤叉車拉到巷道交叉口的位置，然后將液壓支架逆時針旋轉90°，利用牽引臂[3]把液壓支架拉到裝車結構位置的平板車上運出綜采面。最后把回撤叉車轉運回到回撤平臺并和回撤平臺進行連接，準備對下一個液壓支架進行回撤。

4）液壓支架在抽出以后，首先利用三個掩護架對支架抽出的位置進行支護，形成一個三角穩定區[4]。待支架完全移走以后，再拆除原有的寬度為3500 mm 的軌道，并在對應位置設置寬度為1750 mm 的軌道。將掩護架和回撤平臺形成一個相對應的支點，逐步前移回撤平臺，然后待回撤平臺到達指定位置后，將其作為一個穩定支點，向前拉移剩余的2 組掩護架。

在移動的過程中需要保持掩護架從內向外側的移動，單次移動的距離不超過1500 mm，確保掩護架移動到位后能對頂板進行可靠支護，確保井下移架的安全性。

3 掩護架形成及三角支護

回撤過程中的掩護架是利用第1 號、第2 號和第5 號液壓支架構成，在抽1 號液壓支架的時候利用大鏈和支架的防倒座連接，將巷道內第4 個絞車的勾頭和1 號液壓支架連接，防止在移動過程中液壓支架的傾倒[5]。在1 號液壓支架的前方設置專用的抽架錨索，提高抽架時候的穩定性，將3 號絞車的鉤頭和1 號液壓支架相互連接，利用支架自拉自移的方式完成抽架作業。

當1 號液壓支架抽出以后，再利用3 號絞車配合單體柱慢慢地把1 號液壓支架拉到和煤壁距離1000 mm 的位置，從而形成一個側幫掩護架[6]。接著再利用同樣的方法把第2 號和第5 號液壓支架抽出，使其作為設備回撤時候的掩護支架。在支護過程中1 號和2 號液壓支架每次前移量控制在1500 mm，每次前移后都要設置一排單梁支柱控制1 號和2 號液壓支架區域的頂板，提高頂板的穩定性。

在3 個掩護架形成以后，在三角區域可以利用單體液壓支柱進行支護頂板，如果在支護過程中出現支護區域頂板破碎的情況，則可以根據三角區域頂板的實際情況增加單梁的數量，核心目的是確保在掩護架圍成的三角區域內頂板的穩定性和完整性。利用壓戧柱[7]在刮板輸送機的銷軌上進行加強，壓戧柱角度設置為5°。在工作面每隔15 m 的距離設置2 根單體液壓支柱避免刮板輸送機的下滑，為作業面上設備的安全回撤提供一個支護通道。回撤通道支護剖面如圖2。

圖2 回撤工作面支護剖面結構

4 新技術應用效果

新型設備回撤技術能夠充分利用地質條件和現有設備，通過設備組之間相互配合的方式進行回撤。同傳統的回撤方式相比，回撤過程中每班的回撤量最多可以達到5 架，整個綜采面設備的回撤周期縮短到了62 d，比傳統回撤方式降低了35%。在整個回撤期間沒有發生過支架的傾倒現象，也沒有出現飛石和頂板垮落。設備回撤、安裝線路如圖3。

圖3 設備回撤、安裝路線示意圖（mm）

5 結論

1）煤層傾角大且地面較為松軟，是影響采面設備回撤安全性和效率的主要因素。利用3 個掩護支架減少回撤時三角空頂區面積，確保了頂板的穩定性；在回撤路徑上用道木提高軌道整體性和強度，解決了地層松軟、設備易下陷的問題。

2）設備回撤技術分為軌道鋪設、安裝絞車、設備回撤三個部分。在整個回撤期間沒有發生過支架傾倒，也沒有出現飛石和頂板垮落問題，表明了該回撤技術的可靠性。

3）新的回撤技術能夠將設備的回撤周期縮短35%以上，填補了煤礦井下機械化快速回撤技術的空白。