綜采工作面設備回撤工藝優(yōu)化研究

鄭艷春，李冬冬，張利軍

（晉能控股裝備制造集團趙莊二號，山西 長治 046000）

晉能控股裝備制造集團某煤礦從成立至今，共發(fā)生了十多次綜采倒面作業(yè)，都是采用絞車和軌道聯運的方式，其倒面作業(yè)效率低、風險大。因此，如何對綜采工作面的裝備回收過程進行優(yōu)化，以提升裝備回收工程效率，減少風險，已成為制約礦井可持續(xù)發(fā)展的關鍵問題。

1 工程概況

晉能控股裝備制造集團某煤礦主要開采3#煤，該煤的平均厚達5.5m，具有較好的穩(wěn)定性和較低的傾角。3314 綜采工作面在井田中部南邊，可采走向長1946.5m，傾斜長度175m，煤層一般為3#煤，煤層構造比較簡單。采場正頂板由平均2m厚的砂質泥巖組成，基頂為一塊石英砂巖，其厚度平均為9m。綜采工作面采用運輸槽進風和回風管構成的“U”型排風體系，兩順槽的凈寬都是5000mm，高都是3400mm。

2 以往末采及設備回撤工藝

2.1 以往綜采工作面末采工藝

2.1.1 以往末采工藝

在以前的工作面末尾階段，在頂板上鋪上10m×1.2m 的雙層金屬網，每個周期結束需要進行一次網絡連接。將鋼索以1m的間隔鋪設在鐵絲網下面[1]。綜放工作面的回采巷寬4m，高2.9m。

2.1.2 以往工作面通道支護方式

在采場下，切下最后一片煤后，對采場下的頂板和煤壁進行了錨網支護。圖1顯示了傳統撤退通道的整體支撐計劃。回采工作面的頂板和頂板的支護標準和要求是：

圖1 以往回撤通道總體支護方案示意圖(單位：m)

（1）頂板支護。錨桿形式和規(guī)格:使用的材料是BHR500，桿體是22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度為2400mm 的樹脂加長錨固，使用了兩種錨固劑，一種是MSCKb2335，一種是MSZ2360。

錨索:采用1×19 股高強度鋼絞線，直徑22mm，長7300mm，帶樹脂增強錨，使用一根MSCKb2335，兩根MSZ2360。每6個支架安裝一條錨鏈，錨鏈與支架之間的距離為3000mm，距離支架兩側1000mm。尾端裝有高強度的固定裝置，與300mm×300mm×14mm的高強度金屬支架相匹配。

（2）煤幫支護。錨桿形式和規(guī)格:采用的是BHR500的材質，22#左旋無縱筋螺旋鋼絲作為桿體，用2400mm 的樹脂進行加長錨，采用了兩種錨固液，一種是MSCKb2335，一種是MSZ2360。錨桿配置：在一條直線上配置3 個，每個直線之間的距離是1000mm，排距是1500mm，巷面的頂部距它的距離是500m，而在它的下方距離底板400mm。

在工作面上，在轉換支架的頂梁和前梁的上部，沿著走向，要穿過一塊5000mm 的工字鋼，每個框架不低于一塊。在梁端支有一根單柱式支撐的情況下，用工字形鋼筋支撐整個煤面。在工作面中，在每個支撐前梁上穿過2000mm 的走向木頭，搭接長不小于400mm，一端支撐在采場的頂部，在梁端支著單個支柱。

2.2 運輸順槽設備回撤工藝

在工作面停止開采之后，對全部的裝置進行斷電，將電廠列車高壓電纜拆除后，按次序分解皮帶輸送機、轉載機、破碎機等，采用多個絞車接力，然后分別將各裝置拖動到指定的位置。采用絞車和滑輪作為轉向裝置，將工作面中的刮板輸送機與采煤機拖拽到回風順槽的裝車點，再利用絞車與裝車點的起吊點，將裝置準確放置在WC8無軌膠輪車上，將裝置提升到井口后進行回收。

2.3 以往工作面支架回撤工藝

在運送順槽設備、刮板輸送機及采煤機撤離完畢后，再將位于工作面上的水力支架卸下。

用絞車將液壓支架拉起并調整方向，然后拖至停采面上的卸載平臺，液壓支架經裝載平臺裝載到平板車上，再經軌道輸送到輸送順槽換裝點，最終由平板車上裝載到托架上運走。原裝置回收傳送系統的原理圖如圖2所示。

圖2 原設備回撤運輸系統示意圖

3 末采及設備回撤工藝革新

3.1 末采及回撤通道支護工藝

3.1.1 末采工藝

在3314工作面上，在最后一次開采過程中，使用了兩卷90m×12m 的高強聚醋酸纖維軟質網片，取代了常規(guī)的二次金屬網片。在切割煤炭的時候，只需要兩個人在采煤機的前后支架上操縱手動絞車就可以把軟網抬起并放下來，取代了每一個周期都需要通過前面的運輸機來人工進行網絡連接的過程。與此同時，為了避免在回放支架過程中窩頭產生大范圍的來壓，在最后開采階段，減小了鋼索的間隔，前5 道鋼索間隔0.5m，后8道鋼索間隔0.8m。回采巷道的寬度是4.5m，高度是3.1m。

3.1.2 回撤通道支護工藝

（1）采場頂采用了錨索和柔性纖維網結合鋼梯梁支護的形式。在3314 采場巷道的整體支撐設計中，支護方案見圖3。

圖3 3314工作面回撤通道總體支護方案圖（單位：m）

頂板錨索布置:

第一步：在3314 工作面在最后一次開采開始挖槽之前（在沒有更多的移動架次之前），在前橫梁上對頂板錨桿支護進行了研究。拉線長度為7300mm，兩個支撐間設置一根拉線，錨索托盤與拉線板緊密貼合。

第二步：煤機割通了一片煤層，用支撐桿做膨脹梁支護頂，再用“錨桿+鋼筋梯梁”的支護法。錨索的長度為7300mm，階梯梁的間隔為1.5m×3個孔洞，每兩架支護一次，必須與在第1階段所設置的支架形成一個十字支撐，并與第2 階段所設置的支架支撐的距離為800mm。

第三步：取下托架，將1m 長的一字梁放于托架前方，由機首向機尾推送前溜，切煤機進行最后一次切煤。在割到最后一刀的時候，要及時對頂板和煤幫采取必要的支護措施，具體的支護要求是：根據頂板狀況的差異，選擇的煤機數量在20~30架之間，在整個支護過程中，需要完成4~6 次的支護。每兩個支架支撐一次，需要與二個支架構成十字支撐，并與二個支架之間的距離為0.8m。

（2）采場煤頂的支撐形式為：在施工過程中，采用了拉繩及加強臺階梁支護，并在拉繩中間布置了幾根錨桿。

錨索布置:沿橫向設置鋼筋階梯梁，錨索間距為1500mm，每排2 條，上、下兩排錨索間距為1800mm，沿豎直煤面鉆孔，距頂板、底板間距為650mm。

錨桿布置：錨桿的排距為1500mm，每排1 根，與頂、底間距均為1550mm，錨桿的布置與頂、底板均垂直。

3.2 運輸順槽設備回撤工藝革新

等所有有關的裝置都拆卸完畢后，采取新式的BYSX-10x2(A)起吊裝置，代替絞車的使用，然后將拆除的設備如皮帶輸送機、破碎機等裝置放入WC8 膠輪車進行回收。液壓臂架式起吊裝置主要技術參數見表1。

表1 液壓臂架式起吊裝置主要技術參數

BYSX-10x2（A）型礦井用液壓懸臂式吊裝裝置，其工作過程主要有：在巷道中的運輸流程、支頂流程和吊裝流程[2]。

井下搬運工藝：提升機可以自行在井下搬運，也可以由輔助搬運設備搬運到工作面或切眼巷中。

支頂工序：在吊裝較重的物體時，需要采用機身尾托；用四條腿支撐，鋼軌可以提升到250mm，確定鋼軌離地后，即可進行吊運。

吊裝過程(無線遙控):伸出伸縮臂、旋轉吊臂、落下吊臂、放出伸縮鏈、起吊。

3.3 工作面液壓支架回撤工藝革新

（1）在卸下液力支承前，底部的三角部分必須修平。采用2500mm×2500mm的一個等腰線，保證1#支護基部與煤墻之間的距離達到7m。為保證架式車輛的通過，在回送順槽下巷及回采巷底鋪上聚合物密封件。

（2）利用TYH-600 型液壓支架移位裝置代替了以往的吊車，完成了對支架的回收。具體的技術參數列于表2。

表2 液壓支架調移裝置主要技術參數

該液壓支架調整機構由傾斜平臺、過渡平臺、轉向平臺、裝車平臺、兩條牽引臂、兩條裝車臂及液壓系統等構成。在支承基座的前方設置了一個傾斜工作臺，可以使水力支承平穩(wěn)地導向到調整工作臺的上方；所述的轉體平臺構成了轉體部分，能夠帶動全部的液壓支架進行搖擺；旋轉工作臺，拉動液壓架，逐步地調節(jié)90°；所述的卸載平臺對所述的液壓支架進行方向調整后，從所述的載重裝置上卸下；提升機構安裝在裝載平臺的前端，可調節(jié)裝載平臺的高度，為將液壓支架轉移到托架上提供了一個良好的環(huán)境。

采用TYH-600 型油柱支柱移動裝置取代絞車，完成抽架、調向、裝車、推移動裝置、拉掩護架等工序的集中自動化操作，并通過支撐車將油柱從工作面運輸到井下車場[3]。

3314工作面設備回撤運輸系統示意圖如圖4所示。

圖4 3314工作面設備回撤運輸系統示意圖

4 結論

（1）在末回階段，采用聚醋酸纖維軟體網狀結構替代傳統的鋼質網狀結構，可減輕工作面工人的勞動負荷，提升工作面工作效果，同時也可減少前方運輸機網絡化過程中，工作面破碎傷人的危險性。

（2）在回采巷道內，加大了回采巷道的頂幫錨網支護力度，消除了回采巷道內的后部支撐，使回采巷道內沒有發(fā)生回采時的片幫。

（3）采用BYSX-10x2（A）型煤礦用液壓吊桿提升機取代了絞車，使每個班次的工作人員從12人減少到9 人，減少了25%；各班次的回退裝置從原來的9 輛汽車增加到了11 輛汽車。采用TYH-600 液壓支架移動設備取代了絞車，使回采工作面的工作人員從原來的12 個人減少到6 個人，減少了50%的人員；119 根支架的拔出，只用了10d，創(chuàng)造了我公司單根支架拔出的歷史記錄。

（4）第一次，在運送順槽設備和液壓支柱的時候，去掉了絞車的運送這個步驟，這樣就可以通過遙控裝置進行遙控，這樣就能很好解決卷揚機運輸過程中鋼絲繩斷裂、超速等危險引起的安全性問題。