機械化倒移裝置在綜放工作面端頭的研究應用

祁建強

（陽泉煤業（集團）有限責任公司生產技術部，山西 陽泉 045000）

1 概述

回采工作面端頭作業的特點是多工種交叉作業，設備相對集中，作業空間狹窄，地質環境差，各工序銜接非常緊湊。在割煤、裝煤、運輸、移架、推溜、放煤、支護等各個環節中，其他幾個工種均實現了機械化作業，只有兩端頭的支護工作仍以人工操作為主，尤其是回柱、移柱、再支護過程，不僅用人多，并且勞動強度非常大，由于作業空間狹小，經常出現碰手、碰腳的情況，極不利于安全生產。回采工作面端頭支護作業成為了制約工作面推進速度、增加產量的瓶頸，成為了安全保障程度最低的薄弱環節。因此，端頭支護實現機械化作業勢在必行。陽煤一礦在81301工作面端頭使用了一套機械化單體液壓支護倒移裝置，既解決了超前范圍內單體液壓支護人工倒移的問題，同時兼顧小型物料運輸、起底擴幫后的煤矸運輸，效果非常明顯，值得推廣使用。

2 工作面基本概況

2.1 工作面簡介

一礦81301工作面位于十三采區東翼南部，西部為十三采區東副巷，北部為本采區81303工作面，東部為十三采區東部邊界線，南部為S8301工作面、S8302工作面，西部上方為北頭嘴井十九采區71902、71904回采工作面采空區。

該工作面位于669水平，地面標高1140.0～1230.0m，工作面標高603.0～670.2m，走向長度1566m，傾斜長度216.5m，面積338705m2，煤層厚度6.60～8.20m，平均6.95m，煤層傾角1～16°，平均8°，穩定煤層。工業儲量322.4472萬t，可采儲量280.53萬t，服務年限489.4天，約16.3個月。

工作面采用走向長壁采煤法，后退式開采；綜合機械化放頂煤一次采全高采煤方式；雙滾筒采煤和落煤、裝煤，液壓支架維護頂板和放頂煤，前后兩部工作溜運煤；全部垮落法管理頂板。

2.2 采煤工藝及生產能力

（1）采煤工藝

工作面采用綜合機械化低位放頂煤采煤工藝，工作面每割一刀煤放一部頂煤，實行“一采一放，追機放頂煤”的作業方式。

（2）循環方式與生產能力

淺截深多刀循環方式，截深為0.8m，刀數為四刀。即兩個生產班，每班割煤兩刀，放頂煤兩排，檢修班進行一次設備檢修。該工作面采長L=216.5m，日循環進度S=3.2m，純煤層厚度h=6.80m，煤層容重γ=1.40t/m3，工作面回采率c=87%，日循環生產能力約為5738t。

2.3 工作面兩巷超前支護

（1）工作面兩巷超前支護設計

工作面在回采時，不破壞進、回風巷原有的金屬網、錨索聯合支護，只是在工作面超前動壓影響區范圍內進行加強支護，以控制頂、幫，保證工作面正常生產。進風超前支護距離為20m，回風超前20m加強支護。

（2）端頭支護設計

為滿足工作面前后部刮板輸送機與轉載機搭接及運料、行人等要求和安全通道需要，工作面上端頭采用兩組、下端頭采用三組ZFG6400--17/30H型過渡支架，實現向工作面普通架過渡支護。兩溜中間支設單體柱，機頭為4排，每排4根，排距為0.8m；機尾為4排，每排5根，排距為0.8m。機頭支設過后部溜機頭抬棚，機尾支設過工作溜機尾抬棚，機頭對面煤幫與轉載溜間距離大時，可以在機頭對面加設一趟抬棚梁；抬棚梁為5.6m木梁時，支設兩趟，一梁不少于四柱；抬棚梁為“π”型梁時，支設不少于三趟，抬棚梁交錯布置，交錯距對半，一梁不少于三柱。靠近電機、減速器、機頭（尾）殼等設備的單體柱，要離開設備0.1m支設。

2.4 機械化倒移裝置安裝位置及巷道概況

根據81301工作面的實際情況，機械化倒移裝置決定安裝在工作面的回風巷試用。

由于工作面及上、下兩巷頂板壓力比預計壓力大，部分巷道出現底鼓、頂板下沉、兩幫向中間擠壓等現象，造成回風巷斷面收縮與嚴重變形，最小的地方只能容一個人彎腰通過，給安裝移柱裝置帶來巨大影響，甚至無法安裝。因此，必須重新整修巷道，擴大巷道斷面。為此需要將巷道擴幫后煤、矸石等物料運送到超前支柱以外的礦車里。按照常規的方法，只能通過人工運輸起底、擴幫產生的物料，工人勞動強度大、效率低，決定借助倒移裝置實現物料的運輸，同時將需要的小型材料、配件等通過倒移裝置運輸到擴幫地點，實現里外的雙向運輸。

3 移柱裝置調試與安裝

3.1 地面調試

（1）地面試驗基本概況

工作面端頭機械化倒移裝置于2016年10月20日至10月30日在陽泉煤業（集團）股份有限公司一礦機修車間進行了地面安裝調試。

（2）地面試驗的目的

地面試驗的目的主要是驗證系統是否滿足設計要求，不需要把整個系統組裝起來，只需要懸掛部分鋼梁就可以觀察系統的運行狀態。

（3）試驗前準備工作

機械化倒移裝置是安裝在井下工作面順槽，懸吊位置是利用頂板錨桿，由于地面懸吊條件不具備，所以制作了門型框架作為懸吊倒移裝置的結構件。

圖1 門型支架 （單位：mm）

（4）液壓泵站調試

工作面端頭機械化倒移裝置設計中利用液壓絞車牽引下滑車移動，利用液壓油缸牽引鋼梁移動，由液壓泵站為液壓絞車和油缸提供液壓油。

（5）空載運轉試驗

當所有的準備工作完成后，啟動液壓泵站，操作控制液壓絞車的三位四通換向閥，實現絞車正、反轉運轉，絞車運轉帶動鋼絲繩運動，在鋼絲繩牽引力的作用下，下滑車在道軌上實現前、后運動。

空運轉結果表明，下滑車沿鋼梁軌道運動無卡滯現象；鋼梁沿上滑車運動靈活，系統運轉良好。

（6）半載運轉試驗

當空載運轉正常后，在下滑車上加掛重物約250kg進行試驗，試驗結果表明，在半載負荷情況下，液壓絞車轉動正常、控制靈活，下滑車前后運動、運轉正常，系統穩定可靠。

（7）滿載運轉試驗

將懸吊重物更換成液壓支架主油缸，重量大約500kg，通過對懸吊重物進行前進、后退運輸，各運動部件轉動靈活，無卡阻現象，觀察鋼絲繩與繩輪之間的摩擦，未發現滑動現象，滿載試驗取得成功。

通過在地面完成的空載和重載試驗，工作面機械化倒移裝置設計合理，結構緊湊，參數選取正確，能夠滿足生產需要；整套系統運轉靈活、制動可靠、操作簡便，可以安裝在井下工作面端頭用于搬運單體支柱和運送材料、備件。

圖2 地面安裝示意圖

3.2 井下工業試驗與應用

（1）工作面基本概況

81301 工作面回風巷支護形式為全錨支護，斷面為矩形，毛高3.0m，凈高2.9m，毛寬4.2m，凈寬4.0m，荒斷面面積12.6m2，凈斷面面積11.6m2，最大傾角16°。

工作面在回采時，不破壞進、回風巷原有的金屬網、錨索聯合支護，只是在工作面超前動壓影響區范圍內進行加強支護，以控制頂、幫，保證工作面正常生產。回風超前20m加強支護，超前支護采用單體支柱，型號為DW31.5-250/100X，最大高度3500mm，最小高度1500mm，單柱重量80kg。

由于81301工作面回風巷礦壓很大，頂板下沉、兩幫擠向中間、底鼓等現象嚴重，通風阻力大，行人困難，存在一定的安全隱患，無法保障正常的安全生產，因此，決定對該回風巷進行擴幫整修，由于軌道已經拆除，巷道整修所需材料（錨桿、工字鋼等）無法利用機械設備運輸，擴幫后的煤炭、矸石無法運出，只能依靠人工搬運、拖拉完成，工人勞動強度大，效率低。

在這種情況下，決定利用機械化倒移裝置向里運送材料，向外運送整修巷道的煤炭，待巷道整修之后，再根據情況將移柱裝置安裝到順槽搬運單體支柱。

（2）井下安裝調試

2016年11月初該裝置運抵81301工作面回風巷，整個系統于2017年1月20日安裝完成，由于工作面調整和回風巷擴幫工作的實施，回撤的單體柱放置在距機頭、機尾30m以外的巷幫。因此，倒移裝置只需要安裝30m。

（3）試驗應用

安裝調試完成后主要用于回風巷部分設備材料、擴幫煤、矸石的運輸任務，運輸距離20m，一次運輸一筐，擴幫完成后，用于運輸工作面回撤的單體支柱。

該系統自2017年1月20日開始應用，至7月20日試驗了6個月，前期主要用于搬運材料和運輸煤炭、矸石，后期用于單體支柱的運輸工作。

倒移裝置在井下應用情況如表1所示。

表1 機械化倒移裝置在一礦81301工作面運行情況一覽表

經過十三采區81301回采工作面回風巷道擴幫整修與搬運單體支柱，機械化倒移裝置經受住了實踐的檢驗，在這半年的工作時間里，共搬運單體支柱約1700根次，單根重量70kg，計143t；搬運設備、備件、材料約33t；運輸煤炭、矸石40多t，極大地減輕了工人的勞動強度，提高了勞動效率，保證了安全生產。

通過六個多月的運行，機械化倒移裝置在工作面端頭操作簡便、性能穩定、運行可靠，工作面順槽最大坡度為16°，平均8°，屬于緩傾斜煤層，該裝置能夠適應巷道頂板的起伏變化，滿足了變坡點平穩運行的要求。運載重量500kg左右，最大達到630kg，保護裝置齊全，制動系統靈活，并且隨著工作面的推進，采取油缸拖動的方法使得倒移裝置整體移動。

4 結論

該裝置性能指標及運行參數符合設計要求，滿足了礦井安全生產的需要，實現了回采工作面端頭小型物料、起底擴幫煤矸、單體液壓支柱的機械化快速搬移，提高了功效，具有推廣應用的前景。