煤礦液壓支架安全回撤工藝研究

魏曉陽

（山西潞安集團潞寧煤業有限責任公司，山西 寧武 036700）

引言

隨著我國煤炭開采技術及機械化程度的提高，一些擁有百萬噸、千萬噸綜采工作面的現代化礦井相繼出現[1]。開采技術的提高使得采掘接替時間越來越短，隨之而來的是工作面設備的回撤技術越來越滿足不了高產高效礦井的需求[2-3]。傳統的工作面液壓支架回撤采用的是單體支柱頂、后尾梁撐的方法，設備運輸依靠無軌膠輪車、絞車等，采用這種方式，效率低、設備磨損嚴重，坡道多時提升難度大，無法保障安全生產，對實現現代化礦井的高產高效不利[4-5]。因此，研究一種安全快速的液壓支架回撤方案對提高工作面搬家效率具有重要意義。

1 工程背景

潞寧煤業公司22116 工作面位于礦井二二采區中下部，走向長度1 877.233 m，傾向長178.6 m，主采侏羅系大同組上部的2 號煤，煤層埋深429～553 m，煤層厚度1.0～5.0 m，平均厚度3.5 m，傾角3°～5°，平均傾角4.5°。工作面設計采高為3.5 m±0.1 m。采用走向長壁一次采全高的綜合機械化采煤方法，以及超前深孔強制預裂頂板、全部垮落法的頂板管理方法。工作面重要設備有采煤機、液壓支架、刮板輸送機、破碎機等，具體設備明細如表1 所示。

22116 綜采工作面自2018 年12 月初開始回采，現已推進至距停采線50 m 左右的位置，進入收尾階段，將要進行工作面液壓支架回撤。

2 傳統的液壓支架回撤技術

液壓支架回撤是工作面搬家的重要環節，在大多數情況下礦井都是利用采煤機自開回撤空間進行回撤工作。首先，當工作面開采至停采線附近采煤機要截割最后幾刀煤時，保持液壓支架不動，采煤機與輸送機整體前移，保證設備擁有足夠的調向及回撤空間，接著對回撤空間中的頂板進行加固支護。加固支護工作完成后進行工作面設備撤出工作，為了保證回撤空間的安全，最后撤出液壓支架。但是由此造成的不安全因素是采煤機截割最后幾刀煤后和輸送機整體前移形成回撤空間，在對回撤空間進行加固支護時增加了作業人員在懸露頂板下作業的危險性，這也是影響回撤工作的一個不確定因素。同時工作面設備的運輸主要依靠電機車、絞車等，需進行多次裝載、捆綁等工序，費時費力。采用這種傳統方法，一方面支架裝卸困難、運輸速度慢，而且需要的人力多（每班需要100 人左右），耗時45 d 左右，另一方面耗時久導致新的工作面頂板長時間處于無支護的狀態，容易引起頂板事故。

表1 工作面重要設備明細表

3 液壓支架安全回撤方案

3.1 單通道單翼回撤工藝

目前，我國高產高效礦井的地質條件都比較優越，頂板的整體性也比較好，都采用綜掘機或連續采煤機進行雙巷掘進，掘進速度快、效率高，可為礦井帶來更高的經濟效益。在此條件下，更快、更安全高效的工作面設備搬家技術顯得尤為重要，而單通道單翼回撤工藝可以很好地滿足高產高效礦井的需求。

單通道單翼回撤工藝只需要在工作面停采線處開掘一條垂直于工作面運輸平巷和回風平巷的回撤通道（如圖1 所示），形成單通道回撤系統。在掘進過程中，不僅要用錨桿對其頂板進行支護，還要在回撤通道掘好后用液壓支架、單體支柱以及工字鋼對頂板進行進一步支護，防止出現頂板下沉，造成安全事故。當回撤通道貫通后，就可將單體支柱撤掉，增大液壓支架的回撤空間（圖2 所示）。

圖1 單通道回撤系統平面

圖2 液壓支架回撤空間

在支架安全回撤前，要調整端頭的兩架液壓支架的方向，將回撤區域和冒落區隔離開，保證回撤區內的安全（如圖3 所示）。在回撤支架時，從工作面一端依次回撤，在回撤支架前要將之前用液壓支架頂梁挑起的工字鋼收回，收回后局部用單體支柱支撐，支架撤出后，單體支柱用木垛代替，然后將支柱撤回。撤回一架液壓支架就要打一個木垛來支撐頂板，如果頂板比較破碎，在壓力大的情況下，可多打幾個木垛加強支護，防止頂板垮落對后面的撤架工作造成影響。

圖3 單通道單翼回撤工藝巷道布置

3.2 液壓支架回撤配套設備

3.2.1 回撤特殊支架的選型

采用三角區掩護支架作為回撤特殊支架，型號為ZZG9000/23/48。其具有以下主要功能：一是在支架的掩護梁與頂梁之間采用十字鉸接連接，頂梁可實現前后左右擺動，可更好地適應頂板起伏；二是支架頂梁邊緣圓滑過渡，可有效保護金屬頂網不被破壞，保證頂板的完整性；三是在支架底座設置防護裝置，阻止矸石掉入支架內部；四是支架采用無線遙控操作各項動作，無需人員進入支架下方操作，可以有效保證施工人員的安全。

3.2.2 支架搬運車輛的選型

1）框架式支架搬運車型號為WC40Y，載重質量為40 t。框架式支架搬運車操作簡單，只需司機一人即可完成支架的裝卸。司機通過操作框架上的起吊鉤將支架吊起離開地面，接著用夾緊油缸頂住支架側幫，將支架夾緊后即可開始運輸。

2）鏟板式支架搬運車型號有WC25EJ、WC40EJ，載重質量分別是25 t、40 t，鏟板式支架搬運車裝卸支架相對于框架式更加靈活，對于短距離的支架運輸和擺放非常適合。

4 應用效果

相比于傳統的工作面液壓支架回撤技術，單通道單翼回撤工藝有了很大的改進。改變三角區掩護支架的布置方式，有效拓寬了設備安全回撤的空間，使液壓支架在回撤過程中有了更高的安全性，同時保證了施工人員的安全，提高了作業效率。在液壓支架回撤過程中采取了有效的支柱回柱措施，將單體支柱和工字鋼基本無損壞地回收回來。該工藝只需開掘一條回撤巷道，施工更簡單，掘進量也更少，對設備的需求量少，成本更低。一般進行工作面搬家時單班僅需50 人左右，15～20 d 即可完成搬家工作，相比傳統的搬家工藝可節約時間20～30 d，總工時減少50%～60%，符合高產高效礦井的要求。

5 結論

隨著我國高產高效礦井的綜合機械化開采技術越來越成熟，與之相匹配的工作面搬家工藝已無法滿足生產要求，因此通過液壓支架安全回撤工藝以及配套設備研究提出單通道單翼回撤工藝并應用于現場。通過現場應用發現，此工藝可以有效提升回撤過程中的安全性，降低設備損耗，減少巷道施工量，相比于傳統的工作面搬家工藝，單班僅僅需要50 人左右，耗時15～20 d，實現了綜采工作面液壓支架快速、安全、高效的回撤，提高了工作面搬家效率，以實現礦井高產高效的目標。并且隨著該工藝的逐步成熟，將有力推動我國綜合機械化采煤技術的高速發展。