汾源煤業(yè)5-101 大傾角工作面綜放設(shè)備機(jī)械化回撤技術(shù)研究

楊 鵬

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)豐峪煤業(yè)安裝分公司，山西 霍州031400）

綜放設(shè)備回撤是厚煤層開采的重要環(huán)節(jié)，確保設(shè)備回撤效率以及回撤安全對提升煤炭開采效率具有重要意義[1-5]。由于礦井所采煤層地質(zhì)條件差異，應(yīng)針對實(shí)際地質(zhì)條件提出針對性設(shè)備回撤工藝，在確保回撤安全前提下提升回撤效率[6-8]。以汾源煤業(yè)5-101 綜放工作面為研究對象，針對煤層傾角大、底板松軟問題，針對性提出設(shè)備回撤方案，并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了綜放設(shè)備安全、高效回撤。研究成果為大傾角厚煤層綜放設(shè)備回撤積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

5-101 工作面為汾源煤業(yè)首個(gè)綜放工作面，北為井田邊界、南為采區(qū)集中運(yùn)輸、軌道及回風(fēng)巷，西為5-1032 巷，東為主副斜井巷。開采的5# 煤平均厚10.5m，煤層傾角32°～45°，平均35°，直接頂為5.5～12.2m 厚的泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖，直接底為松軟的泥巖、厚1.5～3.5m。

5-101 工作面對應(yīng)地面標(biāo)高+1 560-+1 670 m，底板標(biāo)高+1 230-+1 300 m，正巷（5-1011 巷）長副巷（5-1012 巷）、切眼長分別為854、728、105m。具體采面內(nèi)主要綜放設(shè)備見表1。

表1 采面主要綜放設(shè)備

2 采面設(shè)備回撤面臨問題分析及解決對策

2.1 設(shè)備回撤面臨問題

1）工作面抽架期間的防倒防滑。由于5#煤層傾角平均35°，液壓支架在回撤過程中受到自身重力影響，容易出現(xiàn)倒架、或者底座滑移問題，給設(shè)備回撤安全帶來一定的威脅。

2）底板較軟、工作面設(shè)備運(yùn)輸困難。采面底板為松軟的泥巖，支架重量約12t，在回撤過程中會給底板較大壓力，容易引起軌道下陷至底板內(nèi)或者軌道有較大起伏，從而給設(shè)備正常回撤帶來影響。

3）馬背處曲線道角度大、設(shè)備容易掉道。工作面上端頭車場小，坡頭馬背處回撤叉車運(yùn)輸?shù)舻谰佣啵荒苷＿\(yùn)輸。

2.2 解決對策

1）支架防倒防滑策略。采用增加2 臺回柱絞車和回撤平臺，三者配合使用，確保支架防倒防滑，在倒絞車鉤頭期間必須確保二保一原則，使用抽架到裝車安全有序，順利完成每一循環(huán)。

2）底板松軟應(yīng)對策略。原計(jì)劃工作面進(jìn)行硬化處理，但是次種方式耗時(shí)較長且投入較大。經(jīng)過綜合分析，決定通過改進(jìn)使用道木加固道軌，確保支架運(yùn)輸期間道軌下沉量，保證回撤叉車安全運(yùn)行，同時(shí)道木還可以回收再利，降低設(shè)備回撤投入。

3）改造回撤叉車和曲線道。對現(xiàn)場條件上端頭車場小，馬背處曲線道角度大的問題，使用設(shè)備在馬背處掉道，通過技術(shù)改造回撤叉車和曲線道，使回撤叉車平穩(wěn)通過。

3 設(shè)備回撤技術(shù)方案

3.1 軌道鋪設(shè)

工作面切巷釘?shù)啦捎?.5m×38kg/m 道軌，軌距2m，機(jī)頭軌道邊距煤壁幫1.m，機(jī)尾軌道邊距煤壁幫1.6m。道木規(guī)格2400mm×200mm×200mm。軌道接頭兩邊分別上2 根2m 長的拉條，拉條距道接頭為105mm。每對道軌接頭兩邊打底錨并用40T 鏈與道夾板螺栓固定。釘?shù)罆r(shí)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行釘?shù)溃ＷC軌道直道平直，軌道變坡點(diǎn)安設(shè)1 個(gè)地輥，切巷內(nèi)每30m 安設(shè)1 個(gè)地輥。

3.2 絞車安裝

在5-1012 巷距切巷20m 位置布置1#絞車，在絞車硐室布置2#、3#絞車，在60#支架前布置4#絞車，具體布置見圖1 所示。通過絞車以及回撤平臺相互配合，確保支架不出現(xiàn)倒滑問題。

絞車采用φ20mm×2000mm 的高強(qiáng)錨桿全長錨固，配套使用CK2340 型、Z2360 型錨固劑各1支，錨桿深度不小于1.8m，絞車必須安裝在實(shí)底上，底錨外露長度為20～50mm（不包括槽鋼）。絞車信號定為語音信號和手持對講機(jī)，信號工雙方必須明確信號指令，收到信號后確認(rèn)回復(fù)并重復(fù)一遍指令，最終以信號為準(zhǔn)，信號聯(lián)系必須清楚、可靠。

圖1 絞車及支架布置圖

3.3 回撤設(shè)備及設(shè)備搬運(yùn)流程

回撤設(shè)備回撤平臺、回撤叉車、裝車機(jī)構(gòu)等。設(shè)備搬運(yùn)流程為：回撤叉車運(yùn)至回撤平臺并連接固定→回撤平臺連接支架→抽架、調(diào)向→回撤叉車運(yùn)送支架至副巷口→支架倒裝至裝車機(jī)構(gòu)→支架與平板車連接固定→副巷運(yùn)出→下個(gè)循環(huán)。

1）牽引鏈將液壓支架牽引到回撤平臺上，并在回撤平臺上旋轉(zhuǎn)90°（如圖2 所示）；回柱絞車將液壓支架牽引到回撤叉車上（如圖3 所示）；回柱絞車牽引回撤叉車至5-101 切巷與5-1012 巷交匯位置處，并將液壓支架旋轉(zhuǎn)90°；牽引臂將支架拉到裝車機(jī)構(gòu)平板車上（如圖4 所示）并運(yùn)出采面。將回撤叉車返回并至回撤平臺相接，準(zhǔn)備回撤下一支架。

圖2 回撤平臺抽架、調(diào)向過程

圖3 支架牽引至回撤叉車

圖4 支架由回撤叉車?yán)裂b車機(jī)構(gòu)裝入平板車

2）支架抽出后，先拉移三角區(qū)掩護(hù)架，完成對三角區(qū)頂板的支護(hù)，抽出支架運(yùn)走后，拆除3.5m 軌道，安裝1.75m 軌道，使掩護(hù)架與回撤平臺互為支點(diǎn)，先以掩護(hù)架為支點(diǎn)前移回撤平臺，再以回撤平臺作支點(diǎn)降架向前拉移剩余2 架掩護(hù)架，拉移過程中掩護(hù)架由里向外，每次前移1.75m，三架掩護(hù)架拉移到位能夠有效控制頂板，繼續(xù)回撤下一架支架。

3.4 支架回撤

3.4.1 抽架工序

由機(jī)頭向機(jī)尾頭回撤支架，回撤順序?yàn)?、4、6、7#……67、5、2、1、68、69#（用1、2、5#支架作掩護(hù)架）。具體支架布置見圖1 所示。

3.4.2 第一組（3、4#支架）回撤工藝

支架回撤按下述流程進(jìn)行：絞車配合單體柱抽架→絞車?yán)浦Ъ苤粱爻凡孳嚿稀潭ㄖЪ堋爻凡孳囘\(yùn)出切巷至副巷口→支架倒裝至裝車機(jī)構(gòu)→支架與平板車連接固定→副巷運(yùn)出。

抽3#架前，用180T 大鏈與3#支架防倒座通過握手環(huán)連接，切巷內(nèi)4#絞車鉤頭連接3#支架，使4#絞車?yán)K處于繃緊狀態(tài)防止支架傾倒。按照上文所述支架回撤工藝將3#與4#支架抽出后，及時(shí)支設(shè)單體柱控制頂板，具體支設(shè)數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況而定。若頂板破碎，需打木垛時(shí)，在3#與4#支架處打一個(gè)“井”字型木垛。

3.4.3 掩護(hù)架（1、2、5#支架）形成及三角區(qū)支護(hù)

1）掩護(hù)架形成。抽1#架前用180T 大鏈與1#支架防倒座用握手環(huán)連接，切巷內(nèi)4#絞車鉤頭連接1#支架防止支架傾倒。在1#支架正前方專用抽架錨索或待抽支架相鄰支架的前梁上掛導(dǎo)向滑輪，3#絞車鉤頭與1#支架相連，采用支架自拉自移的方式抽架。

1#支架抽出后，用機(jī)尾3#絞車配合單體柱逐步把1#支架拉移至距煤壁幫0.7～1.0m 位置，形成煤壁側(cè)掩護(hù)架。采用同樣的方法把2#、5#支架抽出，2#支架為中間掩護(hù)架，5#支架為老山側(cè)掩護(hù)架。1#與2#支架抽架期間每次前移1.5～1.8m 左右后，打一排單梁單柱控制1#與2#支架區(qū)域頂板或在1#與2#支架處支設(shè)1 個(gè)#字型木垛。

2）三角區(qū)支護(hù)。3 架掩護(hù)架形成后，三角區(qū)采用單梁單柱維護(hù)頂板，π 梁必須拖住三角區(qū)鋼絲繩，保證有效支護(hù)三角區(qū)。單梁單柱支設(shè)時(shí)不少于3排，每排1 根單梁單柱，小π 梁1.0m，柱距1.5m。單體柱支設(shè)迎山角度為4°～6°，若三角區(qū)頂板破碎時(shí)，根據(jù)三角區(qū)頂板情況增加單梁單柱，若三角區(qū)最外一排靠近掩護(hù)架處單體柱影響支架轉(zhuǎn)向時(shí)，可先不支設(shè)待支架轉(zhuǎn)向完成后再及時(shí)補(bǔ)支。

3.4.4 中間架（6#～64#支架）回撤工藝

抽6#中間架時(shí)用4#絞車鉤頭連接6#支架，防支架倒滑。隨著中間支架的回撤，切巷內(nèi)4#絞車需逐漸移至切巷機(jī)尾區(qū)段。

將待回撤6#液壓支架降架、收側(cè)護(hù)，通過回撤平臺抽架并調(diào)向；使用3#絞車將液壓支架直接牽引到回撤叉車上，并去掉4#絞車?yán)K鉤頭；用2#與3#絞車將回撤叉車及支架配合運(yùn)輸至機(jī)尾交叉點(diǎn)處，并在69#架處搭設(shè)防護(hù)網(wǎng)，摘掉3#絞車鉤頭并將液壓支架旋轉(zhuǎn)90°；牽引臂將支架拉到裝車機(jī)構(gòu)平板車上后被運(yùn)走，人員先對三角區(qū)進(jìn)行維護(hù)，再拉移掩護(hù)架；最后拆除3.5m 軌道、安裝1.75m 軌道，將回撤叉車通過2#絞車放置至抽架位置，準(zhǔn)備下一個(gè)循環(huán)的抽架。

3.4.5 最后5 架（65～69#支架）及掩護(hù)架回撤

回撤順序：65、66、67、5、2、1、68、69#。

通過3#絞車?yán)o液壓支架防止傾倒，采用支架自拉自移的方式抽架，抽架的同時(shí)必須保持3#絞車鋼絲繩始終處于繃緊狀態(tài)。65#架抽出后用2#絞車?yán)翙C(jī)尾交叉點(diǎn)處，然后用副巷1#絞車把65#支架通過斜鏟板拉移至裝車機(jī)構(gòu)平板車上，通過齒軌車運(yùn)走。66、67#支架方法同上。

回撤掩護(hù)架（5、2、1#）：5#支架回撤前，先用3#絞車用180T 大鏈與5#支架防倒座使用專用握手環(huán)連接，防支架傾倒。將大鏈、2#絞車與5#支架連接，直接將5#支架用絞車?yán)翙C(jī)尾交叉點(diǎn)處，然后用副巷1#絞車把5#支架通過斜鏟板拉移至裝車機(jī)構(gòu)平板車上，通過齒軌車運(yùn)走。3、1#支架方法同上。

最后回撤68、69#時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場情況，若需提前回撤切巷機(jī)尾硐室內(nèi)的2#與3#絞車時(shí)，需及時(shí)拆除并裝車出井，2#與3#絞車拆除后，若頂板不好時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場情況需支設(shè)木垛時(shí)，在其空位處支設(shè)木垛。回撤完68、69#支架后，再拆除斜鏟板、裝車機(jī)構(gòu)。

4 結(jié) 語

1）對綜放設(shè)備回撤作業(yè)流程進(jìn)行改進(jìn)，采用3個(gè)掩護(hù)架的方式，減少三角區(qū)空頂面積，確保設(shè)備回撤期間頂板穩(wěn)定。同時(shí)通過增設(shè)道木加固道軌，降低了支架運(yùn)輸期間道軌的下沉量，解決了頂板底板松軟的難題，保證了回撤叉車安全運(yùn)行。

2）采面設(shè)備回撤期間綜放支架未出現(xiàn)傾倒、滑移跡象，設(shè)備回撤工作進(jìn)展順利，表明文中提出的大傾角綜放工作面設(shè)備回撤方案具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

3）汾源煤業(yè)5-101 綜放工作面設(shè)備回撤期間小班回撤2 架，圓班最多回撤6 架，工期比計(jì)劃縮短近20%，創(chuàng)下集團(tuán)公司大傾角工作面回撤的新記錄，填補(bǔ)了煤礦井下工作面大傾角機(jī)械化快速搬家工藝的技術(shù)空白。