大采高智能化工作面設備快速回撤實踐

鐘祥熙，曹 鵬

(陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 延安 727306)

0 引言

近年來，隨著煤礦綜合機械化水平的不斷提高，煤礦智能化水平不斷推進，陜西黃陵二號煤礦有限公司(簡稱二號煤礦)在復雜地質條件下大采高智能化綜采技術走在了行業前沿[1-4]。該技術涉及的設備類型多、功率大、體型大、系統更為復雜，如何快速高效安裝回撤工作面成為了影響礦井接續的關鍵因素。為此，以二號煤礦418大采高智能化工作面的回撤為實踐基礎，系統闡述了復雜地質條件下大采高智能化綜采工作面回撤工藝，創新和改進了自動跟機拉架技術，以期實現遙控操作拉移支架，徹底告別以前“蹲伏”式落后的撤架方式，提高回撤效率、保障作業安全。

1 工作面及回撤設備介紹

1.1 工作面概況

二號煤礦418大采高智能化工作面位于礦區四盤區右翼(東南部)，西北為未采區，東南緊鄰416采空區，西南至北二二號輔運大巷，東北至201采空區。工作面走向方位為69°，走向長度2 632 m，傾向長度300.5 m，面積78.8萬m2，工作面煤層厚度5.2～6.0 m，平均煤厚5.6 m。開采煤層是侏羅紀延安組2號煤層，煤層頂底板情況見表1。

表1 煤層頂底板情況Table 1 Roof and floor condition of coal seam

1.2 智能化綜采設備介紹

418綜采工作面設備有中部液壓支架163臺、過渡液壓支架4臺、端頭液壓支架8臺、膠帶巷超前支護液壓支架2組、回風巷超前支護液壓支架3組、中雙鏈刮板運輸機1部、中雙鏈刮板轉載機1部、破碎機1部、采煤機1部、自移機尾1部、設備列車35臺以及工作面所有線纜、管路、移變、水泵及開關等，見表2。

表2 418工作面設備技術參數表Table 2 Technical parameters of No.418 working face equipment

2 回撤安排及前期工作

2.1 回撤安排

418工作面于2019年10月26日開始進行回撤工作。回撤施工主要分為3個階段，回撤計劃工期共計36 d。10月26日至11月5日為第1階段，主要進行進、回風巷道的設備拆除回撤工作；11月6日至11月15日為第2階段，主要是進行工作面設備回撤、運輸線路的維護和支架回撤前期工作，11月16日至11月30日為第3階段，主要進行支架的回撤。具體回撤作業為10月26日～31日，膠帶運輸機、膠帶巷管路、線纜及單軌吊的回撤；10月28日～31日，設備列車的回撤和臨時供液系統的形成；11月1日～2日，自移機尾、轉載機、破碎機的回撤；11月3日～5日，進、回風超前支架的回撤；11月6日～9日，刮板運輸機的回撤；11月3日～12日，工作面管路、線纜及支架智能化設施的回撤；11月6日～8日，照明系統、通訊系統的安設；11月13日～15日，膠帶巷、工作面起底；11月15日～30日，液壓支架的回撤，計劃每班回撤4臺支架。

2.2 回撤前期準備工作

2.2.1 回撤通道

主要完成回撤通道的施工，包括閉采、擴幫、頂板支護、煤壁支護等。回撤通道施工采用煤機割煤的方式進行，施工寬度3.6 m，高度3.8 m。頂板采用“錨索+錨索梁+高強度聚酯纖維柔性網”聯合支護，采用“一梁兩索”和單錨索進行相間支護，錨索規格為φ21.8 mm×10 300 mm，錨索梁采用16#槽鋼加工而成，梁長2 000 mm，孔距1 400 mm，排距1 750 mm，單錨索托梁采用16#槽鋼加工而成，梁長400 mm，間排距800 mm×1 750 mm。煤壁采用“錨桿+塑鋼網”聯合支護。

2.2.2 運輸路線

綜采面安裝回撤是二號煤礦重點工程，針對使用大型多功能車運輸設備，制定了專門的運輸路線供回撤專用。一方面根據設備運輸尺寸排除掉大巷的管線、牌板等影響因素，另一方面在回撤支架前期對回撤通道進行起底維修保證能夠正常回撤。

3 設備回撤方法

3.1 運輸工具及路線

回撤所需多功能車有FBL-10、15、40和55各2臺，WC40Y和50Y各4臺，具體運輸安排見表3。綜采設備回撤的運輸距離為9.1 km，回撤路線為工作面→418膠帶巷→418膠帶斜巷→北二二號輔運大巷→中央二號輔運大巷→副一斜井→地面。

表3 設備、部件、材料運輸所需車輛一覽Table 3 List of vehicles needed for transportation of equipment，components and materials

3.2 勞動組織

回撤時采用三班制作業形式，每班有效工時為8 h，見表4。

表4 勞動組織表Table 4 Labor organization table 單位：人

3.3 設備回撤順序及方法

3.3.1 設備回撤順序

綜采設備回撤:按照帶式輸送機→設備列車→線纜、管路→單軌吊→自移機尾→轉載機→破碎機→超前支架→刮板運輸機→采煤機→支架→皮帶機頭部件的順序回撤。

帶式輸送機：按照先拆除皮帶架子、托輥等小件，再按順序拆除皮帶機頭大架子和驅動部。

設備列車：按照從膠帶斜巷口向工作面方向依次回撤。

轉載機、破碎機、自移機尾回撤：自移機尾→轉載機刮板鏈→轉載機機頭→橋身槽→鉸接槽→破碎機→轉載機機尾。

進風超前支架回撤：按照由巷口向工作面方向進行。進風超前支架拆除并回收后，根據頂板完好情況對膠帶巷超前支架支護區域使用單體進行支護，確保頂板安全。

回風超前支架回撤：由巷口向工作面方向進行。按照從外向里順序將支架移至回風巷能夠裝車的區域，當支架向外每移動3 m時，在巷道中間施工一個木垛，對頂板進行支護。待回風超前支架全部回撤后，在原回風巷超前支架支護區域施工木垛支護頂板，保障回撤支架期間依然能夠形成自然通風。

刮板運輸機回撤：按照由機頭向機尾方向進行，依次為運輸機機頭→機頭過渡槽→機頭偏轉槽→中部槽→機尾偏轉槽→運輸機機尾。

采煤機回撤：按照先拆除前后滾筒，再拆除前后搖臂，最后拆除前后行走部。

液壓支架的回撤：按照從機尾向機頭方向采用逐架抽出后退式的方法依次回撤，如圖1所示。

圖1 液壓支架回撤示意Fig.1 Schematic diagram of hydraulic support withdrawal

3.3.2 設備回撤方法

將一臺30 t的回柱絞車支設在距離機尾15 m處的位置，用4根壓柱和2根戧柱將絞車支設穩固，絞車上纏繞φ28 mm鋼絲繩50 m，并用4個繩卡卡好繩頭。用絞車配合將工作面175#支架調向并撤出，及時在撤出區域施工2個木垛支護頂板，再使用多功能車將175#支架裝車回收。然后利用同樣的方法依次將174#、173#及172#支架撤出后裝車回收，并在支架撤出區域分別施工木垛支護頂板。171#支架抽出后，將支架調向與工作面煤壁平行支設，作為1#掩護支架，然后將提前準備好的2臺垛式支架按照1#掩護架的方式支設，2#掩護架距離1#掩護架1 m，3#掩護架距離2#掩護架0.5 m。在后續的出架過程中，每抽出一臺支架，掩護架向前移動一次。從170#支架開始采取逐架抽出法回撤支架。支架抽出后，及時施工2個木垛支護出架區域頂板，然后按照從3#掩護支架至1#掩護支架的拉架順序將掩護支架前移，掩護支架底座不能超過待撤支架靠回風側的邊線[5-7]，使用同樣的方法回撤其他支架。

3.4 遙控遠程回撤支架技術方案

418工作面回撤時對大采高智能化工作面自動跟機拉架技術進行創新改進，可以通過遙控操作拉移支架。在液壓支架回撤工作中引入SAC電液控制系統，為3臺掩護支架分別安裝一套與工作面液壓支架型號一致的電磁閥組和SAC電液控制器(后都簡稱控制器)，3臺掩護支架控制器以及待撤液壓支架控制器之間通過conmN/4c型護套連接器連接，可以實現控制器之間的信號傳輸，同時配備一臺和液壓支架控制器配套的無線遙控器。在2#掩護支架控制器上安裝無線接收器，保證能夠接收無線遙控器發送的信號[8-11]。如圖2所示，當2#掩護支架需要動作時，可以通過無線遙控器直接控制2#掩護支架控制器，再由控制器控制電磁閥組，從而實現2#掩護支架的動作；當1#掩護支架、3#掩護支架或者待撤液壓支架需要動作時，可以使用無線遙控器控制2#掩護支架控制器，再通過控制器的鄰架控制功能間接實現1#掩護支架、3#掩護支架或者待撤液壓支架的動作。

圖2 液壓支架遠程遙控示意Fig.2 Schematic diagram of hydraulic support remote control

3.5 工作面快速回撤影響因素

3.5.1 工作面回撤地質條件的影響

受工作面閉采質量及礦壓顯現影響，工作面會出現頂板下沉、支架被壓死、局部頂板受壓離層或破碎等問題，影響正常回撤支架[12-14]。在418工作面回撤至82#支架時，頂板壓力顯現明顯，直接頂冒落撕開柔性網，造成支架掩埋，回撤困難。通過現場出矸、架棚、聯網等措施有效地處理了該問題。這就要求在工作面閉采時一定要合理控制采高，頂板要用錨網索及時支護，并且要保證絕對的支護質量。

3.5.2 閉采和回撤期間的支護工藝改進

418智能化工作面在閉采過程中采用一整張長300 m、寬20 m的高強度聚酯纖維柔性網支護頂板，該網片為整體結構，抗拉性強，在回撤支架時能夠有效地支護頂板，避免了以前的鐵絲經緯網斷裂容易發生漏矸的問題。另外，工作面回撤過程中設置了2臺ZZ10000/20/40型液壓垛式支架和1臺ZY10000-26/55D型支撐掩護式液壓支架作為掩護支架，邁步式前進支護頂板，替代以前煤墻側支護的2個木垛，既安全高效、降低職工勞動強度，又節約成本。但目前回撤一臺支架后，空頂區域還必須施工1～2個木垛支護頂板才能保證下一臺支架不被壓死，順利回撤，既浪費人力，又浪費成本，該問題還有待進一步改善。

3.5.3 多功能車維修保養

多功能車運輸是制約工作面回撤的關鍵，工作面所有的大型設備如支架、煤機、運輸機、轉載機、破碎機、設備列車以及皮帶機機頭等都需要多功能車從井下回收至地面。一方面，需要提前備足多功能車的配件，如空濾、油管、絞車繩等易耗品，另一方面要建設一支技術過硬的多功能車維修隊伍，及時對每臺車進行維修保養，同時做好每臺多功能車的全生命周期管理工作，對重點車輛要跟蹤管理，及時掌握每臺車的性能和車況。

3.5.4 拆除回收質量要提高

智能化設備及系統在安裝工藝上要求比較高，因此在拆除時一定要精準拆除、保證設備的完好和系統的可靠。例如:對于工作面傳感器、照明、云臺攝像儀及控制器、控制線等要做到細心拆除，包裹好，分類碼放裝箱回收，切記磕碰顛簸，造成損壞。

4 結語

工作面快速回撤時，一方面要從技術上不斷突破，積極引進新技術、新工藝、新裝備；另一方面不斷創造良好的回撤條件，如提高工作面閉采質量、保證車輛與運輸條件等。此外，需加強現場組織管理、規范作業流程，例如，采取在井下現場使用口哨和熒光棒配合指揮，實現程序化作業等。通過一系列的技術工藝改進、新裝備的引進使用和科學規范化的現場管理，不斷提高回撤效率和管理水平。在實踐中，SAC電液控制系統的引入，實現了撤架期間操作人員站在安全區域進行遠程控制，有效解決了手動本架操作支架過程中回撤三角區域頂板出現漏頂等問題時對操作人員人身安全造成的威脅。同時，使操作人員的操作位置有了更多的選擇性，并可以全方位的觀察支架的出架位置，避免了本架操作存在的視覺盲區，保證了液壓支架的安全高效回撤。