煤礦液壓支架安裝與回撤工藝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

郭曉麗

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)綜采裝備安裝分公司，山西 大同 037000）

引言

液壓支架不僅是煤炭井下開(kāi)采工作得以順利開(kāi)采的重要保障，也是煤炭礦井作業(yè)耗時(shí)耗資較大的環(huán)節(jié)，如何提高液壓支架的工作準(zhǔn)備效率及其有效利用率逐步引起了煤炭行業(yè)的廣泛關(guān)注[1-4]。煤炭開(kāi)采過(guò)程中，工作面液壓支架的安裝與回撤工作耗時(shí)耗力最大，也是制約煤炭行業(yè)充分發(fā)揮支護(hù)效率的關(guān)鍵，尤其在液壓支架長(zhǎng)時(shí)間服役、巷道變形較大情況下進(jìn)行液壓支架的安裝與回撤工作更是難上加難[5-6]。因此針對(duì)某煤炭企業(yè)液壓支架安裝和回撤工作效率較低的問(wèn)題，開(kāi)展安裝與回撤工藝設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究工作具有重要的意義。

1 工作面概況

某煤炭企業(yè)綜采工作面位于礦井中下部，走向長(zhǎng)度約為1 880 m，傾向長(zhǎng)度約為180 m，煤層深度范圍為430～550m，厚度范圍1～5m，平均厚度為3.5m，平均傾斜角為4.5°。采用的走向長(zhǎng)壁一次采全高的綜合機(jī)械化采煤方法，涉及采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)等重要設(shè)備，現(xiàn)已生產(chǎn)作業(yè)多年，其中液壓支架安裝和撤回工作勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低等問(wèn)題依然很突出，滿足不了安全高效生產(chǎn)的要求。為了更好地滿足日益增長(zhǎng)的煤炭需求，提高煤炭企業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)量，企業(yè)決定開(kāi)展液壓支架安裝與回撤工藝改進(jìn)工作，以便縮短液壓支架的安裝和回撤周期，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步提高煤炭企業(yè)的產(chǎn)煤量和經(jīng)濟(jì)效益。

2 液壓支架安裝工藝

2.1 工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)煤礦實(shí)際作業(yè)情況確定采用開(kāi)切眼及組裝洞室工程支護(hù)形式，開(kāi)展大斷面巷道掘進(jìn)工作。基于以往液壓支架支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，規(guī)劃設(shè)計(jì)了煤礦開(kāi)切眼及組裝硝室工藝。

2.2 支護(hù)形式

煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)程中的支護(hù)形式較多，選擇時(shí)需要堅(jiān)持從煤炭巷道的掘進(jìn)現(xiàn)狀及周圍地質(zhì)條件為出發(fā)點(diǎn)的原則，基于此，將開(kāi)切眼確定為U36型鋼橢圓拱形棚，將組裝硝室確定為U36型鋼半圓拱形棚，同時(shí)與錨桿、掛網(wǎng)、噴混凝土等共同完成煤炭巷道的支護(hù)。

2.3 支護(hù)工藝

煤炭巷道支護(hù)工藝中，巷道頂板位置打錨桿加固圍巖，錨桿之間的距離為800 mm，每排之間相隔600 mm，選擇螺紋M24 mm×2 400 mm的等強(qiáng)度錨桿，錨入時(shí)要求錨入尺寸為2 300 mm，露出圍巖尺寸為100 mm。錨固時(shí)采用型號(hào)為CK2335的錨固劑，每個(gè)錨固孔裝3 支藥。托盤選擇鐵質(zhì)托盤，尺寸大小為350 mm×120 mm。金屬網(wǎng)選擇菱形網(wǎng)格，整體尺寸為1300mm×6500mm，網(wǎng)孔尺寸為121mm×127mm，施工時(shí)在網(wǎng)后背2～3 道木拌。架U36型鋼可縮棚時(shí)，梁與梁之間的搭接長(zhǎng)度為500 mm，搭接處使用4 組U型螺桿式卡纜。在梁中部位置設(shè)置1 套強(qiáng)力拉桿，將棚與棚之間的距離設(shè)置為600 mm。采用混凝土填充木拌的間隙，凝固之后形成支護(hù)層，隔絕空氣和濕氣，避免煤炭對(duì)木拌的氧化。在混凝土支護(hù)層外面按照間、排距800 mm×600 mm 進(jìn)行補(bǔ)打M24 mm×

2 400 mm 螺紋鋼錨桿。與此同時(shí)，為確保開(kāi)切眼及組裝硝室的寬度，避免棚腿受側(cè)壓力作用而變形，兩側(cè)棚腿打錨桿鎖緊，錨固力要求不小于100 kN。

3 液壓支架回撤工藝

3.1 回撤工藝

優(yōu)越的地質(zhì)條件不僅是煤礦高產(chǎn)高效掘進(jìn)的前提條件，還與煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)。但是無(wú)論地質(zhì)條件如何，巷道支護(hù)必不可少，都需要響應(yīng)更快的液壓支架撤回技術(shù)，通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，結(jié)合煤礦實(shí)際液壓支護(hù)情況，確定選擇單通道單翼回撤工藝，以滿足煤炭巷道高產(chǎn)高效生產(chǎn)的要求。

單通道單翼回撤工藝實(shí)施較為簡(jiǎn)單，僅需要由綜采工作面停采線位置挖掘一道與綜采工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷垂直的通道即可，如圖1 所示，開(kāi)辟一條單通道回撤系統(tǒng)。煤炭巷道掘進(jìn)時(shí)，需要較多的錨桿支護(hù)掘進(jìn)巷道頂板，同時(shí)，回撤巷道掘進(jìn)完成也需要液壓支架、單體支柱、工字鋼等對(duì)其頂板進(jìn)行支護(hù)，避免出現(xiàn)頂板下沉情況，威脅工作面作業(yè)人員的安全。回撤巷道一旦掘進(jìn)完成，就可以把支撐頂板的單體支柱撤掉，給液壓支架的回撤提供足夠的空間，如圖2 所示。

圖1 單通道回撤系統(tǒng)平面圖

圖2 液壓支架回撤空間

液壓支架回撤之前需要對(duì)端頭位置的兩架液壓支架進(jìn)行掉頭處理，以便隔離回撤區(qū)域和冒落區(qū)域，確保液壓支架回撤區(qū)域的安全，如圖3 所示。液壓支架回撤過(guò)程中，要求起始于工作面的一端，回撤初始需要撤回液壓支架頂梁位置的工字鋼，局部設(shè)置單體支柱作為補(bǔ)充支撐，待液壓支架撤回之后用木垛替換下單體支柱撤回。液壓支架撤回過(guò)程中需要設(shè)置木垛支撐頂板，當(dāng)頂板易碎時(shí)，需要多設(shè)置幾個(gè)木垛，避免頂板垮落影響后續(xù)液壓支架的回撤工作。

圖3 巷道布置

3.2 回撤工藝設(shè)備

回撤工藝設(shè)備包括支護(hù)設(shè)備和搬運(yùn)設(shè)備兩部分，其中回撤支護(hù)設(shè)備選擇三角區(qū)掩護(hù)支架，具體型號(hào)為ZZG9000/23/48，回撤工藝實(shí)施過(guò)程中其具有以下功能：第一是應(yīng)用于支架掩護(hù)梁和頂梁中間，運(yùn)用十字鉸接模式連接，使得頂梁能夠根據(jù)頂板的起伏進(jìn)行多方向擺動(dòng)；第二是實(shí)現(xiàn)了支架頂梁邊緣位置的圓滑過(guò)渡，保護(hù)金屬頂網(wǎng)及其完整性；第三是在支架底座位置起到防止巖石滑入支架，限制其正常動(dòng)作等情況的發(fā)生；第四是三角區(qū)掩護(hù)支架動(dòng)作控制方式為無(wú)線遙控，不需要現(xiàn)場(chǎng)操作人員，保證了作業(yè)人員的安全。

液壓支架回撤時(shí)的搬運(yùn)車輛涉及框架式支架搬運(yùn)車和鏟板式支架搬運(yùn)車，前者型號(hào)為WC40Y，載重質(zhì)量為40 t，具有駕駛簡(jiǎn)單，便于裝卸的優(yōu)勢(shì)，司機(jī)借助框架上的起吊鉤將支架吊起離開(kāi)地面，啟動(dòng)夾緊油缸頂住支架側(cè)幫，即可實(shí)現(xiàn)液壓支架的運(yùn)輸工作；后者型號(hào)為WC25EJ 和WC40EJ，載重質(zhì)量分別為25 t 和40 t，相較于框架式支架搬運(yùn)車，鏟板式支架搬運(yùn)車靈活些，適應(yīng)于短途支架運(yùn)輸作業(yè)。

4 應(yīng)用效果

4.1 安裝支護(hù)效果

為了驗(yàn)證液壓支架安裝工藝的可行性，將其應(yīng)用于掘進(jìn)巷道支護(hù)工作中進(jìn)行試運(yùn)行，結(jié)果表明，開(kāi)切眼及組裝酮室工藝的實(shí)施，有效控制了底鼓情況。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該安裝工藝實(shí)施開(kāi)始至架棚期間，頂板的下沉速度為133 mm/h，底鼓速度為21.25 mm/h，巷道使用10 d 左右收斂速度基本穩(wěn)定，高度收斂速度為30 mm/d，寬度收斂速度為4 mm/d。相較于安裝工藝改進(jìn)之前，圍巖變形量減少了一半以上通過(guò)一次性臥底，即可為綜放工作面設(shè)備安裝提供所需空間。

4.2 回撤工藝效果

為了驗(yàn)證回撤工藝的可行性，將其應(yīng)用于巷道液壓支架回撤工作中進(jìn)行試運(yùn)行，相較于傳統(tǒng)的回撤技術(shù)，單通道單翼回撤工藝改變了三角區(qū)掩護(hù)支架的布置方式，增加了液壓支架回撤空間，提高了回撤工作的安全性和作業(yè)效率。液壓支架回撤時(shí)使用了支柱回柱方法，單體支柱和工字鋼均能安全撤回再用。同時(shí)，回撤巷道僅需一條，降低了施工工程量和回撤成本。該工藝的應(yīng)用，相同數(shù)量液壓支架回撤工作的人員減少了約20 人，總工時(shí)降低了約55%，滿足綜采工作面高產(chǎn)高效運(yùn)行的要求。

5 結(jié)論

應(yīng)用結(jié)果表明，采用開(kāi)切眼及組裝硝室的安裝工藝和單通道單翼的回撤工藝，改善了頂板下沉和底鼓的速度，收斂速度降至了10 d 左右，圍巖變形量減少了近50%。單通道單翼回撤工藝的使用，提高了回撤工作的安全性和作業(yè)效率，降低了施工工程量和回撤成本。相同數(shù)量液壓支架回撤工作的人員減少了約20 人，總工時(shí)降低了約55%，滿足了綜采工作面高產(chǎn)高效運(yùn)行的要求。