大采高綜采工作面切眼擴幫成巷及支架安裝一體化技術研究與應用

王東

（冀中能源股份有限公司 東龐礦北井，河北 邢臺 054000）

1 概 述

東龐礦21221工作面綜采工作面采用擴老塘側、就位6.5 m高架的工藝，通過采用配備滑移式臨時支護裝置的擴安一體化設備，使工作面切眼擴幫與支架安裝就位工作實現了平行作業。切眼擴幫滑移式臨時支護裝置配合待就位支架進行就位，取消了擴幫區域頂板支護工序。切眼提前鋪設專用模塊軌道，使用液壓支架調移裝置（由電牽引車和安裝叉車組成）將整架運輸至擴幫區域進行調向、就位，避免了安裝工藝中的困難。同時21221綜采工作面擴塘側、就位6.5 m高架的工藝可以多回收煤炭資源，取得了良好的經濟效益，縮短了工作面搬家的時間，提高安裝效率，確保高架工作面安裝的安全性。

2 項目內容

2.1 項目內容

（1）21221綜采工作面提前掘進橫截面高×寬為5 m×4 m的初切眼，切眼機頭老塘側施工20 m長擴安一體化設備硐室，平行切眼機尾施工電牽引車硐室以及老塘側施工慢速絞車硐室，切眼安裝SGZ1250刮板機及皮帶巷運煤系統。

（2）擴安一體化設備硐室安裝滑移式臨時支護裝置、煤礦用挖掘式裝載機，切眼安裝液壓支架調移裝置1套載物裝置（以下稱安裝叉車）和移動裝置（以下稱電牽引車）以及鋪設液壓支架調移裝置專用模塊軌道組成。

（3）切眼首先安裝2臺ZYT10800/28/55D型端頭支架，11臺ZY10800/30/65D液壓支架。

（4）切眼老塘側擴橫截面高×寬為5 m×4 m，挖掘式裝載機配合側卸裝巖機出煤，支架安裝位置擴出后側卸裝巖機開至挖掘式裝載機前方。

（5）6.5 m高架從卡軌車回繩站利用慢速絞車運至切眼機尾處上安裝叉車，電牽引車運至支架就位處，實現邊擴邊安。

2.2 項目建設的必要性

東龐礦21215～21221綜采工作面6.5 m高架整體搬家工作預計將于7月初至8月中旬進行。6.5 m高架綜采設備數量多、噸位大、搬運設備特殊，縮短綜采工作面設備搬家時間是現代化礦井必須面對的問題之一。該礦傳統6.5 m綜采支架安裝工藝需先將工作面切眼擴幫4 m達到9.5 m寬，并對頂幫進行錨梁網配合槽鋼錨索支護和切眼內加打2道單體鉸接頂梁加強支護，安裝作業時將支架通過滑道采用絞車配合滑輪、大鏈拖拽的方式達到合適的擺放位置及角度進行就位，同時需將兩排單體隨著支架安裝逐步拆除。傳統的安裝工藝及裝備在生產過程中存在一定的局限性，工作面安裝過程中，切眼需擴幫后再進行支架就位，安裝施工工期長；切眼擴幫需要大量的支護材料，頂板跨度大、支護時間長，頂板管理存在隱患；切眼安裝、運輸需絞車配合滑輪、大鏈進行拖拽，安全系數小。

21221工作面綜采工作面采用擴老塘側、就位6.5 m高架的工藝通過采用配備滑移式臨時支護裝置的擴安一體化設備，使工作面切眼擴幫與支架安裝就位工作實現了平行作業。切眼擴幫滑移式臨時支護裝置配合待就位支架進行就位，取消了擴幫區域頂板支護工序。切眼提前鋪設專用模塊軌道，使用液壓支架調移裝置（由電牽引車和安裝叉車組成）將整架運輸至擴幫區域進行調向、就位，避免了安裝工藝中的死拉硬拽。同時21221綜采工作面擴塘側、就位6.5 m高架的工藝可以多回收煤炭資源，縮短了工作面搬家的時間，取得了良好的經濟效益。

3 實施方案

3.1 施工準備

（1）在下端頭處下幫側掘一個寬4.0 m、高5.0 m、長15 m的設備安裝硐室，并在上端頭處平行切眼方向開一個寬7 m、高4 m、深4 m的電牽引車硐室，同時在平行回順方向開一個寬4 m、高4 m、深4 m的絞車硐室，如圖1所示。

圖1 東龐礦擴幫安裝巷道準備示意Fig.1 Roadway preparation for expansion and installation in Dongpang Mine

（2）首先在下端頭處安設端頭支架。

（3）然后在該處繼續安裝轉載機、破碎機、皮帶機尾、使轉載機與皮帶機尾搭接好，形成運順出貨系統。

（4）在預先開出的導向切眼處安裝運輸機、將機頭搭接在轉載機尾上，同時將機尾安裝在回順三角點處并回縮在導向切眼內，且不安設電機減速器。這樣就形成工作面到運順的出貨系統。

3.2 安裝過程

（1）在回順三角點處安裝卸車機構、并在回順液壓支架組裝硐室處，安裝移動式液壓支架起重裝置并形成臨時泵站。

（2）用履帶吊車在回順三角點處，平行切眼方向先鋪設10 m左右的模塊化軌道，然后將電牽引車安裝叉車安裝在該段模塊化軌道上。并形成電源及液壓動力系統。

（3）繼續用履帶吊車將模塊化軌道放到安裝叉車上，然后開動電牽引車牽引著安裝叉車鋪設模塊化軌道直到運順三角點處。

（4）用履帶吊車將綜掘機、滑移底座、推移裝置、滑移式臨時支護裝置、先后放到安裝叉車并運順到前三角點設備安裝硐室處，按順序組裝就位，然后將可旋轉小溜子安裝到該處，小溜子機頭固定在工作面運輸機上，機尾安裝在硐室煤壁處（圖2）。

圖2 東龐礦擴幫安裝設備布置工藝示意Fig.2 Equipment layout for expansion and installation in Dongpang Mine

（5）將整體支架通過卸車機構轉運安裝叉車上，使用電牽引車將該組支架運輸到前三角點處，貼近端頭支架依次安裝就位，直到接近滑移式臨時支護后側。

（6）開動綜掘機切割煤壁掘進1 m左右，并使用掘進機炮頭將截割下來煤炭擺動到可橫搭溜子的機尾上，同時開動溜子將煤炭運輸到工作面的運輸機上，再運輸到運順轉載機、皮帶機上運走。

（7）先將滑移式臨時支架的伸縮梁及時伸出，在降下后架頂梁、抬起底腳向前移動，升起后架立柱使后架支撐起頂、底板，并保證后架伸縮梁伸出支護好后側頂板。

（8）將小溜子向煤壁方向竄動4.0 m，即溜子機頭竄到煤壁內不干涉模塊化軌道運輸支架。然后使用電牽引安裝叉車將組裝好的支架運輸到安裝位置（尾部朝前），如圖3所示，使用電牽引安裝叉車上的支架就位千斤頂并配合該支架的推移千斤頂，邊旋轉、邊調整使支架安裝就位，升起該支架同時收回滑移式支架的后伸縮梁，使該支架支撐頂板。即一組支架安裝完成。

圖3 支架就位示意Fig.3 Schematic diagram of support in place

（9）使用綜掘機滑移底座推移裝置將綜掘機向前推移一個步距，同時將滑移臨時支架向前推移一個步距。

（10）將電牽引安裝叉車回到回順三角點處，準備運輸下一組支架，然后將小溜子向運輸機方向竄回4.0 m，即將小溜子機頭搭接在工作面大運輸機上，并且沿著運輸機向機尾方向移動一個步距。

（11）繼續開動綜掘機截割煤壁，開始下一個循環的工作，如此循環將支架安裝完畢（圖4）。

圖4 擴安一體化設備布置Fig.4 Equipment layout of lengthening and installation integration

（12）拆除擴幫設備裝車運走。最后在機尾處安裝采煤機并將運輸機尾延伸到回順三角點，再將機尾電機減速器安裝好。接線試運轉，安裝工作完成。

4 效益分析

4.1 節省搬家時間計算

21221綜采工作面安裝、擴幫就位支架161 m，每班擴3排，每天按9.6 m計算，可節省擴幫17 d；切眼鋪設專用模塊軌道需1 d時間，可節省切眼鋪道2 d，共節省19 d。

4.2 節省支護材料計算

21221綜采工作面切眼總長度161 m，切眼初掘5.5 m寬，擴深4 m，擴完后切眼寬度達到9.5 m。頂板支護要求，頂錨桿采用φ22 mm×2 400 mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×800 mm，頂錨索采用φ17.8 mm×8 500 mm鋼絞線，間排距2.0 m×2.4 m。平均每米節約頂錨桿8.75套、頂錨索0.83套。按礦井現行人工定額及材料費，每米節約費用1 000元，可節約支護成本，1 000元×161 m=16.1萬元。

4.3 多回收資源計算

21221綜采工作面擴老塘側4 m，安裝103臺支架，可多回收資源0.7萬t，原煤按700元/t，可新增收入700元×0.7萬t=490萬元。

4.4 節省單體購置計算

21221綜采工作面若采用傳統擴按工藝，安裝時所需切眼跨度大，擴幫完成后需在切眼內加打兩道單體鉸接頂梁加強支護，需打單體161 m×2根/m=322根，單體按1 600元/根計，可節約單體購置費用為322根×1 600元=51.52萬元。

4.5 節省人工計算

21221切眼安裝、擴幫實現平行作業，擴幫每班按10人、切眼鋪道每班按5人計算，可節約人工10人/班×4班/d×17 d+5人/班×4班/d×2 d=720人。打單體支護頂板每班需5人、支護20根單體，支護322根單體需人工128人，人工定額150元/工計，可節省人工成本為（720+128）人×150人=12.72萬元。

總計：1 140+16.1+490+51.52+12.72=570.34萬元。

5 結 論

（1）東龐礦21221綜采工作面安裝采用邊擴邊安工藝，實現了工作面安裝過程中擴幫與支架就位平行作業，減少了擴幫區域頂板支護工序，縮短了工作面安裝時間，縮短綜采工作面設備搬家時間，提高采區接續率和經濟效益，確保了東龐礦安全高產高效生產。

（2）切眼采用擴老空幫、頂幫不進行錨網支護的方式，減小初采過程中懸臂梁的長度，加速了采空區頂板的垮落，有效避免頂板初次垮落時老空區積存瓦斯大量涌出，造成瓦斯超限的情況。同時減少了頂板初次垮落前工作面壓力，保證支護安全。

（3）切眼提前鋪設專用模塊軌道，使用由電牽引車和安裝叉車組成的液壓支架調移裝置，將整架運輸至擴幫區域，進行調向、就位，避免了安裝工藝中的死拉硬拽，保證了安裝安全。