綜采工作面快速搬家工藝探討分析及應用

潘軍輪

（山西沁和能源集團 南凹寺煤業有限公司，山西 晉城 048200）

0 引 言

綜采工作面設備的安裝及回撤是煤礦井下開采過程中的一個重要環節，目前，隨著煤礦機械化程度的提高，綜采工作面使用的設備也在優化和改進，產能不斷提高，但傳統工作面搬家倒面工藝存在工序多、時間長、人員投入多等問題，采用傳統方式進行搬家通常所需工期在50～60 d，對礦井的正常生產接續及經濟效益影響較大[1-2]。在施工過程中常常還會存在較大的技術難題和安全風險[3-4]，如：①作業環境差、施工工序復雜、安全管理難度大；②受井下工程條件限制，工作面無法使用先進的設備進行安裝回撤；③投入設備和人員較多，人員工效低、勞動強度大；④采用傳統的絞車挪架、調架存在鋼絲繩斷裂、崩彈，支架倒架等安全風險。為此，本文以沁和能源集團有限公司永紅煤礦3509 綜采工作面為工程背景，結合工作面實際情況，對工作面搬家倒面工藝進行優化提升，實現了綜采工作面設備的安全高效安裝及回撤。

1 概 況

永紅煤礦3509 綜采工作面位于該礦5 采區西翼最上部，東鄰5 采區回風上山保護煤柱，南鄰3507 采空區，西鄰5 采區邊界，北為實體煤。工作面可采長度1 120 m，傾斜長180 m，工作面平均煤厚3.8 m，平均坡度8°。工作面共計安裝ZY6800/21/45 型掩護式液壓支架120 架，每架支架重量為26.5 t，MG400/930-WD 型采煤機1 臺，SGZ800/1400 型刮板輸送機1 部。

2 工作面停采及支護工藝優化

2.1 停采工藝流程

當工作面回采至距停采線剩余20 m 位置時，開始進行工作面停采前的工藝調整，具體流程為：檢查設備—工作面距停采線剩余12 m 時，施工錨桿用于固定網—工作面鋪網、聯網、上繩—停止工作面推進—擴超前巷—支護（錨網索配W 鋼帶聯合支護）—施工絞車硐室—劈角。

2.2 停采支護工藝優化

2.2.1 工字鋼梁支護工藝

工作面回采過程中當液壓支架頂梁前端距停采線剩余6.7 m 時，在工作面支架頂梁上方開始鋪設第一排工字鋼梁，梁與梁之間相互搭接，工字鋼梁采用12 號礦工字鋼加工，每根長3 m。當工作面繼續向前推進1.3 m 時，再在支架頂梁上方鋪設第二排工字鋼梁。每架支架上共上2 根工字鋼梁，施工時從工作面最后一架支架開始，先將支架降下來，將工字鋼梁沿工作面傾向方向鋪設在工作面支架距頂梁前端500 mm 位置，兩端各露出750 mm，然后將該支架升起接頂。按此方法，從上向下逐架順序施工，工字鋼梁全部鋪設完成后再將工作面支架全部升緊一遍，確保支架支撐力符合要求。工字鋼梁支護如圖1 所示。

圖1 工作面停采前工字鋼梁支護平、剖面示意Fig.1 Support plane and profile of I-beam before stopping mining of working face

2.2.2 工字鋼梁支護工藝缺點

在工作面回采即將結束前，采用礦12 號工字鋼梁搭接對工作面頂板進行支護，在現場實際施工過程中存在許多缺點：礦12 號工字鋼梁長3 m，自身重量較大，在抬運及上梁作業過程中需2～3人協同操作，勞動強度大，投入人員多，用時長，工效較低，且上梁過程中存在工字鋼梁滑落傷人風險，存在較大安全隱患。

2.2.3 鋼絲繩柔性支護工藝

根據3509 工作面頂板情況并結合現場實際開采條件，將原工字鋼梁支護頂板方式更換成鋼絲繩柔性支護方式。即在工作面支架頂梁前方第一道金屬網上完聯好以后，在金屬網下方上第一道鋼絲繩，每間隔200 mm 使用14 號雙股鐵絲扭結將鋼絲繩固定在金屬網上，鋼絲繩兩端使用專用繩卡固定在上下順槽頂板上，鋼絲繩處于工作面支架頂梁上方保證成平直狀態。工作面每向前推進0.8 m 按照上第一道鋼絲繩的操作方式上第二道鋼絲繩，共計上4 道鋼絲繩，然后按照每推進0.6 m 的間距再上8 道鋼絲繩，工作面回采至停采線位置共計上12 道鋼絲繩。鋼絲繩支護工藝如圖2 所示。

圖2 工作面停采前鋼絲繩支護平、剖面示意Fig.2 Support plane and profile of wire rope before stopping mining of working face

2.2.4 支護工藝對比分析

通過對工字鋼梁支護工藝和鋼絲繩柔性支護工藝進行對比分析，具體情況見表1。

表1 2 種支護工藝對比分析Table 1 Comparative analysis of two kinds of support technology

3 液壓支架回撤及安裝工藝優化

3.1 絞車回撤安裝液壓支架工藝

傳統液壓支架回撤及裝車采用的是絞車配合導向滑輪來完成。支架回撤方式如圖3 所示。在工作面布置2 臺雙速回柱絞車，其中1 號絞車鋼絲繩通過安裝在掩護架上的導向滑輪來改變鋼絲繩的牽引方向，將絞車鋼絲繩固定在待回撤支架上，通過絞車緩慢牽引將支架調向回撤出來，然后利用2 號絞車將支架拉移至停放在工作面軌道上的平板車上裝車并運出工作面。工作面安裝液壓支架方式如圖4所示，安裝支架時使用2 號絞車將支架通過鋪設在工作面的軌道運輸到待安裝位置卸車后，再利用1號和2 號絞車并配合單體液壓支柱進行對拉調向將支架安裝到指定位置。

圖3 工作面支架回撤方式示意Fig.3 Withdrawal mode of support in working face

圖4 工作面支架安裝方式示意Fig.4 Installation method of support in working face

根據上述可知，采用傳統絞車回撤及安裝液壓支架時存在較大弊端，僅靠絞車來生拉硬拽液壓支架，容易發生鋼絲繩斷裂、繃繩傷人及絞車損壞等事故，安全隱患多，且該方法工序多、投入人員多、勞動強度大、工效低。

3.2 “機械手”回撤及安裝支架工藝

根據井下現場實際情況，3509 綜采工作面在安裝和回撤液壓支架時引進了TYH 型和TYA 型液壓支架調移裝置，俗稱“機械手”。該調移裝置利用工作面乳化液泵站液壓系統提供液壓動力，不受拆裝地點供水、供電等因素制約。在使用調移裝置起吊和調向時操作人員站在掩護架下和調移裝置機身后方操作操縱閥手柄進行控制操作，操作不僅安全而且簡單靈活，提高了作業安全系數。

TYH300 型液壓支架調移裝置主要技術參數如下：

TYA300 型液壓支架調移裝置技術參數如下：

3.2.1 液壓調移裝置回撤支架

在工作面回撤液壓支架過程中，液壓調移裝置采用銷軸與工作面掩護支架推移油缸進行固定連接，通過掩護支架推移油缸作用實現在工作面的前移，回撤支架時，調移裝置通過其自身的掛鉤固定在待拆支架頂梁兩側，通過操作操縱閥手柄來控制拉移油缸進行向煤墻側拉移，同時操作調向油缸帶動支架擺動調向，一次拉移調向不到位時可調整固定油缸鏈條長度及位置，按上述步驟重復多次操作，直至將支架從工作面磨出，利用絞車拉移至裝車地點或就近裝車，完成支架回撤。

3.2.2 液壓調移裝置安裝支架

工作面利用液壓調移裝置安裝支架時，將待安支架拉運至調移裝置附近后，利用調移裝置上的2根拉移油缸將支架拉移到調移裝置安裝平臺上，利用牽引油缸將支架在安裝平臺上進行調向90°，最后利用中間的推移油缸將支架推移到工作面待安裝支架位置，同時在支架的反作用力作用下，調移裝置向后進行自移。

3.3 支架回撤和安裝工藝對比分析

將傳統支架安裝回撤工藝與液壓調移裝置安裝回撤支架工藝進行對比分析，具體情況見表2。

表2 支架安裝回撤工藝對比分析Table 2 Comparative analysis of support installation and withdrawal process

4 結 語

綜采工作面的安裝回撤是煤礦井下生產接續的一個重要組成部分，通過對綜采工作面停采前的支護方式及支架回撤和安裝工藝環節進行分析，提出從工藝環節改進和新設備投入2 個方面著手，對支護工藝方式和支架安裝回撤工藝及流程進行了優化改進，實現綜采工作面設備安全快速安裝及回撤。在3509 工作面進行應用，結果表明，在3509 工作面安裝及回撤過程中，人員作業安全得到了保障，職工勞動強度大幅降低，支架安裝回撤時間比原來減少了50%左右，工作效率得到顯著提升，取得的安全效益和經濟效益顯著，為類似條件下綜采工作面搬家倒面提供了寶貴經驗，具有極大的推廣應用價值。