鐘祥熙，曹 鵬

(陜西黃陵二號(hào)煤礦有限公司，陜西 延安 727306)

0 引言

近年來，隨著煤礦綜合機(jī)械化水平的不斷提高，煤礦智能化水平不斷推進(jìn)，陜西黃陵二號(hào)煤礦有限公司(簡(jiǎn)稱二號(hào)煤礦)在復(fù)雜地質(zhì)條件下大采高智能化綜采技術(shù)走在了行業(yè)前沿[1-4]。該技術(shù)涉及的設(shè)備類型多、功率大、體型大、系統(tǒng)更為復(fù)雜，如何快速高效安裝回撤工作面成為了影響礦井接續(xù)的關(guān)鍵因素。為此，以二號(hào)煤礦418大采高智能化工作面的回撤為實(shí)踐基礎(chǔ)，系統(tǒng)闡述了復(fù)雜地質(zhì)條件下大采高智能化綜采工作面回撤工藝，創(chuàng)新和改進(jìn)了自動(dòng)跟機(jī)拉架技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)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(yè)安全。

1 工作面及回撤設(shè)備介紹

1.1 工作面概況

二號(hào)煤礦418大采高智能化工作面位于礦區(qū)四盤區(qū)右翼(東南部)，西北為未采區(qū)，東南緊鄰416采空區(qū)，西南至北二二號(hào)輔運(yùn)大巷，東北至201采空區(qū)。工作面走向方位為69°，走向長(zhǎng)度2 632 m，傾向長(zhǎng)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(jì)延安組2號(hào)煤層，煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆rTable 1 Roof and floor condition of coal seam

1.2 智能化綜采設(shè)備介紹

418綜采工作面設(shè)備有中部液壓支架163臺(tái)、過渡液壓支架4臺(tái)、端頭液壓支架8臺(tái)、膠帶巷超前支護(hù)液壓支架2組、回風(fēng)巷超前支護(hù)液壓支架3組、中雙鏈刮板運(yùn)輸機(jī)1部、中雙鏈刮板轉(zhuǎn)載機(jī)1部、破碎機(jī)1部、采煤機(jī)1部、自移機(jī)尾1部、設(shè)備列車35臺(tái)以及工作面所有線纜、管路、移變、水泵及開關(guān)等，見表2。

表2 418工作面設(shè)備技術(shù)參數(shù)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(jìn)行回撤工作。回撤施工主要分為3個(gè)階段，回撤計(jì)劃工期共計(jì)36 d。10月26日至11月5日為第1階段，主要進(jìn)行進(jìn)、回風(fēng)巷道的設(shè)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(jìn)行工作面設(shè)備回撤、運(yùn)輸線路的維護(hù)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(jìn)行支架的回撤。具體回撤作業(yè)為10月26日～31日，膠帶運(yùn)輸機(jī)、膠帶巷管路、線纜及單軌吊的回撤；10月28日～31日，設(shè)備列車的回撤和臨時(shí)供液系統(tǒng)的形成；11月1日～2日，自移機(jī)尾、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的回撤；11月3日～5日，進(jìn)、回風(fēng)超前支架的回撤；11月6日～9日，刮板運(yùn)輸機(jī)的回撤；11月3日～12日，工作面管路、線纜及支架智能化設(shè)施的回撤；11月6日～8日，照明系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)的安設(shè)；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(jì)劃每班回撤4臺(tái)支架。

2.2 回撤前期準(zhǔn)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(kuò)幫、頂板支護(hù)、煤壁支護(hù)等。回撤通道施工采用煤機(jī)割煤的方式進(jìn)行，施工寬度3.6 m，高度3.8 m。頂板采用“錨索+錨索梁+高強(qiáng)度聚酯纖維柔性網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)，采用“一梁兩索”和單錨索進(jìn)行相間支護(hù)，錨索規(guī)格為φ21.8 mm×10 300 mm，錨索梁采用16#槽鋼加工而成，梁長(zhǎng)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(zhǎng)400 mm，間排距800 mm×1 750 mm。煤壁采用“錨桿+塑鋼網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)。

2.2.2 運(yùn)輸路線

綜采面安裝回撤是二號(hào)煤礦重點(diǎn)工程，針對(duì)使用大型多功能車運(yùn)輸設(shè)備，制定了專門的運(yùn)輸路線供回撤專用。一方面根據(jù)設(shè)備運(yùn)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(duì)回撤通道進(jìn)行起底維修保證能夠正?；爻?。

3 設(shè)備回撤方法

3.1 運(yùn)輸工具及路線

回撤所需多功能車有FBL-10、15、40和55各2臺(tái)，WC40Y和50Y各4臺(tái)，具體運(yùn)輸安排見表3。綜采設(shè)備回撤的運(yùn)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(hào)輔運(yùn)大巷→中央二號(hào)輔運(yùn)大巷→副一斜井→地面。

表3 設(shè)備、部件、材料運(yùn)輸所需車輛一覽Table 3 List of vehicles needed for transportation of equipment，components and materials

3.2 勞動(dòng)組織

回撤時(shí)采用三班制作業(yè)形式，每班有效工時(shí)為8 h，見表4。

表4 勞動(dòng)組織表Table 4 Labor organization table 單位：人

3.3 設(shè)備回撤順序及方法

3.3.1 設(shè)備回撤順序

綜采設(shè)備回撤:按照帶式輸送機(jī)→設(shè)備列車→線纜、管路→單軌吊→自移機(jī)尾→轉(zhuǎn)載機(jī)→破碎機(jī)→超前支架→刮板運(yùn)輸機(jī)→采煤機(jī)→支架→皮帶機(jī)頭部件的順序回撤。

帶式輸送機(jī)：按照先拆除皮帶架子、托輥等小件，再按順序拆除皮帶機(jī)頭大架子和驅(qū)動(dòng)部。

設(shè)備列車：按照從膠帶斜巷口向工作面方向依次回撤。

轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、自移機(jī)尾回撤：自移機(jī)尾→轉(zhuǎn)載機(jī)刮板鏈→轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭→橋身槽→鉸接槽→破碎機(jī)→轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾。

進(jìn)風(fēng)超前支架回撤：按照由巷口向工作面方向進(jìn)行。進(jìn)風(fēng)超前支架拆除并回收后，根據(jù)頂板完好情況對(duì)膠帶巷超前支架支護(hù)區(qū)域使用單體進(jìn)行支護(hù)，確保頂板安全。

回風(fēng)超前支架回撤：由巷口向工作面方向進(jìn)行。按照從外向里順序?qū)⒅Ъ芤浦粱仫L(fēng)巷能夠裝車的區(qū)域，當(dāng)支架向外每移動(dòng)3 m時(shí)，在巷道中間施工一個(gè)木垛，對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。待回風(fēng)超前支架全部回撤后，在原回風(fēng)巷超前支架支護(hù)區(qū)域施工木垛支護(hù)頂板，保障回撤支架期間依然能夠形成自然通風(fēng)。

刮板運(yùn)輸機(jī)回撤：按照由機(jī)頭向機(jī)尾方向進(jìn)行，依次為運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭→機(jī)頭過渡槽→機(jī)頭偏轉(zhuǎn)槽→中部槽→機(jī)尾偏轉(zhuǎn)槽→運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾。

采煤機(jī)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(jī)尾向機(jī)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(shè)備回撤方法

將一臺(tái)30 t的回柱絞車支設(shè)在距離機(jī)尾15 m處的位置，用4根壓柱和2根戧柱將絞車支設(shè)穩(wěn)固，絞車上纏繞φ28 mm鋼絲繩50 m，并用4個(gè)繩卡卡好繩頭。用絞車配合將工作面175#支架調(diào)向并撤出，及時(shí)在撤出區(qū)域施工2個(gè)木垛支護(hù)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(qū)域分別施工木垛支護(hù)頂板。171#支架抽出后，將支架調(diào)向與工作面煤壁平行支設(shè)，作為1#掩護(hù)支架，然后將提前準(zhǔn)備好的2臺(tái)垛式支架按照1#掩護(hù)架的方式支設(shè)，2#掩護(hù)架距離1#掩護(hù)架1 m，3#掩護(hù)架距離2#掩護(hù)架0.5 m。在后續(xù)的出架過程中，每抽出一臺(tái)支架，掩護(hù)架向前移動(dòng)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(shí)施工2個(gè)木垛支護(hù)出架區(qū)域頂板，然后按照從3#掩護(hù)支架至1#掩護(hù)支架的拉架順序?qū)⒀谧o(hù)支架前移，掩護(hù)支架底座不能超過待撤支架靠回風(fēng)側(cè)的邊線[5-7]，使用同樣的方法回撤其他支架。

3.4 遙控遠(yuǎn)程回撤支架技術(shù)方案

418工作面回撤時(shí)對(duì)大采高智能化工作面自動(dòng)跟機(jī)拉架技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，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(tǒng)，為3臺(tái)掩護(hù)支架分別安裝一套與工作面液壓支架型號(hào)一致的電磁閥組和SAC電液控制器(后都簡(jiǎn)稱控制器)，3臺(tái)掩護(hù)支架控制器以及待撤液壓支架控制器之間通過conmN/4c型護(hù)套連接器連接，可以實(shí)現(xiàn)控制器之間的信號(hào)傳輸，同時(shí)配備一臺(tái)和液壓支架控制器配套的無線遙控器。在2#掩護(hù)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(fā)送的信號(hào)[8-11]。如圖2所示，當(dāng)2#掩護(hù)支架需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，可以通過無線遙控器直接控制2#掩護(hù)支架控制器，再由控制器控制電磁閥組，從而實(shí)現(xiàn)2#掩護(hù)支架的動(dòng)作；當(dāng)1#掩護(hù)支架、3#掩護(hù)支架或者待撤液壓支架需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，可以使用無線遙控器控制2#掩護(hù)支架控制器，再通過控制器的鄰架控制功能間接實(shí)現(xiàn)1#掩護(hù)支架、3#掩護(hù)支架或者待撤液壓支架的動(dòng)作。

圖2 液壓支架遠(yuǎn)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(zhì)條件的影響

受工作面閉采質(zhì)量及礦壓顯現(xiàn)影響，工作面會(huì)出現(xiàn)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?；爻分Ъ躘12-14]。在418工作面回撤至82#支架時(shí)，頂板壓力顯現(xiàn)明顯，直接頂冒落撕開柔性網(wǎng)，造成支架掩埋，回撤困難。通過現(xiàn)場(chǎng)出矸、架棚、聯(lián)網(wǎng)等措施有效地處理了該問題。這就要求在工作面閉采時(shí)一定要合理控制采高，頂板要用錨網(wǎng)索及時(shí)支護(hù)，并且要保證絕對(duì)的支護(hù)質(zhì)量。

3.5.2 閉采和回撤期間的支護(hù)工藝改進(jìn)

418智能化工作面在閉采過程中采用一整張長(zhǎng)300 m、寬20 m的高強(qiáng)度聚酯纖維柔性網(wǎng)支護(hù)頂板，該網(wǎng)片為整體結(jié)構(gòu)，抗拉性強(qiáng)，在回撤支架時(shí)能夠有效地支護(hù)頂板，避免了以前的鐵絲經(jīng)緯網(wǎng)斷裂容易發(fā)生漏矸的問題。另外，工作面回撤過程中設(shè)置了2臺(tái)ZZ10000/20/40型液壓垛式支架和1臺(tái)ZY10000-26/55D型支撐掩護(hù)式液壓支架作為掩護(hù)支架，邁步式前進(jìn)支護(hù)頂板，替代以前煤墻側(cè)支護(hù)的2個(gè)木垛，既安全高效、降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，又節(jié)約成本。但目前回撤一臺(tái)支架后，空頂區(qū)域還必須施工1～2個(gè)木垛支護(hù)頂板才能保證下一臺(tái)支架不被壓死，順利回撤，既浪費(fèi)人力，又浪費(fèi)成本，該問題還有待進(jìn)一步改善。

3.5.3 多功能車維修保養(yǎng)

多功能車運(yùn)輸是制約工作面回撤的關(guān)鍵，工作面所有的大型設(shè)備如支架、煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、設(shè)備列車以及皮帶機(jī)機(jī)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?yán)K等易耗品，另一方面要建設(shè)一支技術(shù)過硬的多功能車維修隊(duì)伍，及時(shí)對(duì)每臺(tái)車進(jìn)行維修保養(yǎng)，同時(shí)做好每臺(tái)多功能車的全生命周期管理工作，對(duì)重點(diǎn)車輛要跟蹤管理，及時(shí)掌握每臺(tái)車的性能和車況。

3.5.4 拆除回收質(zhì)量要提高

智能化設(shè)備及系統(tǒng)在安裝工藝上要求比較高，因此在拆除時(shí)一定要精準(zhǔn)拆除、保證設(shè)備的完好和系統(tǒng)的可靠。例如:對(duì)于工作面?zhèn)鞲衅鳌⒄彰?、云臺(tái)攝像儀及控制器、控制線等要做到細(xì)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(jié)語

工作面快速回撤時(shí)，一方面要從技術(shù)上不斷突破，積極引進(jìn)新技術(shù)、新工藝、新裝備；另一方面不斷創(chuàng)造良好的回撤條件，如提高工作面閉采質(zhì)量、保證車輛與運(yùn)輸條件等。此外，需加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)組織管理、規(guī)范作業(yè)流程，例如，采取在井下現(xiàn)場(chǎng)使用口哨和熒光棒配合指揮，實(shí)現(xiàn)程序化作業(yè)等。通過一系列的技術(shù)工藝改進(jìn)、新裝備的引進(jìn)使用和科學(xué)規(guī)范化的現(xiàn)場(chǎng)管理，不斷提高回撤效率和管理水平。在實(shí)踐中，SAC電液控制系統(tǒng)的引入，實(shí)現(xiàn)了撤架期間操作人員站在安全區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，有效解決了手動(dòng)本架操作支架過程中回撤三角區(qū)域頂板出現(xiàn)漏頂?shù)葐栴}時(shí)對(duì)操作人員人身安全造成的威脅。同時(shí)，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(qū)，保證了液壓支架的安全高效回撤。