原長(zhǎng)鎖， 閆殿華

（1.國家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209；2.山西天地煤機(jī)裝備有限公司， 山西 太原 030006）

引言

近年來，綜采技術(shù)裝備的自動(dòng)化程度越來越高，并逐步朝著智能化方向發(fā)展，使綜采工作面開采效率進(jìn)一步提高，長(zhǎng)壁工作面回采周期越來越短，工作面搬家越來越頻繁?；诰驴臻g有限和綜采裝備的大型化，在回撤搬家過程中工序復(fù)雜，當(dāng)輔助支護(hù)方式不合理時(shí)往往會(huì)導(dǎo)致搬家周期延長(zhǎng)，導(dǎo)致工作面之間接續(xù)不合理，影響工作面整體開采效率[1-4]。

1 回撤臨時(shí)支護(hù)裝備

根據(jù)綜采工作面回撤通道實(shí)際斷面和綜采工作面支架布置情況，研制了回撤端頭三角區(qū)支架組和絞車牽引裝置，綜合通過理論分析、有限元數(shù)值計(jì)算對(duì)支護(hù)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，確定三角區(qū)支架和絞車牽引裝置，用于快速回撤綜采工作面支架回撤過程中的臨時(shí)支護(hù)。

1.1 三角區(qū)支架組

三角區(qū)掩護(hù)支架組由三臺(tái)兩柱掩護(hù)式液壓支架組成，其主要技術(shù)參數(shù)見表1：

表1 三角區(qū)掩護(hù)支架組主要技術(shù)參數(shù)

三角區(qū)支架組，如圖1 所示。其主要技術(shù)特征如下：

圖1 三角區(qū)支架組

1）三角區(qū)支架組由兩架ZY12000/18/35D 型兩柱掩護(hù)式支架和一架ZY12000/16.5/30D 型支架組成，其中靠近老塘一側(cè)支架高度低于其他兩臺(tái)支架，使用時(shí)三臺(tái)支架高度由低到高，能夠很好地適應(yīng)巷道頂板跨落形態(tài)，同時(shí)避免了采用相同支架高度后，靠近老塘側(cè)支架使用高度過低，長(zhǎng)期處于非正常使用高度的問題。

2）三角區(qū)掩護(hù)支架組將靠近老塘一側(cè)支架頂梁前端設(shè)計(jì)采用了大半徑圓弧端面，使支架在移架時(shí)能夠憑借頂梁前端的圓弧順利從網(wǎng)包下擠過，同時(shí)避免了移架過程中支架頂梁撕裂頂網(wǎng)，造成頂板巖石冒落的問題。

3）支架靠近老塘一側(cè)設(shè)置了側(cè)護(hù)板，可避免老塘側(cè)垮落巖石及網(wǎng)包涌入支架內(nèi)部，保障支架組正常移架步驟的進(jìn)行。

4）三角區(qū)掩護(hù)支架組各支架推移桿與邁步橫梁連接耳之間設(shè)計(jì)為十字連接頭，可實(shí)現(xiàn)推移桿與邁步橫梁之間縱橫旋轉(zhuǎn)，有效克服使用過程中底板不平整對(duì)支架布置造成的困難，并且能夠使支架組很好地適應(yīng)巷道底板。

1.2 絞車支撐裝置

根據(jù)現(xiàn)有絞車結(jié)構(gòu)形式及布置方式，采用三維模擬分析，設(shè)計(jì)一種合理的支撐裝置結(jié)構(gòu)形式，可快速升降，達(dá)到快速撐緊頂、底板，起到對(duì)絞車的固定作用，如下頁圖2 所示。其主要技術(shù)參數(shù)見下頁表2。

表2 絞車支撐裝置主要技術(shù)參數(shù)

圖2 絞車牽引裝置

絞車支撐裝置主要技術(shù)特征如下：

1）絞車支撐裝置采用四柱支撐形式，取消四連桿結(jié)構(gòu)，采用回彈橡膠塊維護(hù)立柱穩(wěn)定，大幅簡(jiǎn)化了支撐裝置結(jié)構(gòu)。

2）絞車支撐裝置采用左右分體窄頂梁，通過橫向連桿鉸接，使頂梁有效適應(yīng)巷道頂板，提高支撐效率。

3）底座采用窄框架結(jié)構(gòu)形式，在保證滿足支架搬運(yùn)車運(yùn)輸寬度的前提下，實(shí)現(xiàn)了支撐裝置底座與絞車的合理裝配，實(shí)現(xiàn)了絞車支撐裝置的整體運(yùn)輸、使用。

4）絞車支撐裝置電液控制系統(tǒng)能夠?qū)α⒅瘟M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警，并能夠在壓力低于設(shè)定值時(shí)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)壓，保證了支撐的穩(wěn)定性。

2 回撤工藝研究

神東礦區(qū)綜采工作面回撤采用“內(nèi)外輔巷多通道快速回撤工藝”，即事先在工作面停采線處平行開掘兩條通道，分別為回撤主通道及輔助回撤通道，兩回撤通道之間每隔50 m 左右布置聯(lián)絡(luò)巷，將主、輔回撤通道連通?；爻窌r(shí)從工作面中部一聯(lián)巷處將正對(duì)聯(lián)巷的綜采液壓支架撤出后，分別朝兩個(gè)方向進(jìn)行液壓支架的回撤?；爻凡捎谩俺樾尽被爻贩绞?，即將回撤端頭第二架支架撤出后，采用木垛對(duì)原支架位置處的頂板進(jìn)行支護(hù)，然后再回撤第一架支架，依次循環(huán)完成整個(gè)工作面液壓支架的回撤工作。

采用三角區(qū)掩護(hù)支架組進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)后，原有的“抽芯”式回撤方式將變?yōu)轫樞蚧爻贩绞剑菂^(qū)掩護(hù)支架組沿回撤通道回撤方向布置，垂直于待回撤工作面液壓支架。回撤過程中將回撤端頭第一架支架撤出后，三角區(qū)掩護(hù)支架組通過邁步自移實(shí)現(xiàn)支架組推進(jìn)，對(duì)綜采液壓支架撤出后的頂板進(jìn)行有效支護(hù)，然后進(jìn)行下一支架的回撤工作。綜采液壓支架撤出后，三角區(qū)掩護(hù)支架組能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化自移并對(duì)暴露的頂板進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，不必再采用木垛進(jìn)行支護(hù)，可有效避免人工搭設(shè)木垛，有效降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)避免了大量木材等資源的浪費(fèi)，有效節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了回撤作業(yè)效率。三角區(qū)掩護(hù)支架組布置，如圖3 所示。

圖3 三角區(qū)掩護(hù)支架組布置圖

3 應(yīng)用效果

3.1 三角區(qū)掩護(hù)支架組

3×ZY12000 型三角區(qū)掩護(hù)支架組于2016 年3 月首次投入使用，用于綜采面液壓支架回撤作業(yè)端頭三角區(qū)頂板支護(hù)，截至2017 年3 月該套設(shè)備共完成6 個(gè)工作面液壓支架回撤作業(yè)工作，實(shí)現(xiàn)了回撤作業(yè)端頭的機(jī)械化支護(hù)，基本上取代了木垛、原木支護(hù)方式。三角區(qū)掩護(hù)支架組井下使用情況，如圖4 所示。工業(yè)性試驗(yàn)階段取得了較好的使用效果，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

圖4 三角區(qū)掩護(hù)支架組井下使用

1）避免了大量方木、圓木等生產(chǎn)材料的使用和浪費(fèi)，回撤作業(yè)生產(chǎn)成本大幅縮減。三角區(qū)掩護(hù)支架組的使用，改變了傳統(tǒng)回撤方式中采用木垛、圓木用于回撤端頭頂板支護(hù)的方式，避免了大量木材的浪費(fèi)，有效節(jié)約生產(chǎn)成本。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，采用三角區(qū)掩護(hù)支架組后，平均每回撤一臺(tái)綜采支架可節(jié)省費(fèi)用約4 000 元，單個(gè)工作面回撤可節(jié)約材料成本約80 萬元，節(jié)約率達(dá)80%以上。

2）綜采工作面液壓支架回撤效率顯著提高。三角區(qū)掩護(hù)支架組實(shí)現(xiàn)了綜采工作面回撤端頭三角區(qū)頂板的機(jī)械化支護(hù)，避免了人工搭建木垛進(jìn)行頂板支護(hù)的過程，同時(shí)三角區(qū)掩護(hù)支架組具備的機(jī)械自移功能，能夠?qū)崿F(xiàn)支架組自移，有效提高了綜采面回撤速度。

3）有效減輕回撤作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高安全性。綜采液壓支架回撤過程中，工人需要在頂板無有效支撐的情況下手工搭接木垛、圓木對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且長(zhǎng)期暴露在巷道頂板下存在安全隱患。采用三角區(qū)掩護(hù)支架組后基本取消了木垛支護(hù)，無須人工搭建木垛支架，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低。同時(shí)三角區(qū)掩護(hù)支架組配備遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，操作工人可在安全地點(diǎn)通過遙控器對(duì)支架動(dòng)作進(jìn)行無線遙控，作業(yè)安全性有效提高。

3.2 絞車支撐裝置

JC2530 型絞車支撐裝置于2016 年6 月完成了JSDB-19 型絞車改造及其與支撐裝置的裝配，該設(shè)備于2016 年8 月首次投入使用，用于工作面液壓支架回撤作業(yè)，截至2016 年12 月共完成6 個(gè)工作面液壓支架回撤作業(yè)工作。絞車支撐裝置與JSDB-19（無錫南泉）型絞車完成整體裝配后，大大簡(jiǎn)化了絞車的支撐方式，取消了“四壓兩戧”支護(hù)的支設(shè)，提高了絞車使用的效率和使用安全性，整體效果良好，達(dá)到了預(yù)期要求。絞車支撐裝置井下應(yīng)用情況，如圖5所示。具體使用效果表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

圖5 絞車支撐裝置井下應(yīng)用

1）實(shí)現(xiàn)了絞車與支撐裝置的一體化。絞車支撐裝置根據(jù)配套絞車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)，通過固定銷軸和螺栓將支撐裝置與絞車結(jié)合為一體。配套后整體結(jié)構(gòu)緊湊，便于對(duì)絞車支撐裝置進(jìn)行整體搬運(yùn)。

2）實(shí)現(xiàn)了絞車的機(jī)械化錨固支撐。絞車支撐裝置通過自帶的四根立柱實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的支撐固定，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)立柱支撐壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免了傳統(tǒng)以單體液壓支柱固定方式存在的支撐錨固作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、錨固力大小無法監(jiān)控等使用弊端，有效簡(jiǎn)化了絞車錨固過程，并提高了使用安全性。

4 結(jié)語

三角區(qū)掩護(hù)支架組的成果研制與應(yīng)用改變了綜采工作面液壓支架回撤端頭三角區(qū)頂板支護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)了三角區(qū)頂板的機(jī)械化支護(hù)和支護(hù)設(shè)備的機(jī)械化邁步自移。該設(shè)備的應(yīng)用，有效提高了綜采工作面液壓支架的回撤效率，一定程度上保障了煤礦生產(chǎn)的正常有序接續(xù)，同時(shí)改變了傳統(tǒng)支護(hù)方式，有效節(jié)約了生產(chǎn)成本，對(duì)于保障回撤作業(yè)安全性、提高回撤效率、縮減生產(chǎn)成本具有重要意義。絞車支撐裝置的研制實(shí)現(xiàn)了回柱絞車和支撐裝置的一體化裝配、運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)了絞車的機(jī)械化固定，對(duì)于提高絞車使用效率和安全性發(fā)揮了巨大作用，應(yīng)用效果顯著，具有廣泛推廣應(yīng)用價(jià)值。