付村煤矿综采工作面快速搬家工艺

马敬龙，袁辉明

(山东能源枣庄矿业集团 付村煤业有限公司，山东 济宁 277605)

在矿井生产过程中，采用综合机械化采煤必须面对的一个问题就是综采工作面拆除与回采工作面接替。随着近年来我国煤矿开采技术快速发展与新型采煤机械投入使用，我国矿井生产能力大幅度提升，矿井总产和工作面单产都已接近或超过世界发达国家的先进水平[1-3]。生产的能力提升意味着回采推进速度的提高与搬家次数的增长，由以前的约1a搬家1次缩短到2次/a或3次/a，甚至达到4次/a，综采工作面接续时间越来越短[4]。因此，实现综采工作面设备快速搬家日益重要。

本文以付村煤业有限公司3上1007工作面为研究对象，通过理论分析验证了支架回撤至回撤巷道附近时，支护条件恶化状态下，现有支护方式的承载能力与安全性，并通过优化设计综采工作面设备回撤工艺与轨道运输路线，实现了3上1007工作面快速安全的回撤，缩短了综采工作面设备搬家时间。

1 矿井概况

付村煤业有限公司设计生产能力1.2Mt/a。3上1007工作面位于-480 m 水平东十采区，东为欢城断层，南与3上1008工作面相邻。3上1007工作面位于付村向斜轴部,向斜北翼煤层走向47°～64°，倾向137°～154°，向斜南翼煤层走向280°～320°，倾向10°～50°，煤层倾角5°～9°，平均7°。煤层底板标高为-455.3～-540.0m。回采巷道布置情况如图1所示。

图1 3上1007回采巷道布置平面

依据《山东能源枣庄矿业(集团)付村煤业有限公司3上1007 综采工作面作业规程》，采用走向长壁后退式一次采全高综合机械化采煤法，液压支架支护顶板，全部垮落法管理顶板。工作面回撤切眼长180m，回撤通道高度4.5m，宽度3.5m(从支架前梁至面前煤壁)，支架及回撤通道顶板采用高强聚酯纤维柔性网(JD PET450×450MS)和金属网支护，面前煤帮采用锚网支护，工作面两端头分别进行架棚支护。

通过对3上1007工作面顶板在线压力监测系统统计数据分析，结合现场观测，在不考虑断层和火成岩的情况下，工作面周期来压步距为13～24m。

2 快速搬家技术难题

付村煤业有限公司3上1007工作面采用走向长壁后退式采煤法。当工作面推进至回撤通道煤壁时，上覆岩层的载荷由液压支架及回撤巷道共同承载，为了防止工作面顶板矿压显现造成回撤巷道以及开采空间的破坏，因此需对工作面推进至回撤巷道时，现有的支护方式能否承载住工作空间以及上覆垮落带岩层的重量、保证回撤巷道及工作面安全进行验证，同时需采取相应的技术措施消除顶板灾害的风险，保证工作面回撤工作的安全。

此外，付村煤业有限公司3上1007工作面采用一次采全高综合机械化采煤工艺，液压支架支护顶板。综采设备数量较多且重量较大，设备参数见表1，快速搬家难度较大，属于大吨位综采工作面搬家[5]。

表1 综采设备参数

3 回撤巷道及支架工作阻力核算

为了验证支架的工作阻力在工作面推进至回撤巷道时，能够承载住工作空间以及上覆垮落带岩层的重量，需要对支架的支撑阻力进行校核计算[6]。为了保证支架所需的工作阻力，需在支架最不利工作条件下进行计算，如图2所示，即垮落带基本顶岩块前端已露出回撤巷道煤壁，后端又未触矸时，基本顶岩块的全部重量由回撤巷道内的单体支柱及液压支架承载。支架的合理工作阻力P可分别由载荷估算法以及实测统计法计算获得。

图2 最不利工作条件下覆岩载荷示意

3.1 载荷估算法[7]

p=(4～8)Mγ

P=p×S

式中，p为支架的合理支护强度，kPa；M为采高，取5.5m；γ为垮落带直接顶岩层的平均体积力，取27 kN/m3；P为支架的合理工作阻力，kN/架；S为支架的支护面积，取9.7m2。

由于3上1007工作面基本顶较为坚硬，取6倍的采高进行计算，可知支架的合理工作阻力为：

P=8642.7kN

3.2 实测统计法[8]

经我国近30年来的实测统计，由煤科院提出的煤炭行业标准的综采工作面支护强度下限，可由下式计算(Ⅰ～Ⅲ级基本顶)：

p=73.2M+4.5Lp+78.9B-10.24N-62.4

P=p×S

式中，Lp为基本顶周期来压步距，取24m；B为控顶高度，取3m；N为直接顶厚度与采高之比，取0.64。

将各参数代入上式，可知支架的工作阻力应大于下式计算结果：

P=6580kN

上述计算结果取大值，可知支架的工作阻力应不小于8642.7 kN。

考虑到支架的工作阻力为9000kN，因此原有的支护方案较为安全，可以防止顶板灾害的发生。

4 工作面搬家回撤工艺

4.1 设备回撤顺序

采煤机→运输巷转载机、破碎机→刮板运输机→工作面液压支架→运输巷巷道支架→设备列车。

4.2 设备回撤准备[9-11]

(1)工作面回撤前，运输系统必须完善。运输线各位置绞车电信号要齐全、可靠，各台绞车前必须挂防护网。

(2)根据工作面条件和设备，3上1007工作面选用成套机械化设备完成采煤机、刮板运输机、液压支架、转载机的回撤[1，4]。工作面回撤之前，需完成对矿用液压起重机、液压装车装置、液压支架回撤叉车及回撤平台的组装。搬家设备见表2。

表2 综采工作面成套机械化搬家设备选型

(3)工作面回撤液压支架前准备足够数量方木，用于回撤期间三角区域的顶板维护。

(4)在工作面铺网时保证支架上方平行于工作面铺设8根φ21.5mm钢丝绳，间距800mm。3上1007切眼内铺设2000mm轨距轨道180m，并通过900mm×2000mm井字道总成与1008材料巷无极绳绞车900mm轨道连接。(轨道规格为38kg/m,单节轨道长3.5m，回撤支架时每回撤2架回收1节轨道，每回撤完1组支架时用1.75m，38kg轨道替换，为回撤下组支架做好准备)。

(5)支架撤除前必须在材料巷通防科指定的位置(1007材运联巷风门处材料巷侧)安设好局部通风机，风机功率2×30kW，并接好风筒至待撤液压支架的距离不超过10m。风机采用双风机双电源。通风机供风期间班班安排专职局部通风机司机看管风机，实行现场挂牌管理并现场交接班，防止无计划停电停风，确保风机的正常连续可靠运转。

(6)3上1007工作面回撤巷道要求：支架前梁距煤壁3.5m，支架顶梁下距轨面不低于3.5m。

4.3 设备回撤方案

4.3.1 采煤机的回撤

工作面采煤机由人工分解，采用绞车拖运至3上1007材料巷单轨吊起吊点位置，单轨吊完成设备运输。

4.3.2 转载机、破碎机、胶带自移机尾的回撤

对转载机开关停电闭锁，拆除工作面电缆→将转载机链断开、抽链→回撤3节胶带自移机尾→回撤机头电机、减速器→回撤转载机机头→回撤第四节胶带自移机尾→回撤转载机桥身段→回撤破碎机→回撤落地段中部槽→回撤机尾。转载机、破碎机、胶带自移机尾回撤后暂转移到3上1008材料巷存放[12]。

4.3.3 刮板运输机的回撤

断刮板链→断开支架连接头→回撤机尾部分→回撤刮板链→回撤中部槽→回撤机头部分。

工作面运输机通过回撤通道暂转移到3上1008材料巷存放，待工作面支架安装完毕后转到3上1008切眼进行安装[13]。

4.3.4 端头支架回撤及掩护架的形成[14-15]

自胶带运输巷向辅助运输巷为液压支架编号：1～102号。其中，1～3号与100～102号液压支架为过渡支架，4～99号液压支架为中间支架。

回撤支架前，首先将通道内杂物及浮煤清理干净，将1008材料巷临时泵站供液管路与1号支架主液管连通。回撤需要的工具、材料(包括2.5mπ钢梁、单体、方木)必须在物料区码放整齐，以便随用随取。

4.3.4.1 回撤端头支架

(1)首先将端头支架缓慢降下，并利用2m长铰接梁配合液压单体支护端头支架处顶板。前移端头支架，在原位置打上连体木垛支护顶板，木垛尺寸4m×2m。

(2)在撤架通道门口顶板上打2排起吊锚索(每排6个起吊锚索)，将端头支架降至最低，在起吊锚索上分别挂上5T手拉葫芦，起吊勾与支架前梁起吊点连接挂牢拉紧。

分解顺序：支架前掩梁→支架顶梁→支架后掩梁→支架立柱及底座。

(3)分解后的端头支架分体装运至1008切眼进行组装。

4.3.4.2 过渡支架的回撤及掩护架形成

(1)回收102号过渡支架，将102号过渡架前移，并利用回撤通道内迎头的调向绞车将102号过渡支架调向，并在原102号过渡支架位置支设1个木垛和一梁三柱。顶板维护好后，将回撤运输叉车铲板前部降低，使用调向绞车配合支架自移爬上回撤运输叉车，用回撤运输叉车上的锁架缸将支架锁牢。使用调向绞车将机尾支架拉进空顶区域。

(2)提升主绞车将支架运送到回撤通道上口，拉至四叉门处后将运输叉车和装车机构对齐，再将装车机构伸缩臂钢丝绳勾头与支架底座椭圆形孔连接，操作装车机构伸缩臂，使支架调向，拉上平板车。

101号、100号过渡支架回收和102号过渡支架回收方法相同。

(3)98号、99号支架做为回撤支架时的掩护支架，采用支架自移将98号支架移出，移至靠煤帮0.8m处，接实顶板做为1号掩护支架。支架移出后在扇形面内支设一梁三柱走向棚。支设棚架时，先将3m工字钢梁(或1.2m道板)用8号铁线固定在顶板锚网上，然后用单体接实绑好防倒绳。99号支架调向后，移至靠98号掩护架处，做为2号掩护支架，两掩护架间隔不能超过0.5m。棚架数量及单体支设数量由现场顶板情况而定，要为形成2号掩护架预留调向空间。掩护架形成的过程中，若支架调向困难，可用调向绞车和单体支柱辅助支架调向。

(4)回收过渡架后，机尾支架随之前移，将支架运出，在原支架位置放入2组中间支架，使4组掩护架形成。

4.3.5 中间支架的回撤

(1)将回撤运输叉车与回撤平台连接。首先降低97号支架，支架连接头与回撤平台上的拉架缸相连，采用支架自移将97号支架移上回撤平台。然后将绞车钩头与支架联接头相连，使用绞车将支架由回撤平台拉上回撤运输叉车。

(2)用回撤运输叉车上的锁架缸将液压支架锁在回撤运输叉车上。用绞车将回撤运输叉车下放到撤架通道口停稳。利用装车机构调向、装车(方法同过渡支架)。

(3)96～1号支架的回撤方法与97号支架的回撤相同，此后每回收1组支架，回撤平台向通道口前移1架位置，要求回撤平台的斜台与待回收支架架脚对正。边回收支架边回收通道内2m轨距轨道，回收1节轨道(每节轨道3.5m)再铺设1.75m轨道替换。回撤1架，回撤平台向前移1架。如底板不好移设回撤平台困难，可借助绞车进行移设。

5 结 论

(1)考虑到3上1007工作面顶板压力大，巷道变形较快，顶板支护困难等问题，经过多次研讨和分析，通过理论分析手段验证了现有支护方式在撤架期间的安全性与可行性。

(2)通过综采工作面设备回撤工艺与轨道运输路线优化设计，优化了综采工作面设备回撤配套，更新了3上1007工作面拆除工艺，实现了综采工作面快速撤架，缩短了综采工作面设备搬家时间。对今后具有类似条件的矿井综采工作面支架快速搬家具有参考价值。