基于单轨吊的综采工作面快速拆除工艺研究

李吉呈

（山西西山煤电股份有限公司马兰矿，山西古交，030205）

0 引言

液压支架的拆除与回收是综采工作面拆除工作面的重要环节，传统液压支架拆除工艺是：在工作面安设一部拆架绞车在单体及滑轮配合下将支架拆出，依靠多部双速绞车接力拉移至工作面机尾(或机头)，再通过装架平台装至平板车（无轨胶轮车），利用绞车或无轨胶轮车等辅助运设备运出[1-3]。支架或大型设备在切眼拉移倒运过程中存在许多弊端：绞车布置多，设备投入大，管理难度加大；电缆、钢丝绳等材料消耗大；拉移倒装工序复杂，人员投入多，耗费工时；安全系数不高，时常出现绞车损坏，断绳伤人事故；绞车直接拖地拉移过程中容易破坏底板，致使底板破坏，对掩护架的拉移和待拆支架的拆除十分不利[4-7]。为此，结合南五下组煤单轨吊辅助运输设备，将单轨吊运输系统延伸至待拆工作面切眼，使用单轨吊吊装支架，一次性完成支架回收工作。

1 工作面概况

马兰矿18506 工作面位于南五下组煤采区左翼，西北侧18504 工作面正在回采，两巷均开口于南五下组煤辅助运输下山，辅运巷西北侧实体间隔19.1 m 为18504 皮带巷，东南侧实体间隔平距19.8 m 和25.4 m（垂距8.0 m、2.51 m）分别为18504 底抽巷、18506 高抽巷；工作面切眼东北侧间距92.5 m（上部60 m～85 m）为南八南九胶带机运输大巷；皮带巷里程21 m～1 278 m、上部间隔83 m～95 m，平均89 m 左右为12510 采空区，经钻探验证仅采空区底板存在少量滞水，辅运巷59 m～1 312 m、上部间隔86 m～95 m（平均90.3 m）为12508采空区，无采空区积水。

工作面所采煤层为石炭系太原组8 号煤层，属稳定可采厚煤层，结构复杂，中上部含一层稳定夹矸，厚度0.05 m～0.33 m，平均厚度0.20 m，中下部含一层不稳定夹矸，厚度0.05 m～0.20 m，煤层厚度3.80 m～4.80 m，平均4.43 m，结构1.20(0.20)3.03，普氏硬度2.0。下部间隔6.4 m～8.2 m（平均7.86 m）为8下煤，8下煤厚1.67 m～2.11 m，平均1.82 m。

工作面顶板为泥灰岩，呈深灰色，富含动物化石，黄菱铁矿星星散状分布，节理充填方解石脉，俗称为庙沟灰岩，普氏硬度7.5。老顶为粗砂岩，呈灰色，由上而下颗粒变细，含植物化石碎片，普氏硬度5.3。底板为粉砂岩，呈灰黑色，富含根部化石，中夹0.1 m菱铁矿，局部相变为中细粒砂岩，普氏硬度5.3。

2 基于单轨吊的综采工作面快速拆除工艺

2.1 综采工作面快速拆除方案

为减少拆架后拉移倒架过程繁琐工序及诸多工作弊端，改变以往作业方式，将南五下组煤单轨吊辅助运输系统延伸至拆除工作面切眼，其具体内容如下。

单轨吊机车运架十字梁外形尺寸为长×宽×高=6.75 m×2.1 m×2.95 m，工作面有效循环净宽不低于4.5 m、净高不低于3.5 m。单轨吊中心线布置在循环4.5 m中间位置，从切眼机头开始向机尾方向安装悬挂板，间距2.25 m（中对中），每个悬挂板采用一根锚索和一根锚杆固定在顶板上，锚索规格为：φ 21.6×4 200 mm，锚杆规格为：φ 20×2 800 mm；锚索预应力达到40 MPa（200 kN），锚杆外露长度螺母外锚杆丝扣10 mm～40 mm之间，紧固力矩不小于200 N·m。悬挂板安装完毕后固定单轨吊轨道。

将已拆支架拉移至单轨吊下方后，将平衡梁下方4 个起吊钩钩住支架底座配套孔；大型设备使用专用吊装带或40T 锚链吊挂，利用单轨吊起吊梁将支架吊起，支架前后重心平衡,底座离开地面300 mm 左右高度，确认无误后，启动机车将支架运出工作面。

2.2 施工工艺

2.2.1 设备搬运工艺过程

南五下组煤石门至行车转载站利用JD-25绞车和SDJ-28双速绞车完成运输，工作面内使用铺轨钉道时安装的绞车运输；行车转载站至18506 工作面利用柴油机单轨吊和电牵引单轨吊完成运输；皮带巷设备及高压电缆先用电牵引单轨吊运输至皮带巷绕道口，再用WC5E（B）型防爆无轨胶轮车经绕道运输至作业地点。

（1）设备运输路线

综采库（机修厂）→副斜井→910南大巷→南五下组煤石门→25T井下行车转载站→南五下组煤辅助运输下山→18506辅运巷（皮带巷）→18506工作面。

（2）单轨吊运行路线：

25T井下行车转载站→5#道岔→4#道岔→3#道岔→南五下组煤辅助运输下山→18506 辅运巷→18506 切眼。

25T井下行车转载站→5#道岔→4#道岔→3#道岔→南五下组煤辅助运输下山→18506皮带巷绕道口。

2.2.2 悬挂板安装

（1）打眼：使用MQT 系列气动锚杆钻机，φ 30 mm钻头，B＝19 mm，L＝1.0 m的中空六角钢钎钻杆打孔，锚索规格：φ 21.6×5 200 mm，锚索孔深5.0 m，由验收员按《悬挂板安装示意图》定好眼位打眼，钻孔轴线与设计轴线的偏差角不大于2°。

（2）锚索及悬挂板安装：a）检查锚索孔深度和锚固剂质量。b）用钢绞线将3 个树脂锚固剂推入孔中，人工缓慢将钢绞线锚固剂推到位。c）将钢绞线套入搅拌器中，利用锚杆机安装，使锚杆机顺时针旋转，搅拌时间为45 s。搅拌完成后，用小木楔固定防止杆体发生位移和转动。d）15 min 预紧，1 h 后上锁具进行涨拉，上锁具涨拉前必须在锁具和悬挂板中间安装悬挂板专用垫片。上锁具时，将涨拉装置套在钢绞线上，利用千斤顶对锚索进行预应力涨拉，达到200 kN后停止。e）锚索露出锁具150 mm～200 mm。锚索外露长度超过200 mm时必须切短。

2.2.3 轨道安装

先将链条一端与悬挂板销接，然后由多人抬高轨道，再将链条另一端通过U 型环与轨道吊耳连接。铺设的单轨吊轨道中心线在巷道中心线前进方向偏左600 mm，单根轨道允许垂直夹角3.5°，水平夹角±1°。

2.2.4 侧拉预紧装置安装

（1）打眼：使用MQT 系列气动锚杆钻机，φ 30 mm钻头，B＝19 mm，L＝1.0 m的中空六角钢钎钻杆打孔，锚杆规格：φ 22×2 000 mm，锚杆孔深1.95 m，由验收员按《轨道侧拉示意图》定好眼位打眼，钻孔轴线与设计轴线的偏差角不大于2°。

（2）锚杆安装：a）检查锚杆孔深度和锚固剂质量。b）用锚杆将2 个树脂锚固剂推入孔中，人工缓慢将锚杆锚固剂推到位。c）将锚杆套入搅拌器中，利用锚杆机安装，使锚杆机顺时针旋转，搅拌时间为35 s。搅拌完成后，用小木楔固定防止杆体发生位移和转动。锚杆外露顶板长度50 mm～60 mm。d）5 min后拉拔锚杆，锚固力不小于105 kN。

（3）侧拉预紧装置安装：a）拆除锚杆螺母，上专用侧拉预紧装置锁件（锁件必须拧满丝扣且不影响链条安装）；b）将侧拉链条一端与锁件销接，再将链条另一端通过U 型环与轨道吊耳连接（如遇断层，巷道起高，悬挂板距轨道过高时，每根轨道均需施工侧拉装置）。

图2 轨道侧拉预紧装置安装示意

3 基于单轨吊的综采工作面快速拆除工艺特点

（1）单轨吊辅助运输系统直接延伸至拆除工作面，减少了拆除设备运输环节及拆架设备的安装，减轻了人工劳动强度。

（2）机车驱动单轨吊运行灵活，一台可多岔道多支线直达运输，运行阻力小，效率高。

（3）单轨道起吊梁能自动起吊，对于工作面小型设备的拆除及装卸更加方便。

4 应用情况和社会经济效益分析

4.1 应用情况

该综采工作面快速拆除工艺,已应用于马兰矿南五下组煤18506 工作面拆除，提高了矿井安拆工作面安全高效性。该工艺可以在西山矿区中推广应用，有很强的应用价值。

4.2 社会经济效益

（1）单轨吊直接进工作面吊装设备的作业方式，大大降低了人工劳动强度，以往绞车运输人员多，至少5人，使用单轨吊后只需2人即可完成设备运输工作，拆除工作面按200 m核计：预计拆除工作面人工节省270个工，每工日工资300 元计算，节省工资81 000 元，直径28钢丝绳材料费节省250 m，大约2万元左右，合计约10.1万元。

（2）缩减工作面拆除时间，以往每班只能拆除5～6 台支架，现在每班可拆除8～10 台支架，工期可减小，大大缓解了矿井安拆工作面接续紧张情况。

（3）投资和维护费用较低，使用柴油机或电动机牵引，灵活性好，运距不受限制，可以把人员、材料及设备运送到任何需要的地方，爬破能力强，最大倾角可达30°，适用性强。

5 结语

（1）单轨吊综采工作面快速拆除工艺，已应用于马兰矿南五下组煤18506 工作面拆除，提高了矿井安拆工作面安全高效性。单轨吊直接进工作面吊装设备的作业方式，大大降低了人工劳动强度，节约成本约10.1万元，同时缩减工作面拆除时间，提高了工作效率。

（2）该综采工作面快速拆除工艺，不仅大大降低工人的劳动强度，还缩短了工作面拆除工期，并可将该工艺应用于工作面的安装作业中，提高了矿井安拆工作面安全高效性。该工艺可以在西山矿区中推广应用，有很强的应用价值。