煤矿液压支架安全回撤工艺研究

魏晓阳

（山西潞安集团潞宁煤业有限责任公司，山西 宁武 036700）

引言

随着我国煤炭开采技术及机械化程度的提高，一些拥有百万吨、千万吨综采工作面的现代化矿井相继出现[1]。开采技术的提高使得采掘接替时间越来越短，随之而来的是工作面设备的回撤技术越来越满足不了高产高效矿井的需求[2-3]。传统的工作面液压支架回撤采用的是单体支柱顶、后尾梁撑的方法，设备运输依靠无轨胶轮车、绞车等，采用这种方式，效率低、设备磨损严重，坡道多时提升难度大，无法保障安全生产，对实现现代化矿井的高产高效不利[4-5]。因此，研究一种安全快速的液压支架回撤方案对提高工作面搬家效率具有重要意义。

1 工程背景

潞宁煤业公司22116 工作面位于矿井二二采区中下部，走向长度1 877.233 m，倾向长178.6 m，主采侏罗系大同组上部的2 号煤，煤层埋深429～553 m，煤层厚度1.0～5.0 m，平均厚度3.5 m，倾角3°～5°，平均倾角4.5°。工作面设计采高为3.5 m±0.1 m。采用走向长壁一次采全高的综合机械化采煤方法，以及超前深孔强制预裂顶板、全部垮落法的顶板管理方法。工作面重要设备有采煤机、液压支架、刮板输送机、破碎机等，具体设备明细如表1 所示。

22116 综采工作面自2018 年12 月初开始回采，现已推进至距停采线50 m 左右的位置，进入收尾阶段，将要进行工作面液压支架回撤。

2 传统的液压支架回撤技术

液压支架回撤是工作面搬家的重要环节，在大多数情况下矿井都是利用采煤机自开回撤空间进行回撤工作。首先，当工作面开采至停采线附近采煤机要截割最后几刀煤时，保持液压支架不动，采煤机与输送机整体前移，保证设备拥有足够的调向及回撤空间，接着对回撤空间中的顶板进行加固支护。加固支护工作完成后进行工作面设备撤出工作，为了保证回撤空间的安全，最后撤出液压支架。但是由此造成的不安全因素是采煤机截割最后几刀煤后和输送机整体前移形成回撤空间，在对回撤空间进行加固支护时增加了作业人员在悬露顶板下作业的危险性，这也是影响回撤工作的一个不确定因素。同时工作面设备的运输主要依靠电机车、绞车等，需进行多次装载、捆绑等工序，费时费力。采用这种传统方法，一方面支架装卸困难、运输速度慢，而且需要的人力多（每班需要100 人左右），耗时45 d 左右，另一方面耗时久导致新的工作面顶板长时间处于无支护的状态，容易引起顶板事故。

表1 工作面重要设备明细表

3 液压支架安全回撤方案

3.1 单通道单翼回撤工艺

目前，我国高产高效矿井的地质条件都比较优越，顶板的整体性也比较好，都采用综掘机或连续采煤机进行双巷掘进，掘进速度快、效率高，可为矿井带来更高的经济效益。在此条件下，更快、更安全高效的工作面设备搬家技术显得尤为重要，而单通道单翼回撤工艺可以很好地满足高产高效矿井的需求。

单通道单翼回撤工艺只需要在工作面停采线处开掘一条垂直于工作面运输平巷和回风平巷的回撤通道（如图1 所示），形成单通道回撤系统。在掘进过程中，不仅要用锚杆对其顶板进行支护，还要在回撤通道掘好后用液压支架、单体支柱以及工字钢对顶板进行进一步支护，防止出现顶板下沉，造成安全事故。当回撤通道贯通后，就可将单体支柱撤掉，增大液压支架的回撤空间（图2 所示）。

图1 单通道回撤系统平面

图2 液压支架回撤空间

在支架安全回撤前，要调整端头的两架液压支架的方向，将回撤区域和冒落区隔离开，保证回撤区内的安全（如图3 所示）。在回撤支架时，从工作面一端依次回撤，在回撤支架前要将之前用液压支架顶梁挑起的工字钢收回，收回后局部用单体支柱支撑，支架撤出后，单体支柱用木垛代替，然后将支柱撤回。撤回一架液压支架就要打一个木垛来支撑顶板，如果顶板比较破碎，在压力大的情况下，可多打几个木垛加强支护，防止顶板垮落对后面的撤架工作造成影响。

图3 单通道单翼回撤工艺巷道布置

3.2 液压支架回撤配套设备

3.2.1 回撤特殊支架的选型

采用三角区掩护支架作为回撤特殊支架，型号为ZZG9000/23/48。其具有以下主要功能：一是在支架的掩护梁与顶梁之间采用十字铰接连接，顶梁可实现前后左右摆动，可更好地适应顶板起伏；二是支架顶梁边缘圆滑过渡，可有效保护金属顶网不被破坏，保证顶板的完整性；三是在支架底座设置防护装置，阻止矸石掉入支架内部；四是支架采用无线遥控操作各项动作，无需人员进入支架下方操作，可以有效保证施工人员的安全。

3.2.2 支架搬运车辆的选型

1）框架式支架搬运车型号为WC40Y，载重质量为40 t。框架式支架搬运车操作简单，只需司机一人即可完成支架的装卸。司机通过操作框架上的起吊钩将支架吊起离开地面，接着用夹紧油缸顶住支架侧帮，将支架夹紧后即可开始运输。

2）铲板式支架搬运车型号有WC25EJ、WC40EJ，载重质量分别是25 t、40 t，铲板式支架搬运车装卸支架相对于框架式更加灵活，对于短距离的支架运输和摆放非常适合。

4 应用效果

相比于传统的工作面液压支架回撤技术，单通道单翼回撤工艺有了很大的改进。改变三角区掩护支架的布置方式，有效拓宽了设备安全回撤的空间，使液压支架在回撤过程中有了更高的安全性，同时保证了施工人员的安全，提高了作业效率。在液压支架回撤过程中采取了有效的支柱回柱措施，将单体支柱和工字钢基本无损坏地回收回来。该工艺只需开掘一条回撤巷道，施工更简单，掘进量也更少，对设备的需求量少，成本更低。一般进行工作面搬家时单班仅需50 人左右，15～20 d 即可完成搬家工作，相比传统的搬家工艺可节约时间20～30 d，总工时减少50%～60%，符合高产高效矿井的要求。

5 结论

随着我国高产高效矿井的综合机械化开采技术越来越成熟，与之相匹配的工作面搬家工艺已无法满足生产要求，因此通过液压支架安全回撤工艺以及配套设备研究提出单通道单翼回撤工艺并应用于现场。通过现场应用发现，此工艺可以有效提升回撤过程中的安全性，降低设备损耗，减少巷道施工量，相比于传统的工作面搬家工艺，单班仅仅需要50 人左右，耗时15～20 d，实现了综采工作面液压支架快速、安全、高效的回撤，提高了工作面搬家效率，以实现矿井高产高效的目标。并且随着该工艺的逐步成熟，将有力推动我国综合机械化采煤技术的高速发展。