大采高智能化工作面设备快速回撤实践

钟祥熙，曹 鹏

(陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西 延安 727306)

0 引言

近年来，随着煤矿综合机械化水平的不断提高，煤矿智能化水平不断推进，陕西黄陵二号煤矿有限公司(简称二号煤矿)在复杂地质条件下大采高智能化综采技术走在了行业前沿[1-4]。该技术涉及的设备类型多、功率大、体型大、系统更为复杂，如何快速高效安装回撤工作面成为了影响矿井接续的关键因素。为此，以二号煤矿418大采高智能化工作面的回撤为实践基础，系统阐述了复杂地质条件下大采高智能化综采工作面回撤工艺，创新和改进了自动跟机拉架技术，以期实现遥控操作拉移支架，彻底告别以前“蹲伏”式落后的撤架方式，提高回撤效率、保障作业安全。

1 工作面及回撤设备介绍

1.1 工作面概况

二号煤矿418大采高智能化工作面位于矿区四盘区右翼(东南部)，西北为未采区，东南紧邻416采空区，西南至北二二号辅运大巷，东北至201采空区。工作面走向方位为69°，走向长度2 632 m，倾向长度300.5 m，面积78.8万m2，工作面煤层厚度5.2～6.0 m，平均煤厚5.6 m。开采煤层是侏罗纪延安组2号煤层，煤层顶底板情况见表1。

表1 煤层顶底板情况Table 1 Roof and floor condition of coal seam

1.2 智能化综采设备介绍

418综采工作面设备有中部液压支架163台、过渡液压支架4台、端头液压支架8台、胶带巷超前支护液压支架2组、回风巷超前支护液压支架3组、中双链刮板运输机1部、中双链刮板转载机1部、破碎机1部、采煤机1部、自移机尾1部、设备列车35台以及工作面所有线缆、管路、移变、水泵及开关等，见表2。

表2 418工作面设备技术参数表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日开始进行回撤工作。回撤施工主要分为3个阶段，回撤计划工期共计36 d。10月26日至11月5日为第1阶段，主要进行进、回风巷道的设备拆除回撤工作；11月6日至11月15日为第2阶段，主要是进行工作面设备回撤、运输线路的维护和支架回撤前期工作，11月16日至11月30日为第3阶段，主要进行支架的回撤。具体回撤作业为10月26日～31日，胶带运输机、胶带巷管路、线缆及单轨吊的回撤；10月28日～31日，设备列车的回撤和临时供液系统的形成；11月1日～2日，自移机尾、转载机、破碎机的回撤；11月3日～5日，进、回风超前支架的回撤；11月6日～9日，刮板运输机的回撤；11月3日～12日，工作面管路、线缆及支架智能化设施的回撤；11月6日～8日，照明系统、通讯系统的安设；11月13日～15日，胶带巷、工作面起底；11月15日～30日，液压支架的回撤，计划每班回撤4台支架。

2.2 回撤前期准备工作

2.2.1 回撤通道

主要完成回撤通道的施工，包括闭采、扩帮、顶板支护、煤壁支护等。回撤通道施工采用煤机割煤的方式进行，施工宽度3.6 m，高度3.8 m。顶板采用“锚索+锚索梁+高强度聚酯纤维柔性网”联合支护，采用“一梁两索”和单锚索进行相间支护，锚索规格为φ21.8 mm×10 300 mm，锚索梁采用16#槽钢加工而成，梁长2 000 mm，孔距1 400 mm，排距1 750 mm，单锚索托梁采用16#槽钢加工而成，梁长400 mm，间排距800 mm×1 750 mm。煤壁采用“锚杆+塑钢网”联合支护。

2.2.2 运输路线

综采面安装回撤是二号煤矿重点工程，针对使用大型多功能车运输设备，制定了专门的运输路线供回撤专用。一方面根据设备运输尺寸排除掉大巷的管线、牌板等影响因素，另一方面在回撤支架前期对回撤通道进行起底维修保证能够正常回撤。

3 设备回撤方法

3.1 运输工具及路线

回撤所需多功能车有FBL-10、15、40和55各2台，WC40Y和50Y各4台，具体运输安排见表3。综采设备回撤的运输距离为9.1 km，回撤路线为工作面→418胶带巷→418胶带斜巷→北二二号辅运大巷→中央二号辅运大巷→副一斜井→地面。

表3 设备、部件、材料运输所需车辆一览Table 3 List of vehicles needed for transportation of equipment，components and materials

3.2 劳动组织

回撤时采用三班制作业形式，每班有效工时为8 h，见表4。

表4 劳动组织表Table 4 Labor organization table 单位：人

3.3 设备回撤顺序及方法

3.3.1 设备回撤顺序

综采设备回撤:按照带式输送机→设备列车→线缆、管路→单轨吊→自移机尾→转载机→破碎机→超前支架→刮板运输机→采煤机→支架→皮带机头部件的顺序回撤。

带式输送机：按照先拆除皮带架子、托辊等小件，再按顺序拆除皮带机头大架子和驱动部。

设备列车：按照从胶带斜巷口向工作面方向依次回撤。

转载机、破碎机、自移机尾回撤：自移机尾→转载机刮板链→转载机机头→桥身槽→铰接槽→破碎机→转载机机尾。

进风超前支架回撤：按照由巷口向工作面方向进行。进风超前支架拆除并回收后，根据顶板完好情况对胶带巷超前支架支护区域使用单体进行支护，确保顶板安全。

回风超前支架回撤：由巷口向工作面方向进行。按照从外向里顺序将支架移至回风巷能够装车的区域，当支架向外每移动3 m时，在巷道中间施工一个木垛，对顶板进行支护。待回风超前支架全部回撤后，在原回风巷超前支架支护区域施工木垛支护顶板，保障回撤支架期间依然能够形成自然通风。

刮板运输机回撤：按照由机头向机尾方向进行，依次为运输机机头→机头过渡槽→机头偏转槽→中部槽→机尾偏转槽→运输机机尾。

采煤机回撤：按照先拆除前后滚筒，再拆除前后摇臂，最后拆除前后行走部。

液压支架的回撤：按照从机尾向机头方向采用逐架抽出后退式的方法依次回撤，如图1所示。

图1 液压支架回撤示意Fig.1 Schematic diagram of hydraulic support withdrawal

3.3.2 设备回撤方法

将一台30 t的回柱绞车支设在距离机尾15 m处的位置，用4根压柱和2根戗柱将绞车支设稳固，绞车上缠绕φ28 mm钢丝绳50 m，并用4个绳卡卡好绳头。用绞车配合将工作面175#支架调向并撤出，及时在撤出区域施工2个木垛支护顶板，再使用多功能车将175#支架装车回收。然后利用同样的方法依次将174#、173#及172#支架撤出后装车回收，并在支架撤出区域分别施工木垛支护顶板。171#支架抽出后，将支架调向与工作面煤壁平行支设，作为1#掩护支架，然后将提前准备好的2台垛式支架按照1#掩护架的方式支设，2#掩护架距离1#掩护架1 m，3#掩护架距离2#掩护架0.5 m。在后续的出架过程中，每抽出一台支架，掩护架向前移动一次。从170#支架开始采取逐架抽出法回撤支架。支架抽出后，及时施工2个木垛支护出架区域顶板，然后按照从3#掩护支架至1#掩护支架的拉架顺序将掩护支架前移，掩护支架底座不能超过待撤支架靠回风侧的边线[5-7]，使用同样的方法回撤其他支架。

3.4 遥控远程回撤支架技术方案

418工作面回撤时对大采高智能化工作面自动跟机拉架技术进行创新改进，可以通过遥控操作拉移支架。在液压支架回撤工作中引入SAC电液控制系统，为3台掩护支架分别安装一套与工作面液压支架型号一致的电磁阀组和SAC电液控制器(后都简称控制器)，3台掩护支架控制器以及待撤液压支架控制器之间通过conmN/4c型护套连接器连接，可以实现控制器之间的信号传输，同时配备一台和液压支架控制器配套的无线遥控器。在2#掩护支架控制器上安装无线接收器，保证能够接收无线遥控器发送的信号[8-11]。如图2所示，当2#掩护支架需要动作时，可以通过无线遥控器直接控制2#掩护支架控制器，再由控制器控制电磁阀组，从而实现2#掩护支架的动作；当1#掩护支架、3#掩护支架或者待撤液压支架需要动作时，可以使用无线遥控器控制2#掩护支架控制器，再通过控制器的邻架控制功能间接实现1#掩护支架、3#掩护支架或者待撤液压支架的动作。

图2 液压支架远程遥控示意Fig.2 Schematic diagram of hydraulic support remote control

3.5 工作面快速回撤影响因素

3.5.1 工作面回撤地质条件的影响

受工作面闭采质量及矿压显现影响，工作面会出现顶板下沉、支架被压死、局部顶板受压离层或破碎等问题，影响正常回撤支架[12-14]。在418工作面回撤至82#支架时，顶板压力显现明显，直接顶冒落撕开柔性网，造成支架掩埋，回撤困难。通过现场出矸、架棚、联网等措施有效地处理了该问题。这就要求在工作面闭采时一定要合理控制采高，顶板要用锚网索及时支护，并且要保证绝对的支护质量。

3.5.2 闭采和回撤期间的支护工艺改进

418智能化工作面在闭采过程中采用一整张长300 m、宽20 m的高强度聚酯纤维柔性网支护顶板，该网片为整体结构，抗拉性强，在回撤支架时能够有效地支护顶板，避免了以前的铁丝经纬网断裂容易发生漏矸的问题。另外，工作面回撤过程中设置了2台ZZ10000/20/40型液压垛式支架和1台ZY10000-26/55D型支撑掩护式液压支架作为掩护支架，迈步式前进支护顶板，替代以前煤墙侧支护的2个木垛，既安全高效、降低职工劳动强度，又节约成本。但目前回撤一台支架后，空顶区域还必须施工1～2个木垛支护顶板才能保证下一台支架不被压死，顺利回撤，既浪费人力，又浪费成本，该问题还有待进一步改善。

3.5.3 多功能车维修保养

多功能车运输是制约工作面回撤的关键，工作面所有的大型设备如支架、煤机、运输机、转载机、破碎机、设备列车以及皮带机机头等都需要多功能车从井下回收至地面。一方面，需要提前备足多功能车的配件，如空滤、油管、绞车绳等易耗品，另一方面要建设一支技术过硬的多功能车维修队伍，及时对每台车进行维修保养，同时做好每台多功能车的全生命周期管理工作，对重点车辆要跟踪管理，及时掌握每台车的性能和车况。

3.5.4 拆除回收质量要提高

智能化设备及系统在安装工艺上要求比较高，因此在拆除时一定要精准拆除、保证设备的完好和系统的可靠。例如:对于工作面传感器、照明、云台摄像仪及控制器、控制线等要做到细心拆除，包裹好，分类码放装箱回收，切记磕碰颠簸，造成损坏。

4 结语

工作面快速回撤时，一方面要从技术上不断突破，积极引进新技术、新工艺、新装备；另一方面不断创造良好的回撤条件，如提高工作面闭采质量、保证车辆与运输条件等。此外，需加强现场组织管理、规范作业流程，例如，采取在井下现场使用口哨和荧光棒配合指挥，实现程序化作业等。通过一系列的技术工艺改进、新装备的引进使用和科学规范化的现场管理，不断提高回撤效率和管理水平。在实践中，SAC电液控制系统的引入，实现了撤架期间操作人员站在安全区域进行远程控制，有效解决了手动本架操作支架过程中回撤三角区域顶板出现漏顶等问题时对操作人员人身安全造成的威胁。同时，使操作人员的操作位置有了更多的选择性，并可以全方位的观察支架的出架位置，避免了本架操作存在的视觉盲区，保证了液压支架的安全高效回撤。