神东矿区综采工作面快速回撤临时支护技术研究

原长锁， 闫殿华

（1.国家能源集团神东煤炭集团， 内蒙古 鄂尔多斯 017209；2.山西天地煤机装备有限公司， 山西 太原 030006）

引言

近年来，综采技术装备的自动化程度越来越高，并逐步朝着智能化方向发展，使综采工作面开采效率进一步提高，长壁工作面回采周期越来越短，工作面搬家越来越频繁。基于井下空间有限和综采装备的大型化，在回撤搬家过程中工序复杂，当辅助支护方式不合理时往往会导致搬家周期延长，导致工作面之间接续不合理，影响工作面整体开采效率[1-4]。

1 回撤临时支护装备

根据综采工作面回撤通道实际断面和综采工作面支架布置情况，研制了回撤端头三角区支架组和绞车牵引装置，综合通过理论分析、有限元数值计算对支护设备结构进行了优化，确定三角区支架和绞车牵引装置，用于快速回撤综采工作面支架回撤过程中的临时支护。

1.1 三角区支架组

三角区掩护支架组由三台两柱掩护式液压支架组成，其主要技术参数见表1：

表1 三角区掩护支架组主要技术参数

三角区支架组，如图1 所示。其主要技术特征如下：

图1 三角区支架组

1）三角区支架组由两架ZY12000/18/35D 型两柱掩护式支架和一架ZY12000/16.5/30D 型支架组成，其中靠近老塘一侧支架高度低于其他两台支架，使用时三台支架高度由低到高，能够很好地适应巷道顶板跨落形态，同时避免了采用相同支架高度后，靠近老塘侧支架使用高度过低，长期处于非正常使用高度的问题。

2）三角区掩护支架组将靠近老塘一侧支架顶梁前端设计采用了大半径圆弧端面，使支架在移架时能够凭借顶梁前端的圆弧顺利从网包下挤过，同时避免了移架过程中支架顶梁撕裂顶网，造成顶板岩石冒落的问题。

3）支架靠近老塘一侧设置了侧护板，可避免老塘侧垮落岩石及网包涌入支架内部，保障支架组正常移架步骤的进行。

4）三角区掩护支架组各支架推移杆与迈步横梁连接耳之间设计为十字连接头，可实现推移杆与迈步横梁之间纵横旋转，有效克服使用过程中底板不平整对支架布置造成的困难，并且能够使支架组很好地适应巷道底板。

1.2 绞车支撑装置

根据现有绞车结构形式及布置方式，采用三维模拟分析，设计一种合理的支撑装置结构形式，可快速升降，达到快速撑紧顶、底板，起到对绞车的固定作用，如下页图2 所示。其主要技术参数见下页表2。

表2 绞车支撑装置主要技术参数

图2 绞车牵引装置

绞车支撑装置主要技术特征如下：

1）绞车支撑装置采用四柱支撑形式，取消四连杆结构，采用回弹橡胶块维护立柱稳定，大幅简化了支撑装置结构。

2）绞车支撑装置采用左右分体窄顶梁，通过横向连杆铰接，使顶梁有效适应巷道顶板，提高支撑效率。

3）底座采用窄框架结构形式，在保证满足支架搬运车运输宽度的前提下，实现了支撑装置底座与绞车的合理装配，实现了绞车支撑装置的整体运输、使用。

4）绞车支撑装置电液控制系统能够对立柱支撑力进行实时监控预警，并能够在压力低于设定值时进行自动补压，保证了支撑的稳定性。

2 回撤工艺研究

神东矿区综采工作面回撤采用“内外辅巷多通道快速回撤工艺”，即事先在工作面停采线处平行开掘两条通道，分别为回撤主通道及辅助回撤通道，两回撤通道之间每隔50 m 左右布置联络巷，将主、辅回撤通道连通。回撤时从工作面中部一联巷处将正对联巷的综采液压支架撤出后，分别朝两个方向进行液压支架的回撤。回撤采用“抽芯”回撤方式，即将回撤端头第二架支架撤出后，采用木垛对原支架位置处的顶板进行支护，然后再回撤第一架支架，依次循环完成整个工作面液压支架的回撤工作。

采用三角区掩护支架组进行临时支护后，原有的“抽芯”式回撤方式将变为顺序回撤方式，三角区掩护支架组沿回撤通道回撤方向布置，垂直于待回撤工作面液压支架。回撤过程中将回撤端头第一架支架撤出后，三角区掩护支架组通过迈步自移实现支架组推进，对综采液压支架撤出后的顶板进行有效支护，然后进行下一支架的回撤工作。综采液压支架撤出后，三角区掩护支架组能够实现机械化自移并对暴露的顶板进行及时支护，不必再采用木垛进行支护，可有效避免人工搭设木垛，有效降低工人劳动强度，同时避免了大量木材等资源的浪费，有效节约了生产成本，提高了回撤作业效率。三角区掩护支架组布置，如图3 所示。

图3 三角区掩护支架组布置图

3 应用效果

3.1 三角区掩护支架组

3×ZY12000 型三角区掩护支架组于2016 年3 月首次投入使用，用于综采面液压支架回撤作业端头三角区顶板支护，截至2017 年3 月该套设备共完成6 个工作面液压支架回撤作业工作，实现了回撤作业端头的机械化支护，基本上取代了木垛、原木支护方式。三角区掩护支架组井下使用情况，如图4 所示。工业性试验阶段取得了较好的使用效果，主要体现在以下几点：

图4 三角区掩护支架组井下使用

1）避免了大量方木、圆木等生产材料的使用和浪费，回撤作业生产成本大幅缩减。三角区掩护支架组的使用，改变了传统回撤方式中采用木垛、圆木用于回撤端头顶板支护的方式，避免了大量木材的浪费，有效节约生产成本。统计数据显示，采用三角区掩护支架组后，平均每回撤一台综采支架可节省费用约4 000 元，单个工作面回撤可节约材料成本约80 万元，节约率达80%以上。

2）综采工作面液压支架回撤效率显著提高。三角区掩护支架组实现了综采工作面回撤端头三角区顶板的机械化支护，避免了人工搭建木垛进行顶板支护的过程，同时三角区掩护支架组具备的机械自移功能，能够实现支架组自移，有效提高了综采面回撤速度。

3）有效减轻回撤作业劳动强度，降低作业风险，提高安全性。综采液压支架回撤过程中，工人需要在顶板无有效支撑的情况下手工搭接木垛、圆木对顶板进行支护，工人劳动强度大，且长期暴露在巷道顶板下存在安全隐患。采用三角区掩护支架组后基本取消了木垛支护，无须人工搭建木垛支架，工人劳动强度大幅降低。同时三角区掩护支架组配备远程遥控系统，操作工人可在安全地点通过遥控器对支架动作进行无线遥控，作业安全性有效提高。

3.2 绞车支撑装置

JC2530 型绞车支撑装置于2016 年6 月完成了JSDB-19 型绞车改造及其与支撑装置的装配，该设备于2016 年8 月首次投入使用，用于工作面液压支架回撤作业，截至2016 年12 月共完成6 个工作面液压支架回撤作业工作。绞车支撑装置与JSDB-19（无锡南泉）型绞车完成整体装配后，大大简化了绞车的支撑方式，取消了“四压两戗”支护的支设，提高了绞车使用的效率和使用安全性，整体效果良好，达到了预期要求。绞车支撑装置井下应用情况，如图5所示。具体使用效果表现在以下几点：

图5 绞车支撑装置井下应用

1）实现了绞车与支撑装置的一体化。绞车支撑装置根据配套绞车结构特点设计，通过固定销轴和螺栓将支撑装置与绞车结合为一体。配套后整体结构紧凑，便于对绞车支撑装置进行整体搬运。

2）实现了绞车的机械化锚固支撑。绞车支撑装置通过自带的四根立柱实现整个装置的支撑固定，并可实现对立柱支撑压力的实时监控，避免了传统以单体液压支柱固定方式存在的支撑锚固作业劳动强度大、锚固力大小无法监控等使用弊端，有效简化了绞车锚固过程，并提高了使用安全性。

4 结语

三角区掩护支架组的成果研制与应用改变了综采工作面液压支架回撤端头三角区顶板支护方式，实现了三角区顶板的机械化支护和支护设备的机械化迈步自移。该设备的应用，有效提高了综采工作面液压支架的回撤效率，一定程度上保障了煤矿生产的正常有序接续，同时改变了传统支护方式，有效节约了生产成本，对于保障回撤作业安全性、提高回撤效率、缩减生产成本具有重要意义。绞车支撑装置的研制实现了回柱绞车和支撑装置的一体化装配、运输，实现了绞车的机械化固定，对于提高绞车使用效率和安全性发挥了巨大作用，应用效果显著，具有广泛推广应用价值。