综采工作面液压支架快速回撤工艺优化

郭 琛

（晋能控股煤业集团综采装备安装分公司，山西 大同 037003）

1 8311 工作面概况

晋能控股煤业集团塔山矿雁崖扩区8311 工作面位于井田三盘区，工作面东部、南部、西部为实煤区，北部为盘区西翼回风巷、皮带巷、辅运巷。

8311 工作面采用综合机械化回采工艺，工作面走向长度为1200 m、倾向长度为210 m，工作面回采煤层为山西组4 号煤层，4 号煤层为半亮型、暗淡型煤，块状。本煤层属复杂结构煤层，总厚度为2.00～3.60 m，平均厚度为2.80 m，利用厚度为1.80～3.30 m，煤层中普遍含有1 层夹石，局部含有2层夹石，平均倾角为3°。

根据8311 工作面采煤方式、煤层厚度及围岩特征，本工作面中部采用ZZ10000/20/38 支撑掩护式液压支架127 架、ZZG10000/20/38 过渡液压支架5 架（头2 尾3 过渡支架）、ZTZ10000/25/38 端头液压支架1 架。支架型号、采煤机截深确定工作面最小控顶距5.51 m，最大控顶距为6.31 m，端面距为0.45 m。

截至2020 年9 月21 日工作面已推进1109 m，距停采线还剩7 m，工作面回采结束后需对工作面内采煤机、刮板输送机液压支架进行回撤。

2 液压支架原回撤方案及问题分析

2.1 支架原回撤方案

1）工作面回采至距停采线4.0 m 处时液压支架停止前移，采用采煤机施工回撤通道，回撤通道长度为210 m、宽度为4.5 m、高度为3.5 m，回撤通道顶板采用锚杆（索）、金属网支护，护帮采用单锚杆支护。

2）回撤通道内采煤机及刮板输送机回撤后，在工作面头尾端以及中部每隔50 m 安装一部双向绞车，在回撤通道煤壁与底板处每10 m 施工一组拉架锚杆，每组2 根，锚杆外露长度为0.3 m，同时在回撤通道中部安装一条轨道。

3）双向绞车安装后开始进行支架回撤，首先利用机头绞车及拉架锚杆将1 号、2 号支架拉出并调向，利用1 号、2 号支架作为掩护支架对回撤通道顶板进行支护。

4）支架从机头向机尾方向依次回撤，回撤时先将3 号支架拉至回撤通道，利用绞车及拉架锚杆进行调向，然后装车运出，3 号支架运出后及时将掩护支架前移一个步距（1.8 m），移架后对掩护支架与采空区侧三角空顶区进行支护。

2.2 主要存在的问题

1）支架回撤周期长。回撤通道施工12 d 后底板出现严重底鼓现象，对回撤通道轨道运输影响大，需对底鼓区进行人工起底、浇筑等施工，施工周期长、劳动作业强度大；同时采用双向绞车调向、拉架以及三角区支护时，施工周期长，平均每架支架回撤时长为3.5 h，每天回撤4 架，整个工作面支架回撤周期为32 d，支架回撤周期长，对工作面衔接影响大。

2）安全系数低。传统移架工艺采用2 架端头支架进行掩护回撤，支架在回撤过程中掩护支架与采空区之间形成大面积悬顶，最大悬顶面积达20 m2，悬顶处传统主要采用三组木垛和10 根单体柱进行支护，随着工作面支架回撤数量增加，工作面来压显现严重，造成悬顶处顶板出现严重破碎现象，原木垛、单体柱支护效果差，导致局部支架出现压架现象，威胁着工作面安全高效回撤。

3）回撤费用高。由于受回撤通道底鼓影响，回撤通道内安装的轨道损坏严重，需定期进行更换；同时悬顶处木垛及单体柱在应力作用下出现严重变形现象，增加了回撤工作面设备维修费用及支护成本费用。

3 液压支架回撤工艺优化

3.1 支架回撤工艺优化

为了提高工作面液压支架回撤效率，保证支架回撤安全，决定对8311 工作面支架回撤工艺进行合理优化，将原掩护支架数量增加至3 架，采用单轨吊代替传统轨道运输[1-3]，并投入液压抽架平台进行支架抽架、导向等工序。

3.1.1 回撤掩护系统优化

1）由于传统掩护系统主要采用2 架支架进行掩护，掩护面积小，造成三角区悬顶面积大，顶板破碎严重，所以决定增加掩护支架的数量，由2 架增加至3 架，在提高支护面积的同时减小三角区悬顶面积。

2）首先采用液压抽架平台将4 号、5 号支架抽出并进行调向，对4 号、5 号支架处采用密集单体柱支护；支架抽出后将1 号、2 号支架依次抽出并调向，1号支架紧贴巷帮，3 号支架调向后实现3 号支架同步支护，如图1 所示。

3）掩护支架调向后对三角区悬顶支设一架木垛，并采用单体柱支护，单体柱采用“两架一梁”支护方式，采用π 型顶梁，顶梁长度为1.5 m，与传统单体柱相比，该支护强度高，单体柱变形率低。

3.1.2 液压抽架平台应用

1）传统拉架系统主要采用双向绞车及拉架锚杆对支架进行拉架、调向，为了提高拉架效率，决定采用液压抽架平台，该装置具有拉架、调向、支护等功能[4-5]；抽架平台液压系统与支架液压系统串联，拉架时先对支架进行降架处理，然后利用牵引机构将支架拉至平台上，利用装置中旋转机构对支架进行调向处理。

2）当支架运出后将抽架平台液压系统与3 架掩护支架液压系统串联，并将牵引机构分别与1 号、2 号、3 号支架连接，前移掩护支架顺序为1 号→2号→3 号支架；移架工序为先对1 号支架进行降架处理，然后利用牵引机构将1 号支架前移一个步距（1.75m）；1 号支架移架到位后及时升架，然后依次移2 号、3 号支架，移架工序与1 号支架相同。

3.1.3 单轨吊运输系统

为了解决传统有轨运输时，受底鼓影响导致轨道变形严重，支架运输危险系数高等技术难题，决定对原支架运输系统进行优化，安装一套单轨吊运输系统，首先在回撤通道顶板安装单轨吊梁，每根道吊梁长度为1.5 m，并采用锚杆与顶板进行固定，当支架抽出后及时采用单轨吊运出工作面。

3.2 实际应用效果分析

为了验证支架回撤方案优化后取得的效果，分别从支架回撤周期、经济效益等两方面进行对比分析。

3.2.1 缩短支架回撤周期

采用传统工艺进行支架回撤时，8311 工作面支架回撤周期为32 d，而回撤工艺优化后支架回撤周期为21 d，缩短了11 d，大大缩短了支架回撤周期，如表1 所示。

表1 回撤工艺对比

3.2.2 降低回撤费用

8311 工作面采用传统支架回撤工艺时，由于工作面轨道损坏、单体柱等设备损坏严重，支护设木垛数量多，设备维修及支护费用达47.8 万元，而回撤工艺优化后设备损坏量减少，设备维修及支护费用减少了28.9 万元；同时优化后回撤工艺缩短了11 d 回撤工期，按每天工作面18 人计算，每人每天劳动费用为400 元，每天劳动费用7200 元，11 d 可减少劳动费用为7.92 万元。

4 结语

综采装备安装分公司对塔山矿雁崖扩区综采工作面传统支架回撤工艺进行合理优化后，与传统回撤工艺相比，提高了支架回撤周期，降低了支架回撤劳动作业强度，保证了支架回撤安全，解决了复杂条件下工作面支架回撤难度大、效率低等技术难题，取得了显著应用成效。