高 偉

（山西晉煤集團坪上煤業(yè)有限公司， 山西 沁水 048200）

引言

目前我國主要的大型煤礦已經(jīng)實現(xiàn)了綜合機械化采煤，特別是由大功率采煤機、電液控制系統(tǒng)、重型運輸系統(tǒng)等組成的大型成套自動化裝備的應(yīng)用，使工作面的回采效率大幅度提高，有效支撐了高產(chǎn)高效礦井建設(shè)需要[1-2]。然而隨著工作面綜采設(shè)備的不斷成套化、重型化，以及回采地質(zhì)條件的日益復(fù)雜，綜采設(shè)備回撤工作也越來越困難。而工作面回采速度的加快也對綜采設(shè)備搬家效率提出了更高的要求[3-5]。

為了解決在有限的回撤空間內(nèi)有序地進行綜采設(shè)備回撤難題，提高回撤效率的同時降低回撤成本、保證回撤安全，本文對成套臨時支護裝備進行了研究，分析了設(shè)備參數(shù)和特點，根據(jù)現(xiàn)場實際情況制定了回撤流程，實現(xiàn)了工作面的安全高效回撤。

1 工作面概況

某礦12090 工作面北部為采區(qū)邊界，東部為12080 工作面采空區(qū)，南部為采區(qū)大巷，西部為實體煤。工作面對應(yīng)地表平坦，無高大建筑物，平均埋深550 m。工作面為走向長臂回采工作面，采用綜采一次采全高采煤工藝，全部垮落法管理頂板。工作面走向長2 350 m，傾向長320 m，煤層平均厚度6 m，平均傾角8°，煤層結(jié)構(gòu)簡單，偶含一層夾矸，夾矸厚度0.1 m。該工作面煤層偽頂局部發(fā)育，巖性炭質(zhì)泥巖，厚度0～0.4 m，隨采隨落；直接頂板為泥巖和砂質(zhì)泥巖，厚度3～6.9 m；基本頂為中- 細粒長石石英砂巖，厚度4.4～12.6 m。頂?shù)装鍘r性見表1。

2 成套支護裝備適用性的分析

2.1 三角區(qū)支架

工作面回采結(jié)束時，三角區(qū)受采動破壞影響，上部巖石發(fā)生劇烈運移，巖體較破碎。根據(jù)工作面現(xiàn)場實際情況采用三架型號為ZY12000/16.5/30D 的支架組成三角區(qū)支護組，其中鄰近采空區(qū)的支架高度要低于其他兩架，使支架從高到低排列，能夠很好地適應(yīng)三角區(qū)的垮落形態(tài)。三角區(qū)支架組采用整體頂梁，位于采空區(qū)側(cè)的采用大圓弧端面，可以避免在拉架時對金屬網(wǎng)假頂產(chǎn)生破壞；三角區(qū)支架利用前方的橫梁連接，相互支撐移架，保證了回撤支架時三角區(qū)的頂板安全。三角區(qū)支架結(jié)構(gòu)見圖1，支架參數(shù)見表2。

表1 工作面頂?shù)装鍘r性

圖1 三角區(qū)支架結(jié)構(gòu)圖

表2 三角區(qū)支架參數(shù)表

2.2 端頭掩護支架

工作面端頭支架設(shè)置在回撤巷道內(nèi)，可以在工作面移架時保護作業(yè)空間以及為移架提供牢固的支點，支架設(shè)計為加長頂梁，使其能夠提供較大的保護空間；端頭支架兩架并排布置，并在底座的前部安裝高強度定滑輪組，絞車鋼絲繩通過滑輪與支架連接，通過絞車牽引拉動支架。端頭支架結(jié)構(gòu)見圖2，支架參數(shù)見表3。

圖2 回撤端頭支架結(jié)構(gòu)圖

表3 端頭支架參數(shù)表

2.3 絞車支撐平臺

綜采支架回撤時通常使用絞車回撤，在回撤過程中將鋼絲繩繞過端頭支架前方安裝的定滑輪組進行牽引拉移回撤。傳統(tǒng)絞車采用“四壓兩戧”結(jié)合打地錨的方式進行安裝，安裝工作復(fù)雜，勞動強度大。為了解決這些問題，本次采用了絞車支撐平臺配合絞車進行支架回撤。絞車支撐平臺采用整體底座四柱式支撐，分體頂梁設(shè)計，在使用時可利用銷子和螺栓將絞車直接固定在支撐平臺上，安裝簡便，降低了勞動強度，可提高安裝效率，且絞車支撐平臺的使用安全性高于傳統(tǒng)安裝絞車。

3 掩護式支架控制系統(tǒng)的分析

支架回撤過程中由于端頭頂板巖石破碎，漏矸現(xiàn)象時有發(fā)生，影響了支架的安全回撤。為了保證回撤人員的施工安全，同時提高支架回撤速度，本次對掩護支架配備了PM32 型集成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠程遙控和有線電液控制。本控制系統(tǒng)屬于臨時性裝置，為了保證其能夠正常連續(xù)使用，為其配備了兩臺充電電源，一備一用，每臺保證在無外界電源的情況下可使用12 h，即保證24 h 的正常使用。

1）遠程有線電液控制和本架電液控制。掩護支架控制系統(tǒng)主要由電子控制單元和信息系統(tǒng)組成，電子控制單元由電磁先導閥、人機交互界面、傳感器、控制器、電源、電纜等組成，見圖3。為了實現(xiàn)遠程有線控制，在控制系統(tǒng)中嵌入了2 個串聯(lián)的人機交互界面，其中一個安裝在支架上，另一個通過線纜安置在操作區(qū)域。在控制支架的時候，操控人員通過人機界面發(fā)出控制信號，控制信號經(jīng)過電磁先導閥轉(zhuǎn)換為液壓信號對各液壓部件進行控制，進而完成操作。這種遠程控制模式保證了操作人員的安全，可視性好，可同時對支架進行快速協(xié)同控制。在特殊情況下也可以對本架進行控制。

2）遠程遙控控制。為了進一步提高操作的便捷性，在掩護支架電控系統(tǒng)中增加了遠程遙控系統(tǒng)，可以利用遙控器對支架進行便捷的遠距離操作。該系統(tǒng)不受線路連接以及控制器位置的約束，可獨立操作，操作人員在操作過程中具有較大活動性，便于對支架進行多角度觀察。

圖3 電液控制單元結(jié)構(gòu)示意圖

4 布置方式的分析

當工作面切眼距離停采線30～40 m 時，在回撤通道內(nèi)開始布置端頭掩護支架和絞車支撐平臺，并將三角區(qū)支架布置在相應(yīng)位置，當切眼推進至停采線停止回采時，對回撤通道臨時支護，并依次回撤破碎機、皮帶輸送機、轉(zhuǎn)載機以及刮板輸送機和采煤機，綜采支架最后回撤。綜采支架回撤時，將絞車拉出的鋼絲繩繞過端頭掩護支架前面的定滑輪組，然后連接在需要回撤的支架的底座上，以定滑輪為支點進行支架移拉，拉出聯(lián)絡(luò)巷口時將支架放置在大型平板車上運出。待工作面回撤5 架之后，將三角區(qū)支架移入三角區(qū)內(nèi)，確保三角區(qū)支護安全。在整個回撤過程中，各支護、回撤設(shè)備需要相互配合，確保高效回撤。掩護回撤支護圖見圖4。

圖4 掩護回撤裝備布置方式

5 應(yīng)用效果

通過12090 工作面綜采設(shè)備順利回撤說明，利用三角區(qū)支架、端頭支架和絞車支撐平臺組成的成套裝備，可實現(xiàn)工作面綜采設(shè)備的安全高效回撤。其具體優(yōu)點為：

1）大幅縮短工作面回撤時間。利用傳統(tǒng)的回撤方案進行設(shè)備回撤需要45～55 d，而利用成套臨時支護掩護回撤將回撤工期縮短至不足15 d，作業(yè)時間縮短70%以上。

2）大幅減少工作人員數(shù)量。傳統(tǒng)由于工序復(fù)雜，需要50 人左右，采用臨時支護方案僅需10～12 人，減少人工70%以上。

3）大幅減少回撤支護材料成本。傳統(tǒng)回撤方式主要依靠單體柱和木垛進行支護，在回撤過程中回收量很少，浪費嚴重。采用臨時支護形式大大減少了支護材料的使用，降低了支護成本。

4）提高了回撤安全性。采用臨時支護掩護回撤大幅度提高了端頭和三角區(qū)頂板管理的有效性，同時遠距離操控確保了操控人員的安全性，具有較高的安全效益。