何 明，劉祥兵，馮立友

1中煤科工開采研究院有限公司 北京 100013

2天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部 北京 100013

3兗礦能源集團(tuán)股份有限公司綜機(jī)安撤中心 山東濟(jì)寧 272000

綜采工作面設(shè)備的撤除是煤炭開采過程中一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。在整個(gè)綜采工作面設(shè)備的撤除過程中，液壓支架質(zhì)量占到整個(gè)工作面設(shè)備質(zhì)量的80% 以上，工程量最大，且液壓支架作為工作面頂板支護(hù)設(shè)備，其撤除過程直接關(guān)系到整個(gè)工作面撤除作業(yè)的安全，撤除難度高；因此，液壓支架的撤除是整個(gè)綜采工作面設(shè)備撤除的關(guān)鍵。隨著我國煤礦綜采技術(shù)水平的不斷提高，工作面生產(chǎn)能力和推進(jìn)速度快速提升，工作面設(shè)備的撤除也更加頻繁，液壓支架的撤除直接影響到工作面生產(chǎn)的正常接續(xù)。我國綜采工作面液壓支架技術(shù)已處于世界領(lǐng)先水平，而工作面液壓支架撤除裝備的研發(fā)相對(duì)滯后，難以滿足高效、安全撤除工作面液壓支架的要求[1-5]。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

常用的工作面液壓支架撤除工藝為單通道單翼撤除工藝，如圖 1 所示，主要包括撤除作業(yè)區(qū)頂板的支護(hù)與待撤除液壓支架的抽架、轉(zhuǎn)向和拉移。該工藝撤除作業(yè)區(qū)頂板支護(hù)方式主要采用木垛、單體液壓支柱+工字鋼梁或工作面液壓支架進(jìn)行頂板支護(hù)；抽架方式主要采用礦用絞車+牽引鋼絲繩+回轉(zhuǎn)輪或液壓支架抽架機(jī)進(jìn)行；轉(zhuǎn)向和拉移方式主要采用礦用絞車 +牽引鋼絲繩對(duì)待撤支架進(jìn)行調(diào)向并拉移至運(yùn)輸巷。

圖1 液壓支架單通道單翼回撤工藝Fig.1 Single-passage single-wing hydraulic support withdrawing process

將工作面液壓支架直接作為回撤支架使用存在明顯不足：工作面支架的移架步距通常為 0.6 或 0.8 m，而支架的中心距通常為 1.50、1.75 或 2.05 m，每撤走1 臺(tái)支架，回撤支架需要 2 次以上移架，大幅度增加了支護(hù)作業(yè)時(shí)間；由于回撤巷道頂板暴露時(shí)間較長并受采動(dòng)影響，普遍較為破碎，回撤支架多次移架，反復(fù)支撐頂板，極不利于回撤作業(yè)區(qū)頂板的維護(hù)；支架已經(jīng)過長期使用，自身的可靠性也較差。

采用絞車與牽引鋼絲繩抽架，鋼絲繩容易繃斷滑飛，存在極大的安全隱患，且需要增加臨時(shí)輔助支點(diǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。采用液壓支架抽架機(jī)抽架，不僅速度較慢，而且由于其結(jié)構(gòu)尺寸大，需占用較大的回撤作業(yè)空間，使用受到很大限制。

總之，綜采工作面液壓支架撤除過程中存在撤除作業(yè)區(qū)頂板支護(hù)效果差、待撤除支架抽架難等問題。

2 支護(hù)與抽架一體化支架撤除裝備總體設(shè)計(jì)

針對(duì)綜采工作面液壓支架撤除過程中撤除作業(yè)區(qū)頂板支護(hù)效果差、抽架難的問題，充分總結(jié)兗礦能源集團(tuán)股份有限公司綜機(jī)安撤中心長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析各礦井撤除巷道條件和液壓支架特性，從高效、安全撤除工作面液壓支架出發(fā)，研發(fā)了支護(hù)與抽架一體化液壓支架撤除裝備，主要由回撤支架 (3 架)、輔助支撐裝置、抽架裝置、護(hù)頂鋼釬輸送裝置、推移橫梁及加長橫梁等組成。

支護(hù)與抽架一體化液壓支架撤除裝備布置如圖 2所示。其中回撤支架用于撤除作業(yè)區(qū)頂板的支護(hù)；輔助支撐裝置配合單體液壓支柱用于撤除作業(yè)區(qū)采空側(cè)頂板的輔助支護(hù)；抽架裝置與位于煤壁側(cè)的回撤支架相連，用于待撤除液壓支架的抽架，并隨回撤支架的前移而自動(dòng)前移；護(hù)頂鋼釬輸送裝置用于對(duì)頂板進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)；推移橫梁用于撤除支架的前移；加長橫梁可適應(yīng)撤除巷道不同寬度的要求。

圖2 支護(hù)與抽架一體化液壓支架撤除裝備布置示意Fig.2 Layout of integrated hydraulic support withdrawing equipment

3 回撤液壓支架的研發(fā)

回撤液壓支架的主要作用：支護(hù)撤除作業(yè)區(qū)的頂板，為操作人員提供安全的作業(yè)空間；為待撤除工作面支架的調(diào)向提供回轉(zhuǎn)空間。

兗礦所屬礦井眾多，工作面液壓支架中心距、高度和質(zhì)量相差大，其中本部礦井以 1.50、1.75 m 中心距放頂煤支架為主，支架質(zhì)量不超過 45 t；外部礦井以 1.75、2.05 m 中心距大采高支架為主，支架最大質(zhì)量近 80 t。

根據(jù)回撤液壓支架移架步距大、回撤巷道頂板條件相對(duì)較差的特點(diǎn)，并根據(jù)兗礦本部和外部礦井液壓支架不同情況，分別研發(fā)適用于外部礦井大采高重型液壓支架撤除的回撤支架 (ZY12000/28/58 型回撤液壓支架) 以及適用于本部礦井支架撤除的回撤支架(ZZ6800/20.5/40 型回撤液壓支架)。

ZY12000/28/58 型回撤液壓支架結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，主要技術(shù)參數(shù)如表 1 所列。與工作面液壓支架相比，其突出特點(diǎn)為：移架步距大，可一次性移架到位；底座兩側(cè)對(duì)稱并設(shè)有抽架裝置連接裝置；頂梁上設(shè)有護(hù)頂鋼釬輸送機(jī)構(gòu)；頂梁兩側(cè)設(shè)有固定大側(cè)護(hù)板，對(duì)采空側(cè)進(jìn)行有效擋矸。

圖3 ZY12000/28/58 型回撤液壓支架結(jié)構(gòu)示意Fig.3 Structural sketch of ZY12000/28/58 withdrawing hydraulic support

表1 ZY12000/28/58 型回撤液壓支架主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of ZY 12000/28/58 withdrawing hydraulic support

ZZ6800/20.5/40 型回撤液壓支架結(jié)構(gòu)如圖 4 所示，主要技術(shù)參數(shù)如表 2 所列。除具有 ZY12000/28/58 型回撤液壓支架的突出特點(diǎn)外，其尾梁可實(shí)現(xiàn)下擺 90°，并且底座后端采用可拆卸式結(jié)構(gòu)，可滿足普通礦井支架主體部分整體下井運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

圖4 ZY6800/20.5/40 型回撤液壓支架結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Structural sketch of ZY6800/20.5/40 withdrawing hydraulic support

表2 ZZ6800/20.5/40 型回撤液壓支架主要技術(shù)參數(shù)Tab.2 Main technical parameters of ZZ 6800/20.5/40 withdrawing hydraulic support

4 抽架裝置的研發(fā)

在工作面支架撤除過程中，為了便于待撤除支架的調(diào)向，一般需將待撤除支架向前拉移約 1/2 底座的長度。由于抽架過程中待撤除支架已處于降架狀態(tài)，其上方頂板已無支撐，抽架所用時(shí)間越短越有利于頂板的管理，因而要求抽架裝置能快速完成抽架；大采高重型支架的質(zhì)量近 80 t，要求抽架裝置具有足夠的抽架力。為此研發(fā)了一種快速強(qiáng)力抽架裝置，結(jié)構(gòu)如圖 5 所示，主要由抽架梁、轉(zhuǎn)向軸、滑輪、圓環(huán)鏈、接鏈盒、連接耳軸及抽架千斤頂?shù)冉M成。

圖5 抽架裝置結(jié)構(gòu)示意Fig.5 Structural sketch of withdrawing device

快速強(qiáng)力抽架裝置的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

(1) 抽架梁采用箱型結(jié)構(gòu)梁，結(jié)構(gòu)簡單、強(qiáng)度高；

(2) 通過更換抽架千斤頂可以滿足不同工作面和不同支架的抽架要求，不同抽架千斤頂主要技術(shù)參數(shù)如表 3 所列；

表3 不同抽架千斤頂主要技術(shù)參數(shù)Tab.3 Main technical parameters of various withdrawing jacks

(3) 通過耳軸將抽架機(jī)構(gòu)與回撤支架連接在一起，抽架梁可上下自由擺動(dòng)，適應(yīng)回撤巷道底板的起伏變化；

(4) 抽架梁隨回撤支架的前移而自動(dòng)前移；

(5) 可實(shí)現(xiàn)一次性快速、準(zhǔn)確抽架到位；

(6) 待撤支架與抽架千斤頂之間采用圓環(huán)鏈連接，使用方便、安全性好。

5 輔助支撐裝置的研發(fā)

由于撤除巷道的頂板普遍較為破碎，位于采空側(cè)的回撤支架降架過程中，時(shí)常發(fā)生頂板緊隨支架降架而不斷下沉的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了回撤支架的正常移架。解決該問題通常采用單體液壓支柱對(duì)采空區(qū)一側(cè)進(jìn)行輔助支護(hù)，而單體液壓支柱的回撤不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大且安全性差，為此研發(fā)了一種可實(shí)現(xiàn)單體液壓支柱自動(dòng)前移的輔助支撐裝置。

輔助支撐裝置結(jié)構(gòu)如圖 6 所示，主要由單體支柱安裝筒、支撐座、拉移千斤頂、連接頭及圓環(huán)鏈等組成。輔助支撐裝置的作用是當(dāng)撤架過程中靠采空側(cè)的頂板需要用單體液壓支柱進(jìn)行輔助支護(hù)時(shí)，提供單體液壓支柱固定安裝座，并實(shí)現(xiàn)單體液壓支柱的自動(dòng)回撤。

圖6 輔助支撐裝置結(jié)構(gòu)示意Fig.6 Structural sketch of auxiliary supporting device

6 護(hù)頂鋼釬輸送裝置的研發(fā)

在待撤除支架抽架和調(diào)向過程中，待撤除支架的上方將形成較大的無支護(hù)面積，對(duì)于較為破碎的撤除巷道頂板有時(shí)需要進(jìn)行臨時(shí)護(hù)頂處理，為此研發(fā)了護(hù)頂鋼釬輸送裝置。該裝置主要由鋼釬輸送千斤頂及其固定件、鋼釬輸送導(dǎo)筒等組成，結(jié)構(gòu)如圖 7 所示。

圖7 護(hù)頂鋼釬輸送裝置機(jī)構(gòu)示意Fig.7 Structural sketch of conveyor for roof-protecting drilling rod

根據(jù)護(hù)頂鋼釬使用要求，鋼釬輸送千斤頂行程設(shè)計(jì)為 2 000 mm，并將回撤支架頂梁設(shè)計(jì)為雙層結(jié)構(gòu)，將鋼釬輸送千斤頂安裝在頂梁的上層，可滿足 3～4根 1.9 m 長護(hù)頂鋼釬的輸送要求。該裝置可及時(shí)推送出護(hù)頂鋼釬，實(shí)現(xiàn)待撤支架降架后對(duì)其上方頂板及時(shí)護(hù)頂，并便于后續(xù)加固處理。

7 結(jié)語

支護(hù)與抽架一體化工作面液壓支架撤除裝備的研發(fā)，有效解決了綜采工作面液壓支架撤除過程中頂板支護(hù)效果差和待撤除支架抽架難的問題?；爻分Ъ懿捎么笠萍懿骄?，實(shí)現(xiàn)了一次性移架到位，提高了支護(hù)效率，明顯改善了回撤作業(yè)區(qū)頂板支護(hù)效果；輔助支撐裝置與單體液壓支柱配合使用，完善了對(duì)回撤作業(yè)區(qū)頂板的支護(hù)。抽架裝置結(jié)構(gòu)簡單，抽架力大，可實(shí)現(xiàn)待撤除支架快速、準(zhǔn)確抽架到位，并可隨回撤支架的前移而自動(dòng)前移。

工作面液壓支架撤除裝備的應(yīng)用明顯降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度提高了綜采工作面液壓支架撤除安全性和撤除效率。