综采工作面快速回撤临时支护装备及技术分析

高 伟

（山西晋煤集团坪上煤业有限公司， 山西 沁水 048200）

引言

目前我国主要的大型煤矿已经实现了综合机械化采煤，特别是由大功率采煤机、电液控制系统、重型运输系统等组成的大型成套自动化装备的应用，使工作面的回采效率大幅度提高，有效支撑了高产高效矿井建设需要[1-2]。然而随着工作面综采设备的不断成套化、重型化，以及回采地质条件的日益复杂，综采设备回撤工作也越来越困难。而工作面回采速度的加快也对综采设备搬家效率提出了更高的要求[3-5]。

为了解决在有限的回撤空间内有序地进行综采设备回撤难题，提高回撤效率的同时降低回撤成本、保证回撤安全，本文对成套临时支护装备进行了研究，分析了设备参数和特点，根据现场实际情况制定了回撤流程，实现了工作面的安全高效回撤。

1 工作面概况

某矿12090 工作面北部为采区边界，东部为12080 工作面采空区，南部为采区大巷，西部为实体煤。工作面对应地表平坦，无高大建筑物，平均埋深550 m。工作面为走向长臂回采工作面，采用综采一次采全高采煤工艺，全部垮落法管理顶板。工作面走向长2 350 m，倾向长320 m，煤层平均厚度6 m，平均倾角8°，煤层结构简单，偶含一层夹矸，夹矸厚度0.1 m。该工作面煤层伪顶局部发育，岩性炭质泥岩，厚度0～0.4 m，随采随落；直接顶板为泥岩和砂质泥岩，厚度3～6.9 m；基本顶为中- 细粒长石石英砂岩，厚度4.4～12.6 m。顶底板岩性见表1。

2 成套支护装备适用性的分析

2.1 三角区支架

工作面回采结束时，三角区受采动破坏影响，上部岩石发生剧烈运移，岩体较破碎。根据工作面现场实际情况采用三架型号为ZY12000/16.5/30D 的支架组成三角区支护组，其中邻近采空区的支架高度要低于其他两架，使支架从高到低排列，能够很好地适应三角区的垮落形态。三角区支架组采用整体顶梁，位于采空区侧的采用大圆弧端面，可以避免在拉架时对金属网假顶产生破坏；三角区支架利用前方的横梁连接，相互支撑移架，保证了回撤支架时三角区的顶板安全。三角区支架结构见图1，支架参数见表2。

表1 工作面顶底板岩性

图1 三角区支架结构图

表2 三角区支架参数表

2.2 端头掩护支架

工作面端头支架设置在回撤巷道内，可以在工作面移架时保护作业空间以及为移架提供牢固的支点，支架设计为加长顶梁，使其能够提供较大的保护空间；端头支架两架并排布置，并在底座的前部安装高强度定滑轮组，绞车钢丝绳通过滑轮与支架连接，通过绞车牵引拉动支架。端头支架结构见图2，支架参数见表3。

图2 回撤端头支架结构图

表3 端头支架参数表

2.3 绞车支撑平台

综采支架回撤时通常使用绞车回撤，在回撤过程中将钢丝绳绕过端头支架前方安装的定滑轮组进行牵引拉移回撤。传统绞车采用“四压两戗”结合打地锚的方式进行安装，安装工作复杂，劳动强度大。为了解决这些问题，本次采用了绞车支撑平台配合绞车进行支架回撤。绞车支撑平台采用整体底座四柱式支撑，分体顶梁设计，在使用时可利用销子和螺栓将绞车直接固定在支撑平台上，安装简便，降低了劳动强度，可提高安装效率，且绞车支撑平台的使用安全性高于传统安装绞车。

3 掩护式支架控制系统的分析

支架回撤过程中由于端头顶板岩石破碎，漏矸现象时有发生，影响了支架的安全回撤。为了保证回撤人员的施工安全，同时提高支架回撤速度，本次对掩护支架配备了PM32 型集成控制系统，实现了远程遥控和有线电液控制。本控制系统属于临时性装置，为了保证其能够正常连续使用，为其配备了两台充电电源，一备一用，每台保证在无外界电源的情况下可使用12 h，即保证24 h 的正常使用。

1）远程有线电液控制和本架电液控制。掩护支架控制系统主要由电子控制单元和信息系统组成，电子控制单元由电磁先导阀、人机交互界面、传感器、控制器、电源、电缆等组成，见图3。为了实现远程有线控制，在控制系统中嵌入了2 个串联的人机交互界面，其中一个安装在支架上，另一个通过线缆安置在操作区域。在控制支架的时候，操控人员通过人机界面发出控制信号，控制信号经过电磁先导阀转换为液压信号对各液压部件进行控制，进而完成操作。这种远程控制模式保证了操作人员的安全，可视性好，可同时对支架进行快速协同控制。在特殊情况下也可以对本架进行控制。

2）远程遥控控制。为了进一步提高操作的便捷性，在掩护支架电控系统中增加了远程遥控系统，可以利用遥控器对支架进行便捷的远距离操作。该系统不受线路连接以及控制器位置的约束，可独立操作，操作人员在操作过程中具有较大活动性，便于对支架进行多角度观察。

图3 电液控制单元结构示意图

4 布置方式的分析

当工作面切眼距离停采线30～40 m 时，在回撤通道内开始布置端头掩护支架和绞车支撑平台，并将三角区支架布置在相应位置，当切眼推进至停采线停止回采时，对回撤通道临时支护，并依次回撤破碎机、皮带输送机、转载机以及刮板输送机和采煤机，综采支架最后回撤。综采支架回撤时，将绞车拉出的钢丝绳绕过端头掩护支架前面的定滑轮组，然后连接在需要回撤的支架的底座上，以定滑轮为支点进行支架移拉，拉出联络巷口时将支架放置在大型平板车上运出。待工作面回撤5 架之后，将三角区支架移入三角区内，确保三角区支护安全。在整个回撤过程中，各支护、回撤设备需要相互配合，确保高效回撤。掩护回撤支护图见图4。

图4 掩护回撤装备布置方式

5 应用效果

通过12090 工作面综采设备顺利回撤说明，利用三角区支架、端头支架和绞车支撑平台组成的成套装备，可实现工作面综采设备的安全高效回撤。其具体优点为：

1）大幅缩短工作面回撤时间。利用传统的回撤方案进行设备回撤需要45～55 d，而利用成套临时支护掩护回撤将回撤工期缩短至不足15 d，作业时间缩短70%以上。

2）大幅减少工作人员数量。传统由于工序复杂，需要50 人左右，采用临时支护方案仅需10～12 人，减少人工70%以上。

3）大幅减少回撤支护材料成本。传统回撤方式主要依靠单体柱和木垛进行支护，在回撤过程中回收量很少，浪费严重。采用临时支护形式大大减少了支护材料的使用，降低了支护成本。

4）提高了回撤安全性。采用临时支护掩护回撤大幅度提高了端头和三角区顶板管理的有效性，同时远距离操控确保了操控人员的安全性，具有较高的安全效益。