综采工作面液压单体柱远程回柱装置应用

赵雪空

（晋能控股煤业集团雁崖煤业大同有限公司，山西 大同 037031）

引言

矿用液压单体柱配合工字钢和板梁进行支护是井下常用的一种加强支护的方法，单体柱的注液升柱、超载溢流、泄载降柱主要是通过三用阀来实现的，目前井下单体柱回柱时，主要采用专人扶柱，一人按压三用阀卸液的方式进行回柱[1]。这种回柱方式必须要求人员站在单体柱附近，当顶板不好，或是单体柱柱头有柱帽或板梁等物体时，在单体柱下落过程中对顶部物体的支撑力下降，有掉落伤人的风险。本文重点以8311 工作面为研究对象，决定对工作面单体柱采用一套远程回柱装置，分析了该装置结构及工作原理，力求保证工作面单体柱回柱安全。

1 8311 工作面概述

晋能控股煤业集团雁崖煤业大同有限公司8311工作面位于塔山三盘区西翼，工作面西部为实煤区，南部为8312 工作面，东部为三盘区大巷，北部为8309 工作面采空区。

8311 工作面设计走向长度为1 200 m，倾向长度为185 m，工作面回采煤层为山西组4 号煤层，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2.0～3.60 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，夹石岩性为灰黑色砂质泥岩、黑色泥岩、灰褐色高岭岩，煤层顶底板岩性如表1 所示。

表1 山西组4 号煤层顶底板岩性汇总

2 工作面超前应力区临时支护现状

2.1 支护方式

为了降低工作面回采期间超前应力区对头尾顺槽顶板产生的破坏作用，工作面回采期间对顺槽超前应力区采用DW28-250/100 型液压单体柱进行临时支护，每排支设3 架，单体柱与长度为0.6 m 的“π”型顶梁进行联合支护，支护间距为1.5m、排距为1.0m，超前支护长度为30 m。单体柱具体技术参数如表2 所示。

表2 DW28-250/100 型液压单体柱技术参数

2.2 支护现状

由于8311 工作面采用小煤柱回采，与8312 工作面布置煤柱厚度均为6.0 m，工作面在回采过程中应力大，特别在超前应力区顶板破碎严重，采用单体柱进行加强支护时，局部支护出现单体柱变形、插顶现象；单体柱一旦出现变形后需及时回柱并重新补打，单体柱采用人工回柱方式，但是进行传统人工回柱时，受顶板影响，在过程中很容易出现伤人事故，根据综采一队统计，2021 年综采工作面超前应力区人工回柱时共计发生8 起回柱伤人事故，经济损失达30 余万元。

3 单体柱远程回柱装置应用

为了保证回柱施工安全，综采一队通过技术研究决定采用由晋城蓝焰煤业股份有限公司设计的单体柱远程回柱装置。

3.1 装置结构组成

1）液压单体柱远程回柱装置，包括操作机构、执行机构、传动线芯和柔性限位套管等部分组成，如下页图1 所示。

图1 液压单体柱远程回柱装置结构示意图

2）操作机构主要由第一操作杆和第二操作杆组成，第一操作杆和第二操作杆在其中上部采用铰接连接，位于铰接点以下的部分采用向外分离叉开结构；分别在第一、第二操作杆的顶端向上安装固定挡片。

3）执行机构主要由压板和底板等部分组成，压板的一端与底板的一端采用铰接连接，压板的另一端向外安装固定挡片，底板的另一端向外同样安装固定挡片[2]；底板的上固定有贯穿其上下设置的定位导向筒，压板上对应定位导向筒的位置处铰接连接有插装在定位导向筒内的挤压杆。

4）压板的底板面两侧向内开设有活动槽，两个活动槽之间形成铰接板，挤压杆的顶端设有铰接耳板，挤压杆上的铰接耳板通过铰接轴铰接连接在压板上的铰接板上。

5）传动线芯连接在操作机构与执行机构之间，具体是：传动线芯的一端固定在第一固定挡片上、另一端固定在第四固定挡片上，同时传动线芯的线身依次穿过第二固定挡片和第三固定挡片[3]。

6）柔性限位套管套装在位于操作机构与执行机构之间的传动线芯的线身上，柔性限位套管的一端卡置在第二固定挡片上、另一端卡置在第三固定挡片上。

3.2 装置工作原理

使用时，根据现场环境选择适合长度的柔性限位套管和传动线芯，然后将执行机构上的定位导向筒卡在单体柱的三用阀上，人员站在安全区域后捏合操作机构，通过传动线芯及柔性限位套管的配合而传递一个位移，最终使得执行机构上的挤压杆用阀进行按压，三用阀卸液，实现单体柱远程回柱。

4 结构优点及实际应用效果分析

4.1 装置结构优点

1）结构简单成本费用低：该装置设计结构相对简单，生产制造方便，整套装置成本费用不足0.31 万元，成本费用低，而且该装置在使用过程中故障率低，可用于不同型号的液压单体柱，实用性强。

2）自动化水平高：与传统人工回柱方式相比，单体柱远程回柱装置主要利用动传动线芯收回，传动线芯拉动执行机构闭合，挤压板从而带动挤压杆沿着定位导向筒向下移动，挤压杆就可以达到按压三用阀卸液的目的，实现单体柱远程回柱的功能。

3）劳动强度低、安全系数高：与传统人工回柱方式相比，液压支柱采用该装置进行回柱时仅需1～2名操作工即可，回柱速度快、效率高，大大降低了回柱劳动作业强度，同时采用该装置回柱时操作人员站在距支护区5.0 m 左右处，保证了回柱施工安全，避免传统回柱时伤人事故发生。

4.2 实际应用效果分析

2021 年2 月8311 工作面采用单体柱远程回柱装置，通过6 个月实际应用效果来看，采用该装置后，回柱施工人数由原来的4 人减少为现在的2 人，减少了回柱作业人员，降低了劳动作业强度；回柱时间由原来的14 min/根缩短为6 min/根，大大缩短回柱时间，提高了回柱效率；同时采用该装置回柱后全年未发生一起回柱伤人事故，保证了回柱施工安全，降低了事故率。

5 结语

综采一队针对8311 工作面前期回采过程中液压单体柱回收时主要存在的技术难题，采用了一套单体柱远程回柱装置，实际应用效果表明：该装置在使用过程中具有回柱效果好、故障率低、安全系数高以及自动化水平高等优点，采用该装置后能够降低回柱事故率，有效保证工作面支护安全，取得了显著应用成效。