孤岛综采工作面设备快速安全回撤工艺_荣飞.pdf

702023 年第 2 期孤岛综采工作面设备快速安全回撤工艺荣 飞（晋能控股煤业集团综采装备安装分公司，山西 大同 037001）摘 要 同忻煤矿首个孤岛工作面受三面采空区的应力作用，为了降低综采回撤风险，创新停采支护方式、两巷设备回撤工艺、快速撤架技术以及运输方式，实现了减人增效，提质增效。关键词 孤岛工作面；综采；设备回撤；支护中图分类号 TD823.97 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.026Rapid and Safe Withdrawal Process of Equipment in Isolated Island Fully Mechanized Mining FaceRong Fei(Jinneng Holding Coal Industry Group Fully Mechanized Mining Equipment Installation Branch,Shanxi Datong 037001)Abstract:The first isolated island working face of Tongxin Coal Mine is affected by the stress of three sides of goaf.In order to reduce the risk of fully mechanized mining withdrawal,innovative mining stop support mode,two roadway equipment withdrawal process,rapid shelf removal technology and transportation mode are realized to reduce personnel and increase efficiency,improve quality and increase efficiencyKey words:island coal face;fully mechanized mining;equipment withdrawal;support收稿日期 2022-08-04作者简介 荣飞（1971），男，山西浑源人，2013 年毕业于中北大学控制工程专业，硕士研究生，高级工程师，现任职晋能控股煤业集团综采装备安装分公司总经理，主要从事煤矿开采技术、煤矿机电设备、煤矿顶板治理等方面的研究。荣 飞：孤岛综采工作面设备快速安全回撤工艺荣 飞：孤岛综采工作面设备快速安全回撤工艺同忻煤矿 8102 工作面可采走向长度 1400 m，倾斜长度 251 m，煤层厚度为 1518 m，东部为实煤区，北部为 8103 工作面采空区，西部为三条盘区大巷，南部为 8101 工作面采空区。上部对应侏罗系 14#层为永定庄矿 8218、8216、8214、8212、8210、8207、8205、8203 工作面采空区，与该层间距为 144159 m1。8102 工作面受南北两侧以及上覆采空区的影响，应力较集中，形成了安全风险。通过对停采支护方式和回撤支架等工艺进行创新，提高了回撤期间的安全性，实现工作面设备的快速回撤2。1 停采支护1.1 优化支护方案在距离停采线 20 m 时，沿工作面顶板从头至尾连续铺设两块 125 m 聚酯纤维柔性网3，规格为JDPET900800MS。在工作面液压支架主顶梁位置共布置 6 排支护：2 排 6.3 m 锚索+两眼工字钢，1 排铅丝吊挂工字钢，3 根 5 分钢丝绳柔性支护。在扩刷机道位置共布置 8 排支护：5 排 2.8 m 锚杆+钢带，1排8.3 m锚索+钢带，1排组合锚索，1排4.5 m 长 8.3 m 锚索+双眼工字钢。1.2 停采支护创新点（1）采用 5 分钢丝绳支护可以配合支架间的纵向钢丝绳形成经纬柔性支护网，能够有效支撑纤维网，严格控制三角区的网包，避免破损漏煤4。（2）回撤支架期间掩护支架后方的顶板可以有效垮落，并随掩护支架的前移顶板一直软托。将挑梁上的三眼锚索变成两眼锚索后，可以有效释放顶板压力，并且在顶板垮落时，顶板会从三角区一直软托至采煤侧，形成一个“斜三角”，保证工作面回风正常。1.3 停采支护优化后顶板状态的变化通过对回撤期间顶板状态观测，发现从开始回撤工作面支架时，顶板压力几乎无变化5。随着回撤进程，顶板压力逐渐增大，在回撤至 80#70#支架时，顶板压力最大。在回撤完 129#支架，拉移掩护支架的过程中，掩护支架后撤空区顶板大面积垮712023 年第 2 期荣 飞：孤岛综采工作面设备快速安全回撤工艺荣 飞：孤岛综采工作面设备快速安全回撤工艺落，是 8102 工作面回撤支架期间顶板第一次来压。随后，掩护支架后方顶板随着工作面支架的回撤持续软托卸压。2 基础设备回撤工艺工序创新2.1 实施方案两巷设备及工作面输送机等设备的回撤工艺工序按照下列步骤依次展开：（1）在 2102 巷回撤设备列车的同时，5102 巷回撤前刮板输送机机尾；（2）5102 巷开始回撤前刮板输送机机槽至采煤机机组位置，2102巷则开始回撤自移机尾及破碎、转载系统；（3）2102 巷进行前刮板输送机机头和机槽的回撤，直至采煤机机组靠头位置，用两辆 55T 铲运车对叉方式经 2102 巷将机组回撤出井；（4）机组回撤完毕后，2102 巷开始回撤端头支架、过渡支架及后刮板输送机机头；（5）5102 巷回撤尾部过渡支架、后刮板输送机机尾和机槽，并开始进行机道硬化。2.2 回撤用时对比表 1 基础设备回撤用时对比分项工程原施工时间/d现施工时间/d回撤设备列车、转破系统44回撤前刮板输送机整部、机组及端头支架6回撤后刮板输送机整部48机道硬化5合计1912如表 1 所示，通过回撤工序的改进，有效节省了回撤所用时间，保证了人员的安全，降低了工作面设备回撤成本。3 回撤支架工艺创新3.1 掩护支架布置形式（1）待基础设备回撤完毕后，将工作面尾部 4部中间支架依次调向，形成间距为 350 mm 的掩护支架组。（2）将掩护支架推移横梁与四掩护支架推移油缸连接。（3）对四掩护支架进行远程控制，设置控制器、信号发射器，使用遥控器来同时控制四掩护支架的动作。3.2 新型撤架机构的应用新型撤架机构是基于推移横梁设计安装的，保证其能够协同掩护支架实现自移。新型撤架机构能够产生 600 kN 的牵引力，同时能够将撤架距离提升至 6 m 以上。其主要工作原理是通过两根对向安装的油缸推拉导向轮，从而收缩牵引圆环链，实现被撤支架的水平抽出，如图 1。图 1 掩护架自移协同撤架装置3.3 控制系统对四掩护架及撤架机构进行远程控制设计。掩护架主要涉及到前立柱升降、后立柱升降及推移油缸的伸缩三个功能；撤架机构主要涉及两根油缸的推移功能。由于工作面支架已更新为电液控支架6，只需设置控制器、信号发射器，使用遥控器同时控制掩护架自移以及撤架机构的动作。控制电路包括主控模块、输入模块、输出模块、电源模块、四掩护支架及撤架机构相应动作的继电器。3.4 新型工艺的优势（1）新型工艺实现了“一人多控，远程遥控”的目标，降低了人员作业劳动强度；替代传统绞车回撤支架，减少了钢丝绳断裂伤人的风险。（2）采用新型工艺每撤出一个液压支架后，能够及时将掩护支架依次迁移，提高了空顶区域支护的时效性，减少了顶板下沉对掩护支架的压架风险。（3）使用自移装置前移掩护支架可以节约 10 min，使用撤架机构每撤一个支架节约 5 min，按照每天撤 12 架计算，可节约 3 h 工时，施工效率提升显著。722023 年第 2 期4 回撤设备运输方案的改进8102 工作面支架型号为 ZF21000/27.5/42，6.8 m 宽的机道不能满足正常的回撤运输，因此将机道扩宽至 7.2 m，且全部进行了硬化，满足了车辆的运行条件，为回撤支架提供了便利条件。（1）设备运输路线设备出井由 8102 工作面 2102 巷（5102 巷）一盘区辅运大巷副斜井调试场。（2）设备运输距离工作面 251 m+顺槽 150 m+一盘区辅运巷 1900 m+副斜井 4500 m，总计约 6800 m。（3）车辆运输管理 提前对 10T 铲车、55T 铲车、支架搬运车等特种车辆进行维修和保养。开工前派专人进行检查，发现问题及时派修理工进行修理，以防特种车辆损坏，延误生产。在使用特种车辆进行设备运输时，设置专车开道。特种车司机配备防爆手机及跟车人员，井上设置 3 名维修人员待命。加强对司机的培训管理，熟练掌握工作面设备的回撤路线以及安全要点。特种车辆要配备灭火器及检修工具，在车辆出现问题时，可进行临时抢修。5 效益分析5.1 经济效益通过对停采支护进行优化，减少 75 根 3.8 m 工字钢、778 根 8.3 m 锚索、594 根 2.8 m 锚杆，增加7000 m 钢丝绳和 223 根 6.3 m 的锚索。通过核算，节省材料费 40.6 万元。通过创新两巷基础设备回撤工艺，减少了工时，降低了人工和车辆费用。通过核算，节省人工成本22.5 万元、车辆成本 5 万元，共计节省 27.5 万元。通过使用掩护架自移协同撤架机构，提升了单架回撤速度，节省 2.5 d 工期，节省人工成本 4.8 万、车辆成本 2 万元。同时三角区减少了木垛支护，节省材料费 42.8 万元。综上，通过对 8102 工作面快速回撤技术进行改进，共计节约各类成本 117.7 万元。5.2 技术效益（1）由于 8102 工作面属孤岛工作面，三面受采空区应力作用，优化以往“强支强护”的原则，适当削弱“强支”，增加柔性支护，对支架撤出后顶板及围岩及时塌落卸压，避免“强支”产生的应力叠加。（2）在回撤基础设备时，通过优化工艺工序，使施工任务衔接紧密，提高了单位生产效率。（3）采用四掩护支架自移协同撤架装置，提高了掩护区域的支护强度和时效性，提高了回撤支架速度；使用远程遥控操作，降低了传统作业风险，达到了减人增效的目的。（4）通过创新车辆运输管理，保证了车辆检修的及时、运输的通畅、任务衔接的紧密。（5）在 8102 工作面设备的回撤过程中，通过各项技术手段、革新创新，在保安全、提效益的前提下将工期由原来的 31 d 缩短至 21 d，真正将快速回撤落实到现场。6 结语 综采装备安装分公司通过改进停采设计、优化基础设备回撤工艺工序、应用新型掩护架自移协同撤架装置以及加强特种车辆的管理，实现了 8102孤岛工作面设备回撤的高质量、高效率，为相似类型的孤岛工作面设备回撤提供了实践经验。【参考文献】1 王星星，王亚军.特厚煤层孤岛工作面停采设计优化 J.煤炭与化工，2022，45（05）：31-33.2 王自卫，刘阳，刘建平.智能化快速撤架配套技术的研究与应用 J.中国煤炭，2022，48（04）：61-65.3 刘兆祥，张立辉.8 m 超大采高综采面末采贯通技术研究 J.煤炭工程，2021，53（03）：22-26.4 刘阳，温森，夏玉洁.三掩护支架及三角区支护配套撤架技术研究 J.山东煤炭科技，2021，39（04）：67-69.5 王永良.综采工作面液压支架回撤工艺优化 J.江西煤炭科技，2022（02）:15-17.6 付培冬.电液控液压支架的现状及发展分析 J.山西冶金，2019，42（06）：87-88+151.