綜采工作面液壓支架快速回撤工藝優化

郭 琛

（晉能控股煤業集團綜采裝備安裝分公司，山西 大同 037003）

1 8311 工作面概況

晉能控股煤業集團塔山礦雁崖擴區8311 工作面位于井田三盤區，工作面東部、南部、西部為實煤區，北部為盤區西翼回風巷、皮帶巷、輔運巷。

8311 工作面采用綜合機械化回采工藝，工作面走向長度為1200 m、傾向長度為210 m，工作面回采煤層為山西組4 號煤層，4 號煤層為半亮型、暗淡型煤，塊狀。本煤層屬復雜結構煤層，總厚度為2.00～3.60 m，平均厚度為2.80 m，利用厚度為1.80～3.30 m，煤層中普遍含有1 層夾石，局部含有2層夾石，平均傾角為3°。

根據8311 工作面采煤方式、煤層厚度及圍巖特征，本工作面中部采用ZZ10000/20/38 支撐掩護式液壓支架127 架、ZZG10000/20/38 過渡液壓支架5 架（頭2 尾3 過渡支架）、ZTZ10000/25/38 端頭液壓支架1 架。支架型號、采煤機截深確定工作面最小控頂距5.51 m，最大控頂距為6.31 m，端面距為0.45 m。

截至2020 年9 月21 日工作面已推進1109 m，距停采線還剩7 m，工作面回采結束后需對工作面內采煤機、刮板輸送機液壓支架進行回撤。

2 液壓支架原回撤方案及問題分析

2.1 支架原回撤方案

1）工作面回采至距停采線4.0 m 處時液壓支架停止前移，采用采煤機施工回撤通道，回撤通道長度為210 m、寬度為4.5 m、高度為3.5 m，回撤通道頂板采用錨桿（索）、金屬網支護，護幫采用單錨桿支護。

2）回撤通道內采煤機及刮板輸送機回撤后，在工作面頭尾端以及中部每隔50 m 安裝一部雙向絞車，在回撤通道煤壁與底板處每10 m 施工一組拉架錨桿，每組2 根，錨桿外露長度為0.3 m，同時在回撤通道中部安裝一條軌道。

3）雙向絞車安裝后開始進行支架回撤，首先利用機頭絞車及拉架錨桿將1 號、2 號支架拉出并調向，利用1 號、2 號支架作為掩護支架對回撤通道頂板進行支護。

4）支架從機頭向機尾方向依次回撤，回撤時先將3 號支架拉至回撤通道，利用絞車及拉架錨桿進行調向，然后裝車運出，3 號支架運出后及時將掩護支架前移一個步距（1.8 m），移架后對掩護支架與采空區側三角空頂區進行支護。

2.2 主要存在的問題

1）支架回撤周期長?；爻吠ǖ朗┕?2 d 后底板出現嚴重底鼓現象，對回撤通道軌道運輸影響大，需對底鼓區進行人工起底、澆筑等施工，施工周期長、勞動作業強度大；同時采用雙向絞車調向、拉架以及三角區支護時，施工周期長，平均每架支架回撤時長為3.5 h，每天回撤4 架，整個工作面支架回撤周期為32 d，支架回撤周期長，對工作面銜接影響大。

2）安全系數低。傳統移架工藝采用2 架端頭支架進行掩護回撤，支架在回撤過程中掩護支架與采空區之間形成大面積懸頂，最大懸頂面積達20 m2，懸頂處傳統主要采用三組木垛和10 根單體柱進行支護，隨著工作面支架回撤數量增加，工作面來壓顯現嚴重，造成懸頂處頂板出現嚴重破碎現象，原木垛、單體柱支護效果差，導致局部支架出現壓架現象，威脅著工作面安全高效回撤。

3）回撤費用高。由于受回撤通道底鼓影響，回撤通道內安裝的軌道損壞嚴重，需定期進行更換；同時懸頂處木垛及單體柱在應力作用下出現嚴重變形現象，增加了回撤工作面設備維修費用及支護成本費用。

3 液壓支架回撤工藝優化

3.1 支架回撤工藝優化

為了提高工作面液壓支架回撤效率，保證支架回撤安全，決定對8311 工作面支架回撤工藝進行合理優化，將原掩護支架數量增加至3 架，采用單軌吊代替傳統軌道運輸[1-3]，并投入液壓抽架平臺進行支架抽架、導向等工序。

3.1.1 回撤掩護系統優化

1）由于傳統掩護系統主要采用2 架支架進行掩護，掩護面積小，造成三角區懸頂面積大，頂板破碎嚴重，所以決定增加掩護支架的數量，由2 架增加至3 架，在提高支護面積的同時減小三角區懸頂面積。

2）首先采用液壓抽架平臺將4 號、5 號支架抽出并進行調向，對4 號、5 號支架處采用密集單體柱支護；支架抽出后將1 號、2 號支架依次抽出并調向，1號支架緊貼巷幫，3 號支架調向后實現3 號支架同步支護，如圖1 所示。

3）掩護支架調向后對三角區懸頂支設一架木垛，并采用單體柱支護，單體柱采用“兩架一梁”支護方式，采用π 型頂梁，頂梁長度為1.5 m，與傳統單體柱相比，該支護強度高，單體柱變形率低。

3.1.2 液壓抽架平臺應用

1）傳統拉架系統主要采用雙向絞車及拉架錨桿對支架進行拉架、調向，為了提高拉架效率，決定采用液壓抽架平臺，該裝置具有拉架、調向、支護等功能[4-5]；抽架平臺液壓系統與支架液壓系統串聯，拉架時先對支架進行降架處理，然后利用牽引機構將支架拉至平臺上，利用裝置中旋轉機構對支架進行調向處理。

2）當支架運出后將抽架平臺液壓系統與3 架掩護支架液壓系統串聯，并將牽引機構分別與1 號、2 號、3 號支架連接，前移掩護支架順序為1 號→2號→3 號支架；移架工序為先對1 號支架進行降架處理，然后利用牽引機構將1 號支架前移一個步距（1.75m）；1 號支架移架到位后及時升架，然后依次移2 號、3 號支架，移架工序與1 號支架相同。

3.1.3 單軌吊運輸系統

為了解決傳統有軌運輸時，受底鼓影響導致軌道變形嚴重，支架運輸危險系數高等技術難題，決定對原支架運輸系統進行優化，安裝一套單軌吊運輸系統，首先在回撤通道頂板安裝單軌吊梁，每根道吊梁長度為1.5 m，并采用錨桿與頂板進行固定，當支架抽出后及時采用單軌吊運出工作面。

3.2 實際應用效果分析

為了驗證支架回撤方案優化后取得的效果，分別從支架回撤周期、經濟效益等兩方面進行對比分析。

3.2.1 縮短支架回撤周期

采用傳統工藝進行支架回撤時，8311 工作面支架回撤周期為32 d，而回撤工藝優化后支架回撤周期為21 d，縮短了11 d，大大縮短了支架回撤周期，如表1 所示。

表1 回撤工藝對比

3.2.2 降低回撤費用

8311 工作面采用傳統支架回撤工藝時，由于工作面軌道損壞、單體柱等設備損壞嚴重，支護設木垛數量多，設備維修及支護費用達47.8 萬元，而回撤工藝優化后設備損壞量減少，設備維修及支護費用減少了28.9 萬元；同時優化后回撤工藝縮短了11 d 回撤工期，按每天工作面18 人計算，每人每天勞動費用為400 元，每天勞動費用7200 元，11 d 可減少勞動費用為7.92 萬元。

4 結語

綜采裝備安裝分公司對塔山礦雁崖擴區綜采工作面傳統支架回撤工藝進行合理優化后，與傳統回撤工藝相比，提高了支架回撤周期，降低了支架回撤勞動作業強度，保證了支架回撤安全，解決了復雜條件下工作面支架回撤難度大、效率低等技術難題，取得了顯著應用成效。