综采工作面液压支架安全回撤工艺研究.pdf

第4 0 卷第8 期 2 0 1 2年8月 煤 炭 科 学 技 术 Co a l S c i e n c e a n d Te c hn o l o g y Vo 1 ． 4 0 No ． 8 Au g． 201 2 综 采工作面液压 支架安全 回撤工艺研究 张国栋 ， 1 ．中国煤 炭科工集 团太原研究院 ，山西 太原0 3 0 0 0 6 尹 福 2 ．中煤平朔煤炭有限责任公司 ，山西 朔州0 3 6 0 0 0 摘要 为 了解决综采工作面搬 家时液压支架回撤工效低 、安全性差等 问题 ，从液压支架安全回撤 工艺及设备配套工艺 2方面入手，研 究并优化 了单通道单翼回撤工艺和辅巷 多通道支架回撤 工艺， 与传统的综采工作面搬家工艺相比，这 2种工艺均采用 Z Z 7 2 0 0 ／ 1 8 ／ 3 6型三角区掩护支架布置方式， 使安全 回撤 空间得到安全有效管理；均使 用 WC 4 0 Y 系列支架搬运车、WC 2 5 E J系列搬运车等辅助 运输设备 ，此种工艺使工作面整个液压 支架回撤时间分别减 少2 7和 3 5 d左右，总工时减少6 0 ％和 8 5 ％左右。同时 ，单通道单翼回撤工艺因其对巷道掘进量要求小，瓦斯含量要 求低 ，比辅巷多通道 回撤 工艺适应 性 更强 。 关键词 液压支架；单通道单翼 ；辅巷 多通道；回撤工艺；特殊掩护支架；辅助运输 中图分类号 T D 8 2 3 ． 9 7 文献标志码 A 文章编号 0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 1 2 0 8 0 0 1 4 0 4 St ud y o n Sa f e t y W i t hd r a wi n g Te c hn o l o g y o f Hy d r a u l i c Po we r e d S up p o r t s f r o m Fu l l y M e c ha n i z e d Co a l M i nin g Fa c e ZHANG Gu o ． do n g ．YI N F u 1 ．T a i y u a n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h i n a C o a l T e c h n o l o g y a n d E r t g i n e r i n g G r o a p， T a i y u a n 0 3 0 0 0 6，C h i n a ； 2 ．C h i n a C o a l P i n g s h u o C o a l C o m p a n y L t d ． ， S h u o z h o u 0 3 6 0 0 0，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o s o l v e t h e l o w e ffic i e n c y ，p o o r s a f e t y a n d o t h e r p r o b l e ms e x i s t e d i n t h e h y d r a u l i c p o we r e d s u p p o r t s wi t h d r a w i n g f r o m t h e f u l l y me c h a n i z e d c o a l mi n i n g f a c e ，f r o m t h e s afe t y wi t h d r a w i n g t e c h n o l o g y o f t h e h y d r a u l i c p o w e r e d s u p p o rt s a n d t h e e q u i p me n t ma t c h i n g t e c h n i q u e ， t h e w i t h d r a w i n g t e c h n o l o g y w i t h a s i n g l e c h a n n e l i n s i n gl e w i n g a n d wit h d r a w i n g t e c h n o l o gy w i t h m u l t i c h a n n e l s o f a u x i l i a r y g a t e w a y w e r e s t u d i e d a n d o p t i mi z e d a n d we r e i n c o mp a r i s o n wi t h t h e c o n v e n t i o n a l f a c e e q u i p me n t r e mo v i n g t e c h n o l o gy ．A l a y o u t mo d e o f Z Z 7 2 0 0 ／1 8 ／ 3 6 mo d e d e l t a a r e a s h i e l d s u p p o rt wa s a p p l i e d t o t h e a b o v e t w o p o we r e d s u p p o rt wi t h d r a w i n g t e c h n o l o g i e s a n d t h u s t h e s afe t y wi t h d r a wi n g s p a c e c o uld b e s afe l y a n d e f f e c t i v e l y c o n t r o l l e d ．W i t h a p p l i c a t i o n o f t h e W C 4 0 Y s e ri e s p o we r e d s u p p o rt r e mo v i n g t r u c k a n d t h e WC 2 5 E J s e e s r e mo v i n g t ruc k a n d o t h e r a u x i l i a r y t r a n s p o rta t i o n e q u i p me n t ，t h e w i t h d r a w i n g t i me o f t h e h y d r a u l i c p o w e r e d s u p p o rt c o u l d b e r e d u c e d i n d i v i d u a l l y a b o u t 2 7 d a y s a n d 3 5 d a y s a n d t h e w o r k i n g h o u r c o u l d b e r e d u c e d ab o u t 6 0 ％an d 8 5 ％ ． Me a n w h i l e t h e wi t hd r a wi n g t e c hn o l o gy wi t h a s i ng l e c h a n n e l o f s i n g l e wi ng wi t h a l o w r e q ui r e me n t o f g a t e wa y d riv i n g q ua nt i t y a n d a l o w r e q u i r e me n t o f t h e g a s c o nt e n t wo u l d ha v e a h i g he r s u i t a b i l i t y t h a n t h e wi t hd r a wi n g t e c h no l o g y wi t h mu l t i c ha n n e l s o f t h e a ux i l i a r y g a t e wa y ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c p o w e r e d s u p p o ；s i n g l e c h a n n e l o f s i n g l e wi n g；mu l t i c h a n n e l s o f t h e a u x i l i a r y g a t e wa y ；w i t h d r a w i n g t e c h n o l o gy ； s p e c i a l s h i e l d s u p p o rt；a u x i l i a r y tra n s p o r t a t i o n 我国对 中厚煤层 、厚煤层开采已形成一整套成 熟的综合机械化开采技术 ，根据煤层厚度采用一次 采全高或综采放顶煤技术 已趋于成熟 。工作面长度 已由 1 0 0～1 5 0 I n提高到 3 0 0 In 以上。工作面支架 无论从数量、质量还是在采高方面都有了较大的发 展。国产工作面液压支架质量已由采高在 3 ． 5 In时 的 1 2～1 5 t 发展到采高 7 In时的近 7 0 t ，采用放顶 煤采煤工艺的工作面液压支架质量近 5 0 t ；工作面 支架总质量由 1 0 0 0～1 5 0 0 t 提高到 5 5 0 0～1 0 0 0 0 t ；工作面搬家移动距离超 1 0 k m。若 1年内搬家 2 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 1 1 ；责任编辑 曾康 生 基金项 目“ 十一五 ” 国家科技支撑计 划资助项 目 2 0 0 8 B A B 3 6 B 0 8 作者简介张国栋 1 9 7 8 一 ， 男 ， 山西交城人，工程师， 硕士。T e l 1 8 6 3 6 1 0 4 5 8 9 ，E m a i l m k y z g d 1 2 6 ． e o m 网络出版时间 2 0 1 2 0 8 1 3 0 51 7 5 7；网络出版地址 h n p／ ／ w w w ． c n k i ． n e t ／ k e m s ／ d e t a i l ／ 1 1 ． 2 4 0 2 ． T D ． 2 0 1 2 0 8 1 3 ． 1 7 1 7 ． 2 0 1 2 0 8 ． 1 4 _ 0 0 4 ． h t ml 引用格式 张国栋 ，尹福．综采工作面液压支架安全回撤 工艺研究 [ J ] ．煤炭科学技术 ，2 0 1 2，4 0 8 1 4 1 7 ． 1 4 张国栋等综采工作面液压支架安全回撤工艺研究 2 0 1 2年第 8 期 次 ，因工作面搬家需要 的非出煤时间对高产高效矿 井产量造成了很大的影响。工作面液压支架的搬运 更是 占用了搬 家总时间的 7 0 ％ 以上 ，在整个搬 运过程 中，实 现支架 的 “ 面 到面 ”不 转载 搬运 ， 截至 目前最好的工作面搬家方法仍是无轨胶轮车快 速搬家技术 。因此无轨胶轮化车辆的使用是影响搬 家效率的重要条件 ，而研究一种合理的快速安全的 液压支架回撤工艺则是提高搬家效率的前提条件。 1 传统 的液压支架 回撤 工艺 传统的液压支架 回撤工艺普遍采用采煤机 自开 回撤空间的方式 ，在工作面终采线附近截割最后几 刀煤时，采煤机与输送机整体前移截割 ，此时液压 支架则原地不动 ，以此形成设备所需调向及回撤空 间，然后对 回撤空间的顶板需要铺设钢丝绳和金属 网并使用单体支柱进行人工支护，并按 照转载机 、 破碎机 刮板输送机机头、机尾一采煤机一 刮板输 送机 液压支架的顺序将设备撤出工作面 J 。由 此产生的不安全因素为采煤机和输送机截割出的回 撤空间，增加了作业人员在悬露顶板下的作业空间 及时间，整个 回撤区的顶板安全问题非常突出。支 架的运输多采用轨道运输 的方式 ，需进 行多次换 装 、捆绑等工序。运输设备主要以起 吊倒链 、轨道 平板车 、回柱绞车等为主。这种传统的搬家技术存 在运输速度慢 、支架装卸困难 、用工多、耗 时长等 诸多问题 ，一般搬家时单班需 1 0 0多人 ，耗 时3 5～ 5 0 d 。另一方面 ，搬家时间长也导致新开拓的工作 面无立柱支护空间顶板长时间裸露 ，由此引起的顶 板事故在我国也频繁发生。 2液压支架安全回撤工艺 目前常用的撤架工艺可分为单通道单翼 回撤工 艺和辅巷多通道多点回撤工艺 2种 。 1 单通道单翼 回撤工艺。单通道单翼 回撤工 艺需要在综采工作面终采线处 ，预先掘 出一条垂直 于工作面上下两巷道的回撤通道 ，形成综采工作面 设备的单通道回撤系统 图 1 ，回撤通道除在 掘进过程 中进行锚杆支护外 ，掘好后需预先用垛式 支架 、单体支柱及工字钢进行支护 。当工作面与 回 撤通道割通后 ，用工作面支架顶梁将回撤通道顶板 上的工字钢挑起 ，此时即可将单体支柱撤出，以此 增加液压支架的回撤空间 图 2 。 图 1 单通道 回撤 系统平 面 1 一 回撤时临时单体支柱 ；2 --工字钢梁 ；3 --垛 式支架 ； 4 一铺 网；5 --锚杆 图 2 液压支架 回撤空 间 在 回撤支架前先将端头 2架过渡支架调向，以 此形成 回撤 区与 冒落 区的有效安 全 隔离 图 3 。 支架回撤时由工作面尾部向端头依次 回撤其他几架 过渡支架和中间普通支架 ，在撤架前要将被撤支架 顶梁上背支的工字钢 回收，局部用单体支柱支撑 ， 撤架后 ，用木柱将单体支柱替 回。每撤一架支架在 其空间至少打一个木垛 ，用来维护顶板 ，回撤过程 中如顶板破碎 ，压力大时 ，可打木垛或增加木柱数 量加强支护 。 。 J 。 图 3 单通道单 翼回撤工 艺巷道布置 该回撤工艺较传统的搬家工艺有了很大的改 进 ，一般搬家时单班需 5 0人左右 ，耗时 1 5～ 2 0 d 。 与传统的搬家工艺相 比可 以减少搬家时间 2 7 d左 右 ，减少总工时 6 0 ％ ，而且改 变 了掩护式支架 布 置方式 ，使安全回撤空间得到了有效管理 ，保证了 工作面液压支架的安全 回撤。通过采取有效的支回 柱措施 ，使单体支柱与木柱全部无损坏回收。该回 撤巷道掘进量小 、施工简单 、设备购置量少、成本 较低 ，主要适用于顶板条件较差的高瓦斯矿井 ，适 用于 国内大多数矿井 。 2 辅巷多通道 回撤工艺。在我 国内蒙古鄂尔 多斯地 区和陕西榆林地区，矿井瓦斯含量低 ，顶板 整体性好、不易坍塌，而且巷道掘进采用连续采煤 机及后配套设备进行双巷掘进 ，效率高、掘进速度 1 5 2 0 1 2 年第8 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 O 卷 快 ，巷道掘进本身就 可获得很高 的经济效益 ，因 此 ，在此优越 的条件 下 ，研究一种更 加快速 、安 全、高效的综采工作面回撤工艺，就显得更为迫 切 。随之辅巷多通道 回撤工艺就应运而生 。 该 回撤工艺是在综采工作面终采线处提前掘出 2条通道 ，即回撤通道和回撤辅巷 ，通过多条联巷 沟通 ，形成辅 巷多通 道 回撤系统 图 4 。采 用该工艺时 ，通常要设计特殊的带有滑轮的回撤端 头支架 和三角区掩护支架 叫 图 5 。该 回撤工艺 在端头设 3架特殊支架 ，将 回撤区与 冒落区更有效 地隔离开来 ，并可在多点进行支架 回撤 ，回撤顺序 为 支架搬运车将支架从左右两侧撤出，然后从就 近的联络巷到达回撤辅巷 ，运 出工作面。 工作面推进方向 图4 辅巷多通道巷道系统平面 A、B、C、D 一 回撤端头支架 ；_r l 、T 2 一三角区掩护支架 图5 多通道双 翼回撤工 艺 该回撤工艺巷道掘进量大、设备采购量大 ，但 是支架的回撤速度与单通道单翼 回撤工艺比较 ，效 率与速度实现了成倍增长 ，特别是采用了新设计的 3 架端头特殊掩护支架对端 头顶板实施有效支撑 ， 对 回撤人员提供了安全保障。三角区支架的特殊功 能可代替回撤人员打木垛工序，既保证了回撤人员 的安全又节约了大量的木材。在年产量千万吨以上 的大型矿井工作面的推进速度快 ，工作面设备搬家 频繁的情况下 ，采用辅巷多通道回撤工艺 ，可大幅 提高煤炭开采效率。该工艺需单班5 0人左右，耗 时 1 0 d ，该工艺也可以采用单通道单翼回撤工艺的 掩护式支架布置方式及支回柱措施。比传统的搬家 工艺可以减少搬家时间 3 5 d ，总工时减少 8 5 ％左 右。通常 1 0 0 0万 t 工作面一年按搬 家 2次计算 ， 可减少时间 7 0 d左右 ，按 13产煤 3万 t 计 ，可多产 原煤 1 8 0万 t ，相当于中型矿井 1年的产量。 3 综 采工作面支架 回撤设备配套工艺 3 ． 1 回撤特殊支架的选型 Z Z 7 2 0 0 ／ 1 8 ／ 3 6型三角区掩护支架作为 回撤特 殊支架具有以下功能①支架顶梁边缘 圆滑过渡， 有效防止三角区金属顶网撕破 ，维护三角区顶板 的 完整性 ；②支架底座设防护机构 ，避免矸石涌入支 架内部；③支架顶梁与掩护梁铰接采用十字铰接， 使顶梁可前后左右摆动 ，以适应 顶板起伏不平条 件 ；④支架的各项动作采用无线遥控操作 ，以保证 支架 回撤人员的安全。 3 ． 2支架搬运车辆的配套选型 1 框架式支架搬运车。WC 4 0 Y系列支架搬运 车承载单元为 U型框架式 。在搬运 支架 时先将 支 架置于地面，车辆倒车至支架重心位于 U型框架 两轮 中间时停车，用框架上 的起 吊钩钩住支架侧面 起吊孔 ，操作人员操作手柄将支架抬离地面，用夹 紧油缸顶住支架侧帮 ，车辆 即可 向前开动。整个支 架装卸 、运行只需司机 1 人操作 即可。该系列车型 主要有载质量 4 O 、5 5 、8 0 t 三种 ，各性 能参 数见 表 1 。 表 1 WC 4 0 Y系列支架搬运车参数 2 铲板式支架搬运车 。WC 2 5 E J系列搬运车 以铲板为承载单元 ，装卸灵活，主要用于支架短距 1 6 离运输和支架摆放。该系列车型主要有 2 5 、4 0 t 两 种 ，车辆性能参数见表 2 。 张国栋等综采工作面液压支架安全回撤工艺研究 2 0 1 2年第 8期 注 WC 2 5 E J 和 WC 4 0 E的外形尺寸分别为 9 5 0 0 m m 2 2 5 8 mm 1 9 0 0 mm和 9 6 1 4 ram 2 6 6 3 mm 1 9 3 0 2 0 6 0 m m。 [ 2 ] 蒙鹏科．大采高综采工作面设备快速回撤的现场应用 [ J ] 4 结 语 目前 ，我国中厚煤层 、厚煤层开采 已形成一整 套成熟的综合机械化开采技术 ，而与之相配套的综 采工作面搬家技术与工艺相对落后 。随着综采工作 面快速搬家技术与工艺的研究与推广 ，辅助运输的 无轨胶轮化已成为综合机械化开采技术 的重要组成 部分 。由于所研究的液压支架回撤工艺及与之相配 套的快速搬家设备配套工艺 ，可实现综采液压支架 的安全、快速 、高效搬迁 ，因此 ，该项技术 的逐步 完善，将有力推动我国综合机械化安全、高效、清 洁化采煤技术的高速发展。 参考文献 [ 1 ] 雷煌．综采工作面快 速搬家成套装备与技 术的应用[ J ] 煤炭科 学技术 ，2 0 0 8 ，3 6 4 1 3 ． 神华科技 ，2 0 1 0，8 5 2 8 3 1 ． 马广志．综采高支架整体倒牵 、搬运、安装的实现 [ 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