付村煤矿综采工作面快速搬家工艺_马敬龙.pdf

付村煤矿综采工作面快速搬家工艺 马敬龙，袁辉明 山东能源枣庄矿业集团 付村煤业有限公司，山东 济宁 277605 ［ 摘 要］以付村煤矿 3 上 1007 综采工作面为工程背景，通过支架载荷安全校核，确定了现有 支护方式支护条件下撤架的安全性，并通过综采工作面设备回撤工艺与轨道运输路线优化设计，实现 了综采工作面的安全高效快速撤架搬家，缩短了综采工作面设备搬家时间。 ［ 关键词］综采工作面; 支护校核; 快速搬家; 优化工艺 ［ 中图分类号］ TD822. 1［ 文献标识码］ B［ 文章编号］ 1006- 6225 201803- 0034- 04 Fast Moving Technology of Fully Mechanized Working Face of Fucun Coal Mine ［ 收稿日期］ 2018－04－23［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2018. 03. 009 ［ 作者简介］ 马敬龙 1972－ ，男，山东曹县人，工程师，付村煤矿掘进副总工程师，主要从事掘进技术管理工作。 ［ 引用格式］ 马敬龙，袁辉明 . 付村煤矿综采工作面快速搬家工艺 ［ J］． 煤矿开采，2018，23 3 34－37. 在矿井生产过程中，采用综合机械化采煤必须 面对的一个问题就是综采工作面拆除与回采工作面 接替。随着近年来我国煤矿开采技术快速发展与新 型采煤机械投入使用，我国矿井生产能力大幅度提 升，矿井总产和工作面单产都已接近或超过世界发 达国家的先进水平 ［1－3 ］。生产的能力提升意味着回 采推进速度的提高与搬家次数的增长，由以前的约 1a 搬家 1 次缩短到 2 次/a 或 3 次/a，甚至达到 4 次/a，综采工作面接续时间越来越短 ［4 ］。因此，实 现综采工作面设备快速搬家日益重要。 本文以付村煤业有限公司 3 上 1007 工作面为 研究对象，通过理论分析验证了支架回撤至回撤巷 道附近时，支护条件恶化状态下，现有支护方式的 承载能力与安全性，并通过优化设计综采工作面设 备回撤工艺与轨道运输路线，实现了 3 上 1007 工 作面快速安全的回撤，缩短了综采工作面设备搬家 时间。 1矿井概况 付村煤业有限公司设计生产能力 1. 2Mt/a。3 上 1007 工作面位于－480 m 水平东十采区，东为欢 城断层，南与 3 上 1008 工作面相邻。3 上 1007 工 作面位于付村向斜轴部，向斜北翼煤层走向 47～ 64，倾向 137 ～154，向斜南翼煤层走向 280 ～ 320，倾向 10 ～50，煤层倾角 5 ～9，平均 7。 煤层底板标高为－455. 3～ －540. 0m。回采巷道布置 情况如图 1 所示。 依据 山东能源枣庄矿业 集团付村煤业 有限公司 3 上1007 综采工作面作业规程 ，采用走 向长壁后退式一次采全高综合机械化采煤法，液压 图 1 3 上 1007 回采巷道布置平面 支架支护顶板，全部垮落法管理顶板。工作面回撤 切眼长 180m，回撤通道高度 4. 5m，宽度 3. 5m 从支架前梁至面前煤壁 ，支架及回撤通道顶板 采用高强聚酯纤维柔性网 JD PET450450MS 和金属网支护，面前煤帮采用锚网支护，工作面两 端头分别进行架棚支护。 通过对 3 上 1007 工作面顶板在线压力监测系 统统计数据分析，结合现场观测，在不考虑断层和 火成岩的情况下，工作面周期来压步距为 13 ～ 24m。 2快速搬家技术难题 付村煤业有限公司 3 上 1007 工作面采用走向 长壁后退式采煤法。当工作面推进至回撤通道煤壁 时，上覆岩层的载荷由液压支架及回撤巷道共同承 载，为了防止工作面顶板矿压显现造成回撤巷道以 及开采空间的破坏，因此需对工作面推进至回撤巷 道时，现有的支护方式能否承载住工作空间以及上 覆垮落带岩层的重量、保证回撤巷道及工作面安全 进行验证，同时需采取相应的技术措施消除顶板灾 43 第 23 卷 第 3 期 总第 142 期 2018 年 6 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 23No. 3 Series No. 142 June2018 ChaoXing 害的风险，保证工作面回撤工作的安全。 此外，付村煤业有限公司 3 上 1007 工作面采 用一次采全高综合机械化采煤工艺，液压支架支护 顶板。综采设备数量较多且重量较大，设备参数见 表 1，快速搬家难度较大，属于大吨位综采工作面 搬家 ［5 ］。 表 1综采设备参数 序号设备名称型号尺寸规格/mmmmmm质量/kg数量 1中间支架ZY9000－27/60D7950175027003500096 架 2过渡支架ZYG9000－27/60D855017502700370006 架 3机尾支架ZF7000－23/47650015002300280001 架 4端头支架ZT6800－27/55D836924102700410001 架 5超前支架ZQL26000/23/45单件最大尺寸 4850500700850002 套 6刮板运输机SGZ－1000/1400中部槽尺寸 1750100035030001 部 7采煤机MG750/1915－GWD1054497014451280001 台 8转载机SZZ－1000/400中部槽尺寸 1750100011551 部 9破碎机PLM－30003700234017241 台 10设备列车一套14 辆 3回撤巷道及支架工作阻力核算 为了验证支架的工作阻力在工作面推进至回撤 巷道时，能够承载住工作空间以及上覆垮落带岩层 的重量，需要对支架的支撑阻力进行校核计算 ［6 ］。 为了保证支架所需的工作阻力，需在支架最不利工 作条件下进行计算，如图 2 所示，即垮落带基本顶 岩块前端已露出回撤巷道煤壁，后端又未触矸时， 基本顶岩块的全部重量由回撤巷道内的单体支柱及 液压支架承载。支架的合理工作阻力 P 可分别由 载荷估算法以及实测统计法计算获得。 图 2最不利工作条件下覆岩载荷示意 3. 1载荷估算法［7 ］ p 4 ～ 8 Mγ P p S 式中， p 为支架的合理支护强度，kPa; M 为采高， 取 5. 5m; γ 为垮落带直接顶岩层的平均体积力，取 27 kN/m3; P 为支架的合理工作阻力，kN/架; S 为 支架的支护面积，取 9. 7m2。 由于 3 上 1007 工作面基本顶较为坚硬，取 6 倍的采高进行计算，可知支架的合理工作阻力为 P 8642. 7kN 3. 2实测统计法［8 ］ 经我国近 30 年来的实测统计，由煤科院提出 的煤炭行业标准的综采工作面支护强度下限，可由 下式计算 Ⅰ～Ⅲ级基本顶 p 73. 2M 4. 5Lp 78. 9B － 10. 24N － 62. 4 P p S 式中，Lp为基本顶周期来压步距，取 24m; B 为控 顶高度，取 3m;N 为直接顶厚度与采高之比，取 0. 64。 将各参数代入上式，可知支架的工作阻力应大 于下式计算结果 P 6580kN 上述计算结果取大值，可知支架的工作阻力应 不小于 8642. 7 kN。 考虑到支架的工作阻力为 9000kN，因此原有 的支护方案较为安全，可以防止顶板灾害的发生。 4工作面搬家回撤工艺 4. 1设备回撤顺序 采煤机→运输巷转载机、破碎机→刮板运输机 →工作面液压支架→运输巷巷道支架→设备列车。 4. 2设备回撤准备［9－11 ］ 1工作面回撤前，运输系统必须完善。运 输线各位置绞车电信号要齐全、可靠，各台绞车前 必须挂防护网。 2根据工作面条件和设备，3 上 1007 工作 面选用成套机械化设备完成采煤机、刮板运输机、 液压支架、转载机的回撤 ［1， 4 ］。工作面回撤之前， 需完成对矿用液压起重机、液压装车装置、液压支 53 马敬龙等 付村煤矿综采工作面快速搬家工艺2018 年第 3 期 ChaoXing 架回撤叉车及回撤平台的组装。搬家设备见表 2。 表 2综采工作面成套机械化搬家设备选型 序号设备名称规格型号数量 质量 /kg 备注 1矿用液压起重机QYK－151 套8000部件装车 2回撤平台HP－351 台 12000 3支架回撤叉车CHZ－351 台 10000 用于液压支架 的调向、回撤 和液压支架回 撤平台配合使 用，主要用于 回撤通道内支 架的运输和装 车。 4液压装车装置ZY－351 套7200支架装车 5井字道90020001 套 6900 轨距平板45t6 台5000运输支架 合计11 3工作面回撤液压支架前准备足够数量方 木，用于回撤期间三角区域的顶板维护。 4在工作面铺网时保证支架上方平行于工 作面铺设 8 根 21. 5mm 钢丝绳，间距 800mm。3 上 1007 切眼内铺设 2000mm 轨距轨道 180m，并通 过 900mm2000mm 井字道总成与 1008 材料巷无极 绳绞车 900mm 轨道连接。 轨道规格为 38kg/m， 单节轨道长 3. 5m，回撤支架时每回撤 2 架回收 1 节轨道，每回撤完 1 组支架时用 1. 75m，38kg 轨 道替换，为回撤下组支架做好准备 。 5支架撤除前必须在材料巷通防科指定的 位置 1007 材运联巷风门处材料巷侧安设好局 部通风机，风机功率 230kW，并接好风筒至待撤 液压支架的距离不超过 10m。风机采用双风机双电 源。通风机供风期间班班安排专职局部通风机司机 看管风机，实行现场挂牌管理并现场交接班，防止 无计划停电停风，确保风机的正常连续可靠运转。 63 上 1007 工作面回撤巷道要求支架前 梁距煤壁 3. 5m，支架顶梁下距轨面不低于 3. 5m。 4. 3设备回撤方案 4. 3. 1采煤机的回撤 工作面采煤机由人工分解，采用绞车拖运至 3 上 1007 材料巷单轨吊起吊点位置，单轨吊完成设 备运输。 4. 3. 2转载机、破碎机、胶带自移机尾的回撤 对转载机开关停电闭锁，拆除工作面电缆→将 转载机链断开、抽链→回撤 3 节胶带自移机尾→回 撤机头电机、减速器→回撤转载机机头→回撤第四 节胶带自移机尾→回撤转载机桥身段→回撤破碎机 →回撤落地段中部槽→回撤机尾。转载机、破碎 机、胶带自移机尾回撤后暂转移到 3 上 1008 材料 巷存放 ［12 ］。 4. 3. 3刮板运输机的回撤 断刮板链→断开支架连接头→回撤机尾部分→ 回撤刮板链→回撤中部槽→回撤机头部分。 工作面运输机通过回撤通道暂转移到 3 上 1008 材料巷存放，待工作面支架安装完毕后转到 3 上 1008 切眼进行安装 ［13 ］。 4. 3. 4端头支架回撤及掩护架的形成［14－15 ］ 自胶带运输巷向辅助运输巷为液压支架编号 1～102 号。其中，1～3 号与 100～102 号液压支架 为过渡支架，4～99 号液压支架为中间支架。 回撤支架前，首先将通道内杂物及浮煤清理干 净，将 1008 材料巷临时泵站供液管路与 1 号支架 主液 管 连 通。回 撤 需 要 的 工 具、材 料 包 括 2. 5mπ 钢梁、单体、方木必须在物料区码放整 齐，以便随用随取。 4. 3. 4. 1回撤端头支架 1首先将端头支架缓慢降下，并利用 2m 长 铰接梁配合液压单体支护端头支架处顶板。前移端 头支架，在原位置打上连体木垛支护顶板，木垛尺 寸 4m2m。 2在撤架通道门口顶板上打 2 排起吊锚索 每排 6 个起吊锚索 ，将端头支架降至最低，在 起吊锚索上分别挂上 5T 手拉葫芦，起吊勾与支架 前梁起吊点连接挂牢拉紧。 分解顺序 支架前掩梁→支架顶梁→支架后掩 梁→支架立柱及底座。 3分解后的端头支架分体装运至 1008 切眼 进行组装。 4. 3. 4. 2过渡支架的回撤及掩护架形成 1回收 102 号过渡支架，将 102 号过渡架 前移，并利用回撤通道内迎头的调向绞车将 102 号 过渡支架调向，并在原 102 号过渡支架位置支设 1 个木垛和一梁三柱。顶板维护好后，将回撤运输叉 车铲板前部降低，使用调向绞车配合支架自移爬上 回撤运输叉车，用回撤运输叉车上的锁架缸将支架 锁牢。使用调向绞车将机尾支架拉进空顶区域。 2提升主绞车将支架运送到回撤通道上口， 拉至四叉门处后将运输叉车和装车机构对齐，再将 装车机构伸缩臂钢丝绳勾头与支架底座椭圆形孔连 接， 操作装车机构伸缩臂， 使支架调向， 拉上平板车。 101 号、100 号过渡支架回收和 102 号过渡支 架回收方法相同。 398 号、99 号支架做为回撤支架时的掩护 支架，采用支架自移将 98 号支架移出，移至靠煤 帮 0. 8m 处，接实顶板做为 1 号掩护支架。支架移 63 总第 142 期煤矿开采2018 年第 3 期 ChaoXing 出后在扇形面内支设一梁三柱走向棚。支设棚架 时，先将 3m 工字钢梁 或 1. 2m 道板用 8 号铁 线固定在顶板锚网上，然后用单体接实绑好防倒 绳。99 号支架调向后，移至靠 98 号掩护架处，做 为 2 号掩护支架，两掩护架间隔不能超过 0. 5m。 棚架数量及单体支设数量由现场顶板情况而定，要 为形成 2 号掩护架预留调向空间。掩护架形成的过 程中，若支架调向困难，可用调向绞车和单体支柱 辅助支架调向。 4回收过渡架后，机尾支架随之前移，将 支架运出，在原支架位置放入 2 组中间支架，使 4 组掩护架形成。 4. 3. 5中间支架的回撤 1将回撤运输叉车与回撤平台连接。首先 降低 97 号支架，支架连接头与回撤平台上的拉架 缸相连，采用支架自移将 97 号支架移上回撤平台。 然后将绞车钩头与支架联接头相连，使用绞车将支 架由回撤平台拉上回撤运输叉车。 2用回撤运输叉车上的锁架缸将液压支架 锁在回撤运输叉车上。用绞车将回撤运输叉车下放 到撤架通道口停稳。利用装车机构调向、装车 方法同过渡支架 。 396～1 号支架的回撤方法与 97 号支架的 回撤相同，此后每回收 1 组支架，回撤平台向通道 口前移 1 架位置，要求回撤平台的斜台与待回收支 架架脚对正。边回收支架边回收通道内 2m 轨距轨 道，回收 1 节轨道 每节轨道 3. 5m再铺设 1. 75m 轨道替换。回撤 1 架，回撤平台向前移 1 架。如底板不好移设回撤平台困难，可借助绞车进 行移设。 5结论 1考虑到 3 上 1007 工作面顶板压力大，巷 道变形较快，顶板支护困难等问题，经过多次研讨 和分析，通过理论分析手段验证了现有支护方式在 撤架期间的安全性与可行性。 2通过综采工作面设备回撤工艺与轨道运 输路线优化设计，优化了综采工作面设备回撤配 套，更新了 3 上 1007 工作面拆除工艺，实现了综 采工作面快速撤架，缩短了综采工作面设备搬家时 间。对今后具有类似条件的矿井综采工作面支架快 速搬家具有参考价值。 ［ 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，2008，36 4 1－3，80. ［ 2］ 赵青波 . 综采工作面快速搬家工艺 ［J］． 煤炭与化工，2017， 40 3 79－80. ［ 3］ 雷煌 . 无轨胶轮辅助运输在井下综采工作面搬家作业中的 应用 ［J］． 煤矿机械，2008，29 1 139－141. ［ 4］ 王步康 . 综采工作面快速搬家新型技术的研究和展望 ［A］． 中国煤炭工业协会 . 第七次煤炭科学技术大会文集 下册 ［C］ ． 北京 煤炭工业出版社，2011. ［ 5］ 周学智，王振军，王建君 . 大吨位综采工作面快速搬家的实 践 ［ J］ ． 煤炭技术，2000，19 6 42－44. ［ 6］ 韩龙 . 综采工作面末采及回撤矿压显现规律与顶板控制技 术 ［ J］ ． 煤矿安全，2017，48 S1 24－28. ［ 7］ 程占博 . 综放工作面支架载荷估算方法 ［J］ ． 煤矿安全， 2015，46 12 210－213. ［ 8］ 杜计平，孟宪锐 . 采矿学 ［ M］ ． 徐州 中国矿业大学出版社， 2014. ［ 9］ 张育恒 . 大采高工作面撤架通道快速施工工艺 ［J］． 煤矿安 全，2013，44 7 129－131. ［ 10］ 李斌，陈铜宪. 冯家塔煤矿综采工作面快速搬家工艺 ［J］． 陕西煤炭，2013，32 1 106－107. ［ 11］ 魏青峰 . 寺河矿大采高工作面快速搬家技术浅述 ［J］． 能源 与节能，2014 10 182－183. ［ 12］ 张家锁 . 大采高综采工作面快速搬家安装实践 ［J］． 煤矿安 全，2015，46 4 140－143. ［ 13］ 苏芳，王晨升，雷美荣，等 . 综合机械化搬迁工艺在同忻 矿的应用 ［ J］ ． 煤矿安全，2016，47 1 130－133. ［ 14］ 马广志 . 综采高支架整体倒牵、搬运、安装的实践 ［J］． 煤 炭技术，2007，26 6 60－62. ［ 15］ 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，2012，40 8 14－17. ［责任编辑 周景林］ 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 上接 48 页 评价结果与专家组评价结果一致性较高，对连续采 煤机的适用性能评价快速、准确、有效。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 张彦禄，李志强，周茂普，等 . EML340 型连续采煤机及配套 设备在煤矿中的应用 ［J］ ． 煤炭科学技术，2010，38 12 89－92. ［ 2］ 张振东 . 连采工作面设备选型评价准则和选型系统研究 ［J］ ． 工矿自动化，2015，41 5 44－48. ［ 3］ 李智勇，屠世浩，屠洪胜，等 . 不规则边角煤块段煤层地质 条件评价及分类 ［ J］ ． 中国煤炭，2011，37 11 50－55. ［ 4］ 张能虎 . 不规则边角煤块段机械化开采理论与实践研究 ［D］． 徐州 中国矿业大学，2011. ［ 5］ 张先尘 ，朱建明 . 缓倾斜、倾斜煤层地质条件的开采工艺性 评价 ［J］． 中国矿业大学学报，1991 3 38－47. ［ 6］ 周茂普，曹胜根，江小军 . 连续采煤机块段式开采矿压显现 规律研究 ［ J］． 采矿与安全工程学报，2014， 31 3 413－417. ［ 7］ 张能虎 . 不规则边角煤块段机械化开采理论与实践研究 ［D］． 徐州 中国矿业大学，2011.［责任编辑 施红霞］ 73 马敬龙等 付村煤矿综采工作面快速搬家工艺2018 年第 3 期 ChaoXing