复杂结构特厚煤层综放重型装备安全搬撤方法

摘要

本发明公开了一种复杂结构特厚煤层综放重型装备安全搬撤方法，搬撤路线为：经辅助运输顺槽搬撤运输路线：工作面—辅助运输顺槽—辅助运输顺槽绕道—辅运巷—副平硐—料场；经皮带顺槽搬撤运输路线：工作面—皮带顺槽—回风巷—辅运巷—料场，同时结合合理的停采支护和搬撤期间顶板支护方法，该搬撤方法充分发挥了劳动力和设备资源的最大效力，实现了超厚煤层综放工作面重型装备整体长距离运输，保证了工作面装备的安全快速搬撤。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿生产方法，具体是一种井下重型装备安全搬撤方法。

背景技术

工作面搬家工作是一项庞大的系统工程，是创建高产高效矿井的一个重要组成部分，也是矿井生产准备工作中至关重要的一个环节。能否实现“安全、优质、高效”的快速搬家倒面，是能否实现矿井高产高效的重要保证条件，同时也是困扰了煤炭企业多少年的一大技术难题。工作面搬家的全过程点多、面广、战线长，只有对各施工、准备环节统筹兼顾，进行周密细致的合理安排，才能实现工作面快速搬撤的目标。

目前，绝大多数矿井综采工作面搬家普遍采用采煤机自做回撤空间的方法, 在工作面停采线附近最后几刀煤的截割时, 通过采煤机与运输机整体前移实现正常截割, 而液压支架则保持不动, 以形成足够的设备调向及回撤空间。然后及时进行顶板支护,在撤架通道的支护方面，一般采用锚网锚索联合支护，普遍采用回撤“辅巷多通道”工艺，其主要内容是在综采面回采停采线前预先掘出两条平行于回采工作面的辅助巷道, 在两条辅巷之间，掘出若干条联络巷道, 即构成了“辅巷多通道”系统。靠综采工作面停采线一侧的巷道作为回采工作面液压支架和其它设备回撤时的调向通道, 称之为主回撤通道或回撤通道。主回撤通道作为回撤工作面设备使用的主要通道, 除采取锚杆、菱形金属网联合支护外, 还配以单体液压支柱、矿用工字钢梁、垛式液压支架等进行补强支护。另一条巷道作为回撤搬家车辆辅助运输之用, 称之为辅回撤通道。主、辅回撤通道断面均为矩形断面, 主回撤通道断面尺寸根据支架型号确定。辅回撤通道断面尺寸能够满足无轨胶轮车、支架搬运车行驶和设备搬运即可。

传统回撤通道支护工艺下, 搬一个设备总质量不足2000 t的综采工作面, 约需35d左右,搬撤费用高、时间长, 安全问题突出。对特厚煤层综放工作面重型装备安全快速搬撤技术的研究也未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全，高效的复杂结构特厚煤层综放重型装备安全搬撤方法。

为实现上述目的，本发明采用的方案是：一种复杂结构特厚煤层综放重型装备安全搬撤方法，包括停采支护、搬撤期间顶板支护以及搬撤路线，

搬撤路线为：

（1）经辅助运输顺槽搬撤运输路线：工作面—辅助运输顺槽—辅助运输顺槽绕道—辅运巷—副平硐—料场。

（2）经皮带顺槽搬撤运输路线：工作面—皮带顺槽—回风巷—辅运巷—料场。

停采支护方法为：

（1）停采开始0～5m在支架的顶梁上方开始铺设单层菱形金属网，每割一刀进行一次铺网联网；

（2）停采开始5～14.5m在支架的顶梁上方进行铺设双层菱形金属网，每割一刀煤在支架前梁端头进行一次铺网联网并在顶煤上打一排锚杆支护，采高保持在3.5m；排间距800mm×1750mm，并加W型钢带和铺设双层菱形金属网，钢带长度为3.8m；每两刀煤进行一排8.3m长的锚索加钢托板支护，托板为300×300×16mm，排间距1600mm×1750mm，支护两排后，第三、四、五排采用锚索吊挂工字钢梁进行支护，工字钢长度为3.3m每架工字钢打三架锚索进行支护；锚杆与锚索交错布置，锚杆采用Ф22×2500mm，锚索采用Ф17.8×8300mm的钢绞线，W型钢带为3800×150×3；

（3）停采开始14.5～17.5m位置只推溜子不拉支架，割煤四刀，开始只推溜不移架，采高控制在3.5m，采用双层金属网+W钢带+锚杆+锚索吊挂工字钢棚+组合锚索支护机道顶板＋11^#矿用工字钢，锚杆的排间距为800×875mm，割三刀煤，最后一刀不推溜子，使支架前梁端头距煤壁距离不小于3.0m，留出一条撤设备通道，从支架底座到煤壁5700mm，然后在机道上方及前探梁打三排组合锚索组合锚索，排间距为1.6×5.25m交错布置。

搬撤期间顶板支护方法为：撤液压支架前，将头端头所有单体柱全部用木柱替支，然后开始进行撤架工作。利用掩护支架支护被撤支架后部顶板，每撤一架在其空间支设五组带帽木柱，每组２棵木柱，组与组间距为１m，如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，每撤退5架打一木垛。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

（1）通过采用先进的设备搬撤通道支护技术，保证了复杂地质条件全煤断面装备撤退空间的支护安全。

（2）网络计划控制技术和科学合理的安排搬撤顺序，充分发挥了劳动力和设备资源的最大效力，实现了超厚煤层综放工作面重型装备整体长距离运输，保证了工作面重型装备的安全快速搬撤，可提前14天左右完成了工作面所有设备的搬撤任务。

附图说明

图1为工作面的通风系统示意图。

图中，1-皮带顺槽；2-辅助运输顺槽；3-回风巷；4-皮带巷；5-辅助运输巷。

具体实施方式

本发明所述的一种复杂结构特厚煤层综放重型装备安全搬撤方法，包括停采支护、搬撤期间顶板支护以及搬撤路线。

目前，复杂结构特厚煤层综放工作面巷道布置和工作面通风系统为：

工作面巷道布置

工作面为一进一回两巷布置，两条顺槽均垂直于大巷（包括皮带巷4、辅助运输巷5和回风巷3），其中皮带顺槽1、辅助运输顺槽2沿煤层底板布置；皮带顺槽1与大巷皮带巷4，辅助运输顺槽2通过联络巷与大巷辅助运输巷5连接，顶回风顺槽沿煤层顶板布置，与大巷回风巷3连接。工作面的通风系统为U型通风方式，其具体布置方式见图1。

工作面装备主要包括皮带机、转载机及破碎机、前部刮板运输机、采煤机、后部刮板运输机、数架液压支架、泵站列车、自移皮带尾等，具体配置见下表。

表1   液压支架技术参数         

表2 工作面主要机电装备配置             

一，搬撤路线和顺序的确定

工作面装备撤退路线的模型采用一个四阶段并联多服务台有限顾客循环排队模型，四个服务阶段分别为空车运行、装车、重车运行及卸载。

排队模式为M/M/C，即无轨胶轮车到来时间间隔及服务时间皆为负指数分布的并联多服务台系统，系统参数计算如下：

第i阶段上无轨胶轮车平均占有数为：

Ni=∑αniP(n1,n2,n3,n4)

=(xi/T)(dT/dxi)

式中：

    Ni—第i阶段上无轨胶轮车平均占有数；

    α—整数N的可能组合；

    ni—第i阶段上无轨胶轮车数；

P(n1,n2,n3,n4) —第i阶段上有ni台卡车的概率；

xi=Sk/Si

Sk—第k阶段的平均服务率，k为待分析的阶段号；

Si—第i阶段的平均服务率。

T=∑α（xini/qi）

M—阶段数目，此处M=4；

qi=ni！    当ni≤mi

    qi= mi！mi(ni- mi)， 当ni>mi；

mi—在第i阶段上的服务台数目。

根据排队论原理，第i阶段上的平均排队无轨胶轮车数（Nqi），第i阶段上的平均逗留时间（Wi）和第i阶段上的平均排队时间（Wqi）的关系如下：

     Ni=A Wi

Nqi =A Wqi

Wi= Wqi+1/Si

式中：

A—无轨胶轮车到来率；

    Si—第i阶段的平均服务率（无轨胶轮车的装车效率）；

    A=N/(Tc+ Wqi+ Wqj)

N—系统中无轨胶轮车的总数；

Tc—无轨胶轮车的平均运行周期，不包括等待时间；

Wqj—第j阶段上无轨胶轮车的平均排队时间（如卸载站）。

    由上述各式可导出：

Wqi=[(N-Nj)(NiTc)+Ni(njTc-N/Sj)]/[N(N-ni-nj)]

Wqj=[ Nj(Wqi+1/Si)]Ni-1/ Sj

第i阶段的利用率（Ui）为：

Ui=A/miSi=N/[miSi(Tc+ Wqi + Wqj)]  

上述各式中，根据1空车运行，2装车，3重车运行，4卸载这4个阶段无轨胶轮车的数量和运行时间，实际中，防爆柴油支架铲运车3台，防爆柴油支架搬运车4台，多功能车6台；4个阶段的运行时间分别为：30min，15min，45min，10min。把4个阶段无轨胶轮车的数量和运行时间的数据代入上述相关公式中，得到无轨胶轮车的平均占有概率P（n1）=0.30，P（n2）=0.19，P（n3）=0.35，P（n4）=0.16。根据排队论原理，根据现场实际运行情况，4个阶段上的平均排队无轨胶轮车数Nqi分别为1台，2台，1台，2台，4个阶段上的平均逗留时间Wi分别为5min，10min，5min和5min和4个阶段上的平均排队时间Wqi分别为5min，10min，5min和5min, 通过计算机编程运行4个阶段的利用率分别为0.31，0.19，0.38和0.12。

根据以上构建的工作面装备搬撤的排队论模型和计算机数据运行结果，结合现场的实际情况，得出工作面装备撤退路线、撤退顺序的最优方案：搬撤路线：

（1）经辅助运输顺槽搬撤运输路线：工作面—辅助运输顺槽—辅助运输顺槽绕道—辅运巷—副平硐—料场，

需要搬撤的装备及数量

采煤机1台、工作面前部运输机1部、工作面后部运输机1部、转载机1部、破碎机1部、自移皮带机尾1台、移动变电站AW2000型2台、移动变电站Beckor2500型2台、胶带输送机皮带头1台，液压支架：端头支架一组、过渡支架7架普通支架127架。

（2）经皮带顺槽搬撤运输路线：工作面—皮带顺槽—回风巷—辅运巷—料场；

运输设备：

开关列车 （不包括移动变电站）一组，可伸缩胶带输送机皮带、拉条、H架、U形卡，皮带头开关及移变、上拖棍、下托棍、（不包括皮带头部分）1部。                                           

搬撤顺序：

 皮带顺槽：

（1）可伸缩胶带输送机中间部分、皮带、 U形卡、 拉条、H架、皮带头开关及移变、上下托辊；

（2）泵站列车（除4台移变车）。  

辅助运输顺槽:

采煤机，前部刮板输送机，转载机及破碎机，皮带自移尾， 4台移变车，皮带头，1^#端头支架，后部刮板运输机头，135^#、134^#过渡支架，后部刮板运输机尾，后部刮板输送机中间部分，2^#—133^#支架。

工作面装备搬运采用专用搬撤设备，其主要技术参数如下：

防爆柴油支架铲运车

规格型号:         ED40 SH  

制造厂商：        奥钢联采矿隧道设备有限责任公司

产 地：           澳大利亚 

载重能力：        40,000 kg

动力系统：        170 千瓦卡特彼勒 3126 型、涡轮增压、水冷防爆柴油发动机，湿式排气系统。

转弯半径:         内径:  3.47m       外径:   6.97m

外形尺寸（长 × 宽 × 高）： 10.033 m × 3.2m ×2 m

驱动方式：        四轮驱动。

启动方式：        气动

自 重:            47,000 kg

防爆柴油支架搬运车

规格型号:         LWC—40T 

制造厂商：        澳大利亚约翰芬雷工程有限公司

产 地：           澳大利亚 

搬运能力：        40,000 kg

动力系统：        170 千瓦凯特彼勒 3126 型、涡轮增压、水冷防爆柴油发动机，湿式排气系统。

转弯半径:         内径:  3.47m       外径:   6.97m

外形尺寸（长 × 宽 ×高）：9.421 m ×3.45m ×1.67m

驱动方式：        四轮驱动。

启动方式：        气动

自 重:            22，500 kg

多功能运输车

规格型号:        Mk III 2000

制造厂商：       澳大利亚约翰芬雷工程有限公司

产 地：           澳大利亚

搬运能力：        车厢载重            10 吨 

车厢载人数          21人

动力系统：        Isuzu 6BG1 NA 柴油发动机提供动力

外形尺寸（长 × 宽 × 高）：7341 mm ×2468 mm×1687 mm

驱动方式：Clark 扭矩转换器及动力传动                        启动方式：压缩空气 140 litre volume atm       

自 重: 空载9.660 t，重载19.660t。   

由于工作面装备比较多，其拆卸及搬撤工艺各不相同，现分类进行简单阐述：

（1）可伸缩胶带运输机

首先，把皮带一接头开至皮带头夹皮带装置附近，用夹带装置夹住皮带，把接头处的穿条抽出，然后用卷皮带装置夹住皮带，边松皮带涨紧绞车边用卷皮带装置卷皮带，每卷完一卷，把皮带退出后，再用夹带装置夹住皮带继续退皮带，直到把整个皮带退完为止，切断皮带机开关电源并闭锁，拆开负荷侧电缆，拆除各部管路及监测线路并且做好标记，解体卸载滚筒。用绞车和防爆叉车拉出至装车点装车，再由皮带尾向头撤退中间架、边梁、防倒卡子、及上下托辊整齐装入防爆车运到地面，皮带自移尾拆分三节用ED40铲车从5102巷运出。

（2）转载机、破碎机

先将转载机刮板部分拆除，把连接链的连接环拆开，开动转载机并且用绞车配合，将链吐在皮带上，依依对每节链做好标记，通过皮带运到皮带头运出。之后切断转载机开关电源并闭锁，依次拆开负荷侧电缆，拆除转载机上部的电缆，拆开转载机电缆夹、挡煤板、盖板，解体破碎机后部溜槽及转载机尾，解体破碎机电机和转载机电机减速机，解体转载机过桥部溜槽，最后解体转载机头及机头架，最后用绞车配合防爆叉车将设备全部运到装车点装车。

（3）采煤机

先将采煤机开至溜尾，将前后滚筒摇臂与机身的连接销拆开，把前后滚筒与摇臂整体窜出装车，之后切断采煤机电源，将采煤机连同采煤机底部溜槽一起，装上两辆支架铲运车运出地面。

（4）工作面前、后部运输机

运输机拆除前，要先将溜槽内的浮煤、杂物等全部拉清，拆除刮板，再将溜槽上面的连接环拆开，一边用马达松链，一边用绞车配合往出吐链，当吐完一节链时，用紧链闸将链固定，防止倒退，然后继续重复吐链的工序直到把链全部吐完。将工作面运输机链全部退出，之后切断输送机开关电源并闭锁，拆开负荷侧电缆，然后解体电机减速机偶合体、头、尾、拆开各溜槽之间对口连接件，拆开两溜槽之间的齿条销及齿条、电缆槽夹板、导向销子和电缆槽，用回柱绞车依次运出工作面到装车点装车运出。

（5）设备列车

将移动变电站、液压泵站、开关和集中控制设备的连接装置拆开，拆除各部电缆及控制线路并且做好标记，将列车上的托电缆装置进行编码拆解出井，移动变电站用支架搬运车整体经工作面从5102巷运出。泵站、其他设备列车用防爆车从2102巷运出。

（7）液压支架

撤退顺序：先撤端头支架，然后由头向尾依次撤退135架支架。

撤端头支架：

先将后溜头向后退1米，在拆除前将端头支架各部进行编号。撤端头支架时，然后将端头支架左侧顶梁支设木柱支护，然后将端头支架左侧立柱降下、并且拆除左侧立柱，用吊链与防爆叉车配合将左侧顶梁两部分装车运出，之后将左侧底座三部分装车运出，右侧顶梁、立柱、底座与左侧拆除工艺相同，在拆除当中应加强支护。

撤过渡支架：

撤过渡支架前，将头端头所有单体柱全部用木柱替支，然后开始进行撤架工作，具体方法为：在降被撤支架前，在其邻架前探梁上用Φ22*86链条挂一个20t滑轮，回柱绞车钢丝绳通过滑轮栓在被撤支架四连杆上用Φ22*86链条及三条M27高强度螺栓联接，给液降架后开动绞车使支架前移，当被撤支架底座超出相邻支架底座时，将钢丝绳钩头改栓在支架前桥上开车调向窜出工作面用支架搬运车装车运出，每撤一架在其空间支设五组带帽木柱，每组2棵木柱，组与组间距为1m。

撤中间普通支架：

降被撤支架：降架采用远方邻架操作，首先收回护帮板，降前探梁，然后降主顶梁。

回柱绞车拉出调向：在降被撤支架前，在掩护架前桥上用Φ22*86链条挂一个20t滑轮，回柱绞车钢丝绳通过滑轮栓在被撤支架四连杠上（用Φ22*86链条及三条M27高强度螺栓）开动绞车使支架前移，当被撤支架底座超出相邻支架底座时，将钢丝绳栓在支架前桥上开车调向摆正在撤退通道时，支架搬运车倒着开到撤架通道对正倒车至支架处，使支架的提升点和提升钩对正，将提升联杆装到拖车的提升单元的提升臂上，支架通过拖车侧面铰接处的手柄控制油缸达到最大限度伸出，使其离开地面。

在车起步前确保支架防晃动装置固定在支架上，拖车后部的固定链也能防止支架前后摆动。卸下支架时，先将支架搬运车停在指定放置的地点，解开后面链子收回防晃动装置，用拖车铰接处侧面的手柄使支架放于地面，从提升臂上取下提升链和钩子后放置在支架上，将支架搬运车向前开一段距离使支架留在原地，这样就完成了支架的装卸工作。

支护顶板：每撤一架支架在其空间支设3组木柱，每组2棵木柱，组与组间距为1m，每撤退5架打一木垛，回撤过程中如顶板破碎，压力大时，打木垛或增加木柱数量。

回柱放顶：初次放顶在摆放好掩护支架之后进行。正常回柱放顶为：每撤一架支架进行一次回柱放顶工作，保留二排木柱维护顶板。

二，停采支护技术

工作面的停采位置为距回风巷220～230m范围，在各方面条件均符合停采要求时，即进入停采程序。停采时将工作面前运输机与液压支架分解，使用单体液压支柱作为推移运输机的动力，工作面向前推进留出设备搬撤的通道。

支护方式采用锚杆、锚索、组合锚索、双层菱形金属网、W型钢带、钢丝绳、工字钢、单体液压支柱对支架顶梁上方及机道和工作面煤壁之间的顶煤进行组合支护，保证设备的拆除通道的安全。

（1）停采开始0～5m在支架的顶梁上方开始铺设单层菱形金属网。每割一刀进行一次铺网联网。

（2）停采开始5～14.5m在支架的顶梁上方进行铺设双层菱形金属网，每割一刀煤在支架前梁端头进行一次铺网联网并在顶煤上打一排锚杆支护，采高保持在3.5m；排间距800mm×1750mm，并加W型钢带和铺设双层菱形金属网，钢带长度为3.8m；每两刀煤进行一排8.3m长的锚索加钢托板支护，托板为300×300×16mm，排间距1600mm×1750mm，支护两排后，第三、四、五排采用锚索吊挂工字钢梁进行支护，工字钢长度为3.3m每架工字钢打三架锚索进行支护；锚杆与锚索交错布置，锚杆采用Ф22×2500mm，锚索采用Ф17.8×8300mm的钢绞线，W型钢带为3800×150×3。在停采过程中根据工作面顶煤的破碎情况进行从煤壁侧预注马利散进行加固顶煤，保证工作面的正常推进。

割煤――联网――打支护（锚杆、锚索）――拉架――拉后溜子――推前溜――注浆加固工作面顶煤。

（3）停采开始14.5～17.5m位置只推溜子不拉支架，割煤四刀，开始只推溜不移架，采高控制在3.5m，采用双层金属网+W钢带+锚杆+锚索吊挂工字钢棚+组合锚索支护机道顶板＋11^#矿用工字钢，锚杆的排间距为800×875mm。割三刀煤，最后一刀不推溜子，使支架前梁端头距煤壁距离不小于3.0m，留出一条撤设备通道，从支架底座到煤壁5700mm。然后在机道上方及前探梁打三排组合锚索组合锚索，排间距为1.6×5.25m交错布置。

停采后将工作面的浮煤清理干净，在工作面煤壁打三排护帮锚杆，铺设单层金属网，锚杆排间距为1000×1000mm，排距顶板400mm、1400mm、2400 mm。然后在工作面机道与煤壁之间打锚索工字钢棚，工字钢长度为3500mm，垂直工作面煤壁布置，每架工字钢打三架锚索，锚索使用8300mm的钢绞线。工字钢的间距为1.75m。并且在距煤壁0.3m的位置支设一排单体液压支柱（单体柱支在工字钢梁的下方）；停采后在每架支架的顶梁与座箱间支设四根直径不小于180mm的木柱。同时在支架的头尾端头位置用木料各打一木垛进行维护上下端头的顶板。

撤液压支架前，将头端头所有单体柱全部用木柱替支，然后开始进行撤架工作。利用掩护支架支护被撤支架后部顶板，每撤一架在其空间支设五组带帽木柱，每组２棵木柱，组与组间距为１m，如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，每撤退5架打一木垛。