新型综采工作面液压支架快速撤除机械手及应用实况

李世辉 宋阳 王必永

摘  要：国内煤矿在停采后，综采工作面液压支架撤除运输中普遍使用回柱绞车为动力源，将液压支架抽出、调向，这种工艺的缺点是支架撤除速度慢、劳动强度大、单体数量多、安全隐患多。南京石诚井巷装备有限责任公司专业技术人员在全国多个矿经过充分调研和工艺论证，并与淮南矿业（集团）有限责任公司合作，结合国内外在综采工作面液压支架撤除设备及工艺方法的优缺点，研发设计了一种综采工作面液压支架快速撤除机械手（简称机械手，下文同）及配套工艺方法，使用该机械手实现了液压支架一次性抽出、调向，提高综采工作面支架撤除机械化程度，该撤除机械手在淮南矿区多个矿井使用，对矿井综采面提高功效、降低安全隐患、减少工人劳动强度的目标帮助很大。

关键词：液压支架;撤除;机械手;应用

中图分类号：TD355.4 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）32-0106-03

Abstract： After stopping mining in domestic coal mines， the return pillar winch is generally used as the power source in the removal and transportation of hydraulic support in fully mechanized mining face to pull out and adjust the hydraulic support. The disadvantages of this technology are slow removal speed， high labor intensity， large number of single support and many hidden dangers. The professional and technical personnel of Nanjing Shicheng Shaft and roadway equipment Co.， Ltd. made full investigation and technological demonstration in many mines throughout the country， and cooperated with Huainan Mining（Group） Co.， Ltd.， combined with the advantages and disadvantages of hydraulic support removal equipment and technological methods in fully mechanized mining face at home and abroad， developed and designeda rapid removal manipulator of hydraulic support in fully mechanized mining face （referred to as manipulator， the same below） and its matching processmethod.Using the manipulator， the one-time extraction and direction adjustment of hydraulic support is realized， and the mechanization degree of support removal in fully mechanized mining face is improved. the removal manipulator is used in many mines in Huainan mining area. It is of great help to the goal of improving the efficiency of the fully mechanized mining face， reducing the hidden danger of safety and reducing the labor intensity of workers.

Keywords： hydraulic support; removal; manipulator; application

1 项目背景及国内外研究概况

1.1 研究背景及意义

我国是个采煤大国，地质储量丰富，煤田分布广阔，地质条件复杂多样，井型大小不一，为实现煤炭开采效率和开采设备合理高效利用，导致煤炭行业对机械化发展提出了更高的要求，这些机械化设备需要满足不同地区、不同工作环境、采高等矿井要求。各矿井综采工作面回采结束后，为提高综采设备的周转率，同时消除综采工作面采空区的发火隐患，需要尽快拆除回撤工作面及两巷设备，并封闭综采工作面，缩短这一工期对煤矿安全性、成本、设备利用率具有显著的提升作用，在煤矿开采行业意义重大。

近年来随着我国煤矿开采技术的发展和采掘机械化程度的迅速提高，使综采工作面接续时间要求越来越短，然而由于设备搬移时间过长造成煤矿企业的生产成本增加，影响机械化效率的提高，同时没有理想的机械化撤除设备，也是造成这一工作环节事故多发的主要因素。综采工作面液压支架安全、高效的撤除对于矿井生产的持续稳定健康发展显得越来越重要。因此，如何缩短综采工作面设备搬家时间、提高采区接续速度是现代化矿井必须要解决的问题。

1.2 国内外研究概况

传统液压支架的拆除基本都是利用绞车和回头滑轮配合，将支架从工作面停采位拉出，拉出过程中需人工抬运单体辅助调整方位，拉出后再用絞车调向拉走运出。德国沙尔夫履带式液压支架牵引车，率先实现了撤架机械自动化——通过遥控器控制牵引车进入待撤支架区域，设定操控指令，自动完成提升、前行、牵引出位、转弯等一系列动作，最大程度减少作业人员数量，降低撤架作业的风险（如图1）。

我司（南京石诚井巷装备有限责任公司）研发的支架撤除机械手是目前国内使用比较理想的综采工作面液压支架撤除专用设备，同时解决支架抽出、调向的问题，该产品还荣获了由国家安全生产监督管理总局颁发的《第六届安全生产科技成果奖》三等奖。设备外形如图2所示：

2 新型液压支架撤除装置与工艺简介

在国内，由南京石诚井巷装备有限责任公司研发生产的专利产品支架撤除机械手是目前国内使用比较理想的综采工作面液压支架撤除设备，能解决支架抽架、调向的问题，该产品还荣获了由国家安全生产监督管理总局颁发的《第六届安全生产科技成果奖》三等奖。但是，该支架撤除机械手只是解决了抽架、调向的部分，对扩帮有一定要求，否则支架没有足够的空间抽出和调向。

2.1 液压支架撤除设备简介

如图3所示，该液压支架撤除装置主要由摆臂、回转座、基座、回转千斤顶、横梁、提升千斤顶等构成，动力源取自于停采面乳化液。在撤架时，将该液压支架撤除装置摆臂转向待撤支架一侧，摆臂前端通过链条与待撤支架连接，降下待撤支架，操作控制手柄将摆臂向煤壁一侧摆动，在摆臂摆动的同时伸出摆臂伸缩臂，牵引待撤支架抽出并调向，到达预定位置后，使用工作面绞车将已拆出支架拖运装车。该装置自移是通过横梁与三架（或四架）掩护支架连接，利用综采采煤工作面“推溜拉架”原理实现装置自移。

该液压支架快速撤除设备与一步到位横梁配合使用，横梁部分设计有行程900油缸，加上支架推溜缸的行程900，总行程可以达到1800，可以实现掩护支架的移动一步到位。其结构图如图4所示。

2.2 新型液压支架撤除工艺简介

液压支架调移装置工艺： 断开液压支架架间管路→对支架进行供液→缩回推拉油缸→收回支架侧护板→降低支架直至完全离开顶板→液压支架调移装置摆臂和液压支架之间通过链条连接→提起液压支架→拉出液压支架→将液压支架调向90度→将液压支架拉上滑道，并运送出去。其分解图示见图5、6、7、8：

（1）将待撤支架降下，机械手摆臂转向待撤支架一侧，使用链条将摆臂前端与待撤支架连接。

（2）操作控制手柄将摆臂向煤壁侧摆动，将待撤支架拉出。

（3）推出摆臂伸缩臂，牵引待拆支架向煤壁方向旋转。

（4）使用工作面绞车将拆出支架拖运装车（图8）。

3 使用效果总结分析

3.1 使用工作面概况

（1）朱集东矿1232（1）拆除面：该工作面切眼长220m，大部分为平巷段，其中有一段长为15m且倾角为7°斜坡，最大倾角8°，平均倾角2°;该工作面通道刷括宽度为3.0m，采用顺山钢带配合锚联网支护，煤帮侧采用10#铁丝金属网续联至实碴处，打锚杆加固煤壁;该面需撤除支架146架，支架型号为ZZ7000/13/26型，架重20.2吨，支承高度1.3-2.6m，中心距1.5m。

（2）潘二矿18225拆除面：该工作面长约201m，运顺高于轨顺，工作面从机头向机尾方向呈下坡状，最大坡度5°，平均角度3°;工作面最小净高（从轨面至锚索头之间的距离）为2.2m，刷面最小宽度（从架头至煤壁距离）为3.2m。该面需撤除支架134架，支架型号为ZZ7000/13/26型;工作面老塘采用8#菱形金属网交叉配合间距约600mm一根顺山钢丝绳配合液压支架支护。

（3）张集矿1215（1）拆除面：该工作面长约240m，底板呈起伏状，由切眼下口至上口，最大坡度8°，平均5°;工作面顶板使用锚联网进行支护，沿工作面方向共布置5排M5钢带，每排间距950mm，帮部4排皮带，每根皮带条布置2根间距850锚杆;该面工需拆除ZZ10800/18/38型液压支架161架。

3.2 支架撤除装置使用效果总结

使用我公司的新型综采工作面液压支架撤除设备及其配套工艺后，相较于传统撤架设备及工艺，在矿井安全性、工作效率、工人劳动强度、生产成本、作业机械化等方面具有明显的优势。

（1）矿井安全性：综采工作面撤除液压支架时，新型撤除机械手取代绞车和滑车配合的硬拽工作方式，撤架全程通过远程遥控实现，操作人员在掩护支架下，消除了传统撤架过程中绞车钢丝绳拉断伤人和三角区等安全隐患。

（2）提升工作效率：传统使用绞车和滑车配套的撤架工艺需频繁倒换绞车钩头和摘挂滑车，基本撤除一架需用时60-80min，使用该撤除机械手后，该装置及工艺实现一步到位，在将支架拽出同时调向，撤除一架仅用时10-23min，平均撤除效率提升71%左右（不包含支架装车、解体、设备检修等制约因素），撤架效率大幅度提升。

（3）减轻工人劳动强度：该撤除机械手通过操纵阀在掩护支架下操作，取代了滑车配合绞车操作方式，作业人员无需进行拉绳、摘挂滑车、倒换钩头等操作，大大减轻工人劳动强度。

（4）节约生产成本：使用该机械手及配套撤架工艺后，只需要4人即可撤架，较原撤架工艺的9人节约了5人，因无需进行额外顶板维护，可节约顶板维护与拆除工4人;节约拆架绞车、滑车、单体、钢丝绳;可少刷面一排，节省锚杆、锚索、钢带、金属网等成本。

（5）提升机械化程度：一步到位横梁设计，解决了掩护支架自移一步到位，减少了坑木使用，新型撤除设备及配套工艺改进了液压支架装车工艺，对综采工作面液压支架撤除机械化发展具有重要作用。

4 结束语

该新型液压支架撤除机械手及配套工艺经朱集东矿、潘集矿、张集矿、谢桥矿等单位试用后，经我司研发设计人员对结构外形、横梁一步到位、设备整体受力调整、撤架施工工艺进一步改进完善，最终产品适用架型更多。适用我司的液压支架快速撤除设备，能实现现代化矿井的工作效率提升、减人降成本，提高机械化程度、减少甚至杜绝安全事故的发展目标，对各煤矿具有较好的经济效益，设备好的通用性和高效安全特性保障了矿井生产，具有较好的社会效益。虽然该液压支架撤除装置及配套工艺使用效果良好，但也存在不足，如依赖掩护架连接与自移、支架装车运输未解决、对扩帮有特定要求等。国内外相关综采面支架撤除装置研究是热门方向，很多企业都投入较大资金与人力，相信这些科研团队在未来能研发出更加高效实用的快速撤除设备，为煤炭行业在机械化、自动化、安全性、高效化发展做出贡献。

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