大采高综采工作面切眼扩帮成巷及支架安装一体化技术研究与应用

王东

（冀中能源股份有限公司 东庞矿北井，河北 邢台 054000）

1 概 述

东庞矿21221工作面综采工作面采用扩老塘侧、就位6.5 m高架的工艺，通过采用配备滑移式临时支护装置的扩安一体化设备，使工作面切眼扩帮与支架安装就位工作实现了平行作业。切眼扩帮滑移式临时支护装置配合待就位支架进行就位，取消了扩帮区域顶板支护工序。切眼提前铺设专用模块轨道，使用液压支架调移装置（由电牵引车和安装叉车组成）将整架运输至扩帮区域进行调向、就位，避免了安装工艺中的困难。同时21221综采工作面扩塘侧、就位6.5 m高架的工艺可以多回收煤炭资源，取得了良好的经济效益，缩短了工作面搬家的时间，提高安装效率，确保高架工作面安装的安全性。

2 项目内容

2.1 项目内容

（1）21221综采工作面提前掘进横截面高×宽为5 m×4 m的初切眼，切眼机头老塘侧施工20 m长扩安一体化设备硐室，平行切眼机尾施工电牵引车硐室以及老塘侧施工慢速绞车硐室，切眼安装SGZ1250刮板机及皮带巷运煤系统。

（2）扩安一体化设备硐室安装滑移式临时支护装置、煤矿用挖掘式装载机，切眼安装液压支架调移装置1套载物装置（以下称安装叉车）和移动装置（以下称电牵引车）以及铺设液压支架调移装置专用模块轨道组成。

（3）切眼首先安装2台ZYT10800/28/55D型端头支架，11台ZY10800/30/65D液压支架。

（4）切眼老塘侧扩横截面高×宽为5 m×4 m，挖掘式装载机配合侧卸装岩机出煤，支架安装位置扩出后侧卸装岩机开至挖掘式装载机前方。

（5）6.5 m高架从卡轨车回绳站利用慢速绞车运至切眼机尾处上安装叉车，电牵引车运至支架就位处，实现边扩边安。

2.2 项目建设的必要性

东庞矿21215～21221综采工作面6.5 m高架整体搬家工作预计将于7月初至8月中旬进行。6.5 m高架综采设备数量多、吨位大、搬运设备特殊，缩短综采工作面设备搬家时间是现代化矿井必须面对的问题之一。该矿传统6.5 m综采支架安装工艺需先将工作面切眼扩帮4 m达到9.5 m宽，并对顶帮进行锚梁网配合槽钢锚索支护和切眼内加打2道单体铰接顶梁加强支护，安装作业时将支架通过滑道采用绞车配合滑轮、大链拖拽的方式达到合适的摆放位置及角度进行就位，同时需将两排单体随着支架安装逐步拆除。传统的安装工艺及装备在生产过程中存在一定的局限性，工作面安装过程中，切眼需扩帮后再进行支架就位，安装施工工期长；切眼扩帮需要大量的支护材料，顶板跨度大、支护时间长，顶板管理存在隐患；切眼安装、运输需绞车配合滑轮、大链进行拖拽，安全系数小。

21221工作面综采工作面采用扩老塘侧、就位6.5 m高架的工艺通过采用配备滑移式临时支护装置的扩安一体化设备，使工作面切眼扩帮与支架安装就位工作实现了平行作业。切眼扩帮滑移式临时支护装置配合待就位支架进行就位，取消了扩帮区域顶板支护工序。切眼提前铺设专用模块轨道，使用液压支架调移装置（由电牵引车和安装叉车组成）将整架运输至扩帮区域进行调向、就位，避免了安装工艺中的死拉硬拽。同时21221综采工作面扩塘侧、就位6.5 m高架的工艺可以多回收煤炭资源，缩短了工作面搬家的时间，取得了良好的经济效益。

3 实施方案

3.1 施工准备

（1）在下端头处下帮侧掘一个宽4.0 m、高5.0 m、长15 m的设备安装硐室，并在上端头处平行切眼方向开一个宽7 m、高4 m、深4 m的电牵引车硐室，同时在平行回顺方向开一个宽4 m、高4 m、深4 m的绞车硐室，如图1所示。

图1 东庞矿扩帮安装巷道准备示意Fig.1 Roadway preparation for expansion and installation in Dongpang Mine

（2）首先在下端头处安设端头支架。

（3）然后在该处继续安装转载机、破碎机、皮带机尾、使转载机与皮带机尾搭接好，形成运顺出货系统。

（4）在预先开出的导向切眼处安装运输机、将机头搭接在转载机尾上，同时将机尾安装在回顺三角点处并回缩在导向切眼内，且不安设电机减速器。这样就形成工作面到运顺的出货系统。

3.2 安装过程

（1）在回顺三角点处安装卸车机构、并在回顺液压支架组装硐室处，安装移动式液压支架起重装置并形成临时泵站。

（2）用履带吊车在回顺三角点处，平行切眼方向先铺设10 m左右的模块化轨道，然后将电牵引车安装叉车安装在该段模块化轨道上。并形成电源及液压动力系统。

（3）继续用履带吊车将模块化轨道放到安装叉车上，然后开动电牵引车牵引着安装叉车铺设模块化轨道直到运顺三角点处。

（4）用履带吊车将综掘机、滑移底座、推移装置、滑移式临时支护装置、先后放到安装叉车并运顺到前三角点设备安装硐室处，按顺序组装就位，然后将可旋转小溜子安装到该处，小溜子机头固定在工作面运输机上，机尾安装在硐室煤壁处（图2）。

图2 东庞矿扩帮安装设备布置工艺示意Fig.2 Equipment layout for expansion and installation in Dongpang Mine

（5）将整体支架通过卸车机构转运安装叉车上，使用电牵引车将该组支架运输到前三角点处，贴近端头支架依次安装就位，直到接近滑移式临时支护后侧。

（6）开动综掘机切割煤壁掘进1 m左右，并使用掘进机炮头将截割下来煤炭摆动到可横搭溜子的机尾上，同时开动溜子将煤炭运输到工作面的运输机上，再运输到运顺转载机、皮带机上运走。

（7）先将滑移式临时支架的伸缩梁及时伸出，在降下后架顶梁、抬起底脚向前移动，升起后架立柱使后架支撑起顶、底板，并保证后架伸缩梁伸出支护好后侧顶板。

（8）将小溜子向煤壁方向窜动4.0 m，即溜子机头窜到煤壁内不干涉模块化轨道运输支架。然后使用电牵引安装叉车将组装好的支架运输到安装位置（尾部朝前），如图3所示，使用电牵引安装叉车上的支架就位千斤顶并配合该支架的推移千斤顶，边旋转、边调整使支架安装就位，升起该支架同时收回滑移式支架的后伸缩梁，使该支架支撑顶板。即一组支架安装完成。

图3 支架就位示意Fig.3 Schematic diagram of support in place

（9）使用综掘机滑移底座推移装置将综掘机向前推移一个步距，同时将滑移临时支架向前推移一个步距。

（10）将电牵引安装叉车回到回顺三角点处，准备运输下一组支架，然后将小溜子向运输机方向窜回4.0 m，即将小溜子机头搭接在工作面大运输机上，并且沿着运输机向机尾方向移动一个步距。

（11）继续开动综掘机截割煤壁，开始下一个循环的工作，如此循环将支架安装完毕（图4）。

图4 扩安一体化设备布置Fig.4 Equipment layout of lengthening and installation integration

（12）拆除扩帮设备装车运走。最后在机尾处安装采煤机并将运输机尾延伸到回顺三角点，再将机尾电机减速器安装好。接线试运转，安装工作完成。

4 效益分析

4.1 节省搬家时间计算

21221综采工作面安装、扩帮就位支架161 m，每班扩3排，每天按9.6 m计算，可节省扩帮17 d；切眼铺设专用模块轨道需1 d时间，可节省切眼铺道2 d，共节省19 d。

4.2 节省支护材料计算

21221综采工作面切眼总长度161 m，切眼初掘5.5 m宽，扩深4 m，扩完后切眼宽度达到9.5 m。顶板支护要求，顶锚杆采用φ22 mm×2 400 mm左旋无纵肋螺纹钢锚杆，间排距800 mm×800 mm，顶锚索采用φ17.8 mm×8 500 mm钢绞线，间排距2.0 m×2.4 m。平均每米节约顶锚杆8.75套、顶锚索0.83套。按矿井现行人工定额及材料费，每米节约费用1 000元，可节约支护成本，1 000元×161 m=16.1万元。

4.3 多回收资源计算

21221综采工作面扩老塘侧4 m，安装103台支架，可多回收资源0.7万t，原煤按700元/t，可新增收入700元×0.7万t=490万元。

4.4 节省单体购置计算

21221综采工作面若采用传统扩按工艺，安装时所需切眼跨度大，扩帮完成后需在切眼内加打两道单体铰接顶梁加强支护，需打单体161 m×2根/m=322根，单体按1 600元/根计，可节约单体购置费用为322根×1 600元=51.52万元。

4.5 节省人工计算

21221切眼安装、扩帮实现平行作业，扩帮每班按10人、切眼铺道每班按5人计算，可节约人工10人/班×4班/d×17 d+5人/班×4班/d×2 d=720人。打单体支护顶板每班需5人、支护20根单体，支护322根单体需人工128人，人工定额150元/工计，可节省人工成本为（720+128）人×150人=12.72万元。

总计：1 140+16.1+490+51.52+12.72=570.34万元。

5 结 论

（1）东庞矿21221综采工作面安装采用边扩边安工艺，实现了工作面安装过程中扩帮与支架就位平行作业，减少了扩帮区域顶板支护工序，缩短了工作面安装时间，缩短综采工作面设备搬家时间，提高采区接续率和经济效益，确保了东庞矿安全高产高效生产。

（2）切眼采用扩老空帮、顶帮不进行锚网支护的方式，减小初采过程中悬臂梁的长度，加速了采空区顶板的垮落，有效避免顶板初次垮落时老空区积存瓦斯大量涌出，造成瓦斯超限的情况。同时减少了顶板初次垮落前工作面压力，保证支护安全。

（3）切眼提前铺设专用模块轨道，使用由电牵引车和安装叉车组成的液压支架调移装置，将整架运输至扩帮区域，进行调向、就位，避免了安装工艺中的死拉硬拽，保证了安装安全。