何 明，刘祥兵，冯立友

1中煤科工开采研究院有限公司 北京 100013

2天地科技股份有限公司开采设计事业部 北京 100013

3兖矿能源集团股份有限公司综机安撤中心 山东济宁 272000

综采工作面设备的撤除是煤炭开采过程中一个必不可少的环节。在整个综采工作面设备的撤除过程中，液压支架质量占到整个工作面设备质量的80% 以上，工程量最大，且液压支架作为工作面顶板支护设备，其撤除过程直接关系到整个工作面撤除作业的安全，撤除难度高；因此，液压支架的撤除是整个综采工作面设备撤除的关键。随着我国煤矿综采技术水平的不断提高，工作面生产能力和推进速度快速提升，工作面设备的撤除也更加频繁，液压支架的撤除直接影响到工作面生产的正常接续。我国综采工作面液压支架技术已处于世界领先水平，而工作面液压支架撤除装备的研发相对滞后，难以满足高效、安全撤除工作面液压支架的要求[1-5]。

1 发展现状

常用的工作面液压支架撤除工艺为单通道单翼撤除工艺，如图 1 所示，主要包括撤除作业区顶板的支护与待撤除液压支架的抽架、转向和拉移。该工艺撤除作业区顶板支护方式主要采用木垛、单体液压支柱+工字钢梁或工作面液压支架进行顶板支护；抽架方式主要采用矿用绞车+牵引钢丝绳+回转轮或液压支架抽架机进行；转向和拉移方式主要采用矿用绞车 +牵引钢丝绳对待撤支架进行调向并拉移至运输巷。

图1 液压支架单通道单翼回撤工艺Fig.1 Single-passage single-wing hydraulic support withdrawing process

将工作面液压支架直接作为回撤支架使用存在明显不足：工作面支架的移架步距通常为 0.6 或 0.8 m，而支架的中心距通常为 1.50、1.75 或 2.05 m，每撤走1 台支架，回撤支架需要 2 次以上移架，大幅度增加了支护作业时间；由于回撤巷道顶板暴露时间较长并受采动影响，普遍较为破碎，回撤支架多次移架，反复支撑顶板，极不利于回撤作业区顶板的维护；支架已经过长期使用，自身的可靠性也较差。

采用绞车与牵引钢丝绳抽架，钢丝绳容易绷断滑飞，存在极大的安全隐患，且需要增加临时辅助支点，劳动强度大，工作效率低。采用液压支架抽架机抽架，不仅速度较慢，而且由于其结构尺寸大，需占用较大的回撤作业空间，使用受到很大限制。

总之，综采工作面液压支架撤除过程中存在撤除作业区顶板支护效果差、待撤除支架抽架难等问题。

2 支护与抽架一体化支架撤除装备总体设计

针对综采工作面液压支架撤除过程中撤除作业区顶板支护效果差、抽架难的问题，充分总结兖矿能源集团股份有限公司综机安撤中心长期实践经验，分析各矿井撤除巷道条件和液压支架特性，从高效、安全撤除工作面液压支架出发，研发了支护与抽架一体化液压支架撤除装备，主要由回撤支架 (3 架)、辅助支撑装置、抽架装置、护顶钢钎输送装置、推移横梁及加长横梁等组成。

支护与抽架一体化液压支架撤除装备布置如图 2所示。其中回撤支架用于撤除作业区顶板的支护；辅助支撑装置配合单体液压支柱用于撤除作业区采空侧顶板的辅助支护；抽架装置与位于煤壁侧的回撤支架相连，用于待撤除液压支架的抽架，并随回撤支架的前移而自动前移；护顶钢钎输送装置用于对顶板进行临时支护；推移横梁用于撤除支架的前移；加长横梁可适应撤除巷道不同宽度的要求。

图2 支护与抽架一体化液压支架撤除装备布置示意Fig.2 Layout of integrated hydraulic support withdrawing equipment

3 回撤液压支架的研发

回撤液压支架的主要作用：支护撤除作业区的顶板，为操作人员提供安全的作业空间；为待撤除工作面支架的调向提供回转空间。

兖矿所属矿井众多，工作面液压支架中心距、高度和质量相差大，其中本部矿井以 1.50、1.75 m 中心距放顶煤支架为主，支架质量不超过 45 t；外部矿井以 1.75、2.05 m 中心距大采高支架为主，支架最大质量近 80 t。

根据回撤液压支架移架步距大、回撤巷道顶板条件相对较差的特点，并根据兖矿本部和外部矿井液压支架不同情况，分别研发适用于外部矿井大采高重型液压支架撤除的回撤支架 (ZY12000/28/58 型回撤液压支架) 以及适用于本部矿井支架撤除的回撤支架(ZZ6800/20.5/40 型回撤液压支架)。

ZY12000/28/58 型回撤液压支架结构如图 3 所示，主要技术参数如表 1 所列。与工作面液压支架相比，其突出特点为：移架步距大，可一次性移架到位；底座两侧对称并设有抽架装置连接装置；顶梁上设有护顶钢钎输送机构；顶梁两侧设有固定大侧护板，对采空侧进行有效挡矸。

图3 ZY12000/28/58 型回撤液压支架结构示意Fig.3 Structural sketch of ZY12000/28/58 withdrawing hydraulic support

表1 ZY12000/28/58 型回撤液压支架主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of ZY 12000/28/58 withdrawing hydraulic support

ZZ6800/20.5/40 型回撤液压支架结构如图 4 所示，主要技术参数如表 2 所列。除具有 ZY12000/28/58 型回撤液压支架的突出特点外，其尾梁可实现下摆 90°，并且底座后端采用可拆卸式结构，可满足普通矿井支架主体部分整体下井运输的要求。

图4 ZY6800/20.5/40 型回撤液压支架结构示意Fig.4 Structural sketch of ZY6800/20.5/40 withdrawing hydraulic support

表2 ZZ6800/20.5/40 型回撤液压支架主要技术参数Tab.2 Main technical parameters of ZZ 6800/20.5/40 withdrawing hydraulic support

4 抽架装置的研发

在工作面支架撤除过程中，为了便于待撤除支架的调向，一般需将待撤除支架向前拉移约 1/2 底座的长度。由于抽架过程中待撤除支架已处于降架状态，其上方顶板已无支撑，抽架所用时间越短越有利于顶板的管理，因而要求抽架装置能快速完成抽架；大采高重型支架的质量近 80 t，要求抽架装置具有足够的抽架力。为此研发了一种快速强力抽架装置，结构如图 5 所示，主要由抽架梁、转向轴、滑轮、圆环链、接链盒、连接耳轴及抽架千斤顶等组成。

图5 抽架装置结构示意Fig.5 Structural sketch of withdrawing device

快速强力抽架装置的主要结构特点如下：

(1) 抽架梁采用箱型结构梁，结构简单、强度高；

(2) 通过更换抽架千斤顶可以满足不同工作面和不同支架的抽架要求，不同抽架千斤顶主要技术参数如表 3 所列；

表3 不同抽架千斤顶主要技术参数Tab.3 Main technical parameters of various withdrawing jacks

(3) 通过耳轴将抽架机构与回撤支架连接在一起，抽架梁可上下自由摆动，适应回撤巷道底板的起伏变化；

(4) 抽架梁随回撤支架的前移而自动前移；

(5) 可实现一次性快速、准确抽架到位；

(6) 待撤支架与抽架千斤顶之间采用圆环链连接，使用方便、安全性好。

5 辅助支撑装置的研发

由于撤除巷道的顶板普遍较为破碎，位于采空侧的回撤支架降架过程中，时常发生顶板紧随支架降架而不断下沉的现象，严重影响了回撤支架的正常移架。解决该问题通常采用单体液压支柱对采空区一侧进行辅助支护，而单体液压支柱的回撤不仅劳动强度大且安全性差，为此研发了一种可实现单体液压支柱自动前移的辅助支撑装置。

辅助支撑装置结构如图 6 所示，主要由单体支柱安装筒、支撑座、拉移千斤顶、连接头及圆环链等组成。辅助支撑装置的作用是当撤架过程中靠采空侧的顶板需要用单体液压支柱进行辅助支护时，提供单体液压支柱固定安装座，并实现单体液压支柱的自动回撤。

图6 辅助支撑装置结构示意Fig.6 Structural sketch of auxiliary supporting device

6 护顶钢钎输送装置的研发

在待撤除支架抽架和调向过程中，待撤除支架的上方将形成较大的无支护面积，对于较为破碎的撤除巷道顶板有时需要进行临时护顶处理，为此研发了护顶钢钎输送装置。该装置主要由钢钎输送千斤顶及其固定件、钢钎输送导筒等组成，结构如图 7 所示。

图7 护顶钢钎输送装置机构示意Fig.7 Structural sketch of conveyor for roof-protecting drilling rod

根据护顶钢钎使用要求，钢钎输送千斤顶行程设计为 2 000 mm，并将回撤支架顶梁设计为双层结构，将钢钎输送千斤顶安装在顶梁的上层，可满足 3～4根 1.9 m 长护顶钢钎的输送要求。该装置可及时推送出护顶钢钎，实现待撤支架降架后对其上方顶板及时护顶，并便于后续加固处理。

7 结语

支护与抽架一体化工作面液压支架撤除装备的研发，有效解决了综采工作面液压支架撤除过程中顶板支护效果差和待撤除支架抽架难的问题。回撤支架采用大移架步距，实现了一次性移架到位，提高了支护效率，明显改善了回撤作业区顶板支护效果；辅助支撑装置与单体液压支柱配合使用，完善了对回撤作业区顶板的支护。抽架装置结构简单，抽架力大，可实现待撤除支架快速、准确抽架到位，并可随回撤支架的前移而自动前移。

工作面液压支架撤除装备的应用明显降低了工人劳动强度，大幅度提高了综采工作面液压支架撤除安全性和撤除效率。