綜采工作面液壓單體柱遠(yuǎn)程回柱裝置應(yīng)用

趙雪空

（晉能控股煤業(yè)集團雁崖煤業(yè)大同有限公司，山西 大同 037031）

引言

礦用液壓單體柱配合工字鋼和板梁進行支護是井下常用的一種加強支護的方法，單體柱的注液升柱、超載溢流、泄載降柱主要是通過三用閥來實現(xiàn)的，目前井下單體柱回柱時，主要采用專人扶柱，一人按壓三用閥卸液的方式進行回柱[1]。這種回柱方式必須要求人員站在單體柱附近，當(dāng)頂板不好，或是單體柱柱頭有柱帽或板梁等物體時，在單體柱下落過程中對頂部物體的支撐力下降，有掉落傷人的風(fēng)險。本文重點以8311 工作面為研究對象，決定對工作面單體柱采用一套遠(yuǎn)程回柱裝置，分析了該裝置結(jié)構(gòu)及工作原理，力求保證工作面單體柱回柱安全。

1 8311 工作面概述

晉能控股煤業(yè)集團雁崖煤業(yè)大同有限公司8311工作面位于塔山三盤區(qū)西翼，工作面西部為實煤區(qū)，南部為8312 工作面，東部為三盤區(qū)大巷，北部為8309 工作面采空區(qū)。

8311 工作面設(shè)計走向長度為1 200 m，傾向長度為185 m，工作面回采煤層為山西組4 號煤層，煤層為半亮型、暗淡型煤，塊狀。本煤層屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，總厚度為2.0～3.60 m，平均厚度為2.80 m，利用厚度為1.80～3.30 m，煤層中普遍含有1 層夾石，局部含有2 層夾石，夾石巖性為灰黑色砂質(zhì)泥巖、黑色泥巖、灰褐色高嶺巖，煤層頂?shù)装鍘r性如表1 所示。

表1 山西組4 號煤層頂?shù)装鍘r性匯總

2 工作面超前應(yīng)力區(qū)臨時支護現(xiàn)狀

2.1 支護方式

為了降低工作面回采期間超前應(yīng)力區(qū)對頭尾順槽頂板產(chǎn)生的破壞作用，工作面回采期間對順槽超前應(yīng)力區(qū)采用DW28-250/100 型液壓單體柱進行臨時支護，每排支設(shè)3 架，單體柱與長度為0.6 m 的“π”型頂梁進行聯(lián)合支護，支護間距為1.5m、排距為1.0m，超前支護長度為30 m。單體柱具體技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表2 DW28-250/100 型液壓單體柱技術(shù)參數(shù)

2.2 支護現(xiàn)狀

由于8311 工作面采用小煤柱回采，與8312 工作面布置煤柱厚度均為6.0 m，工作面在回采過程中應(yīng)力大，特別在超前應(yīng)力區(qū)頂板破碎嚴(yán)重，采用單體柱進行加強支護時，局部支護出現(xiàn)單體柱變形、插頂現(xiàn)象；單體柱一旦出現(xiàn)變形后需及時回柱并重新補打，單體柱采用人工回柱方式，但是進行傳統(tǒng)人工回柱時，受頂板影響，在過程中很容易出現(xiàn)傷人事故，根據(jù)綜采一隊統(tǒng)計，2021 年綜采工作面超前應(yīng)力區(qū)人工回柱時共計發(fā)生8 起回柱傷人事故，經(jīng)濟損失達(dá)30 余萬元。

3 單體柱遠(yuǎn)程回柱裝置應(yīng)用

為了保證回柱施工安全，綜采一隊通過技術(shù)研究決定采用由晉城藍(lán)焰煤業(yè)股份有限公司設(shè)計的單體柱遠(yuǎn)程回柱裝置。

3.1 裝置結(jié)構(gòu)組成

1）液壓單體柱遠(yuǎn)程回柱裝置，包括操作機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、傳動線芯和柔性限位套管等部分組成，如下頁圖1 所示。

圖1 液壓單體柱遠(yuǎn)程回柱裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2）操作機構(gòu)主要由第一操作桿和第二操作桿組成，第一操作桿和第二操作桿在其中上部采用鉸接連接，位于鉸接點以下的部分采用向外分離叉開結(jié)構(gòu)；分別在第一、第二操作桿的頂端向上安裝固定擋片。

3）執(zhí)行機構(gòu)主要由壓板和底板等部分組成，壓板的一端與底板的一端采用鉸接連接，壓板的另一端向外安裝固定擋片，底板的另一端向外同樣安裝固定擋片[2]；底板的上固定有貫穿其上下設(shè)置的定位導(dǎo)向筒，壓板上對應(yīng)定位導(dǎo)向筒的位置處鉸接連接有插裝在定位導(dǎo)向筒內(nèi)的擠壓桿。

4）壓板的底板面兩側(cè)向內(nèi)開設(shè)有活動槽，兩個活動槽之間形成鉸接板，擠壓桿的頂端設(shè)有鉸接耳板，擠壓桿上的鉸接耳板通過鉸接軸鉸接連接在壓板上的鉸接板上。

5）傳動線芯連接在操作機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)之間，具體是：傳動線芯的一端固定在第一固定擋片上、另一端固定在第四固定擋片上，同時傳動線芯的線身依次穿過第二固定擋片和第三固定擋片[3]。

6）柔性限位套管套裝在位于操作機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)之間的傳動線芯的線身上，柔性限位套管的一端卡置在第二固定擋片上、另一端卡置在第三固定擋片上。

3.2 裝置工作原理

使用時，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境選擇適合長度的柔性限位套管和傳動線芯，然后將執(zhí)行機構(gòu)上的定位導(dǎo)向筒卡在單體柱的三用閥上，人員站在安全區(qū)域后捏合操作機構(gòu)，通過傳動線芯及柔性限位套管的配合而傳遞一個位移，最終使得執(zhí)行機構(gòu)上的擠壓桿用閥進行按壓，三用閥卸液，實現(xiàn)單體柱遠(yuǎn)程回柱。

4 結(jié)構(gòu)優(yōu)點及實際應(yīng)用效果分析

4.1 裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)點

1）結(jié)構(gòu)簡單成本費用低：該裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)相對簡單，生產(chǎn)制造方便，整套裝置成本費用不足0.31 萬元，成本費用低，而且該裝置在使用過程中故障率低，可用于不同型號的液壓單體柱，實用性強。

2）自動化水平高：與傳統(tǒng)人工回柱方式相比，單體柱遠(yuǎn)程回柱裝置主要利用動傳動線芯收回，傳動線芯拉動執(zhí)行機構(gòu)閉合，擠壓板從而帶動擠壓桿沿著定位導(dǎo)向筒向下移動，擠壓桿就可以達(dá)到按壓三用閥卸液的目的，實現(xiàn)單體柱遠(yuǎn)程回柱的功能。

3）勞動強度低、安全系數(shù)高：與傳統(tǒng)人工回柱方式相比，液壓支柱采用該裝置進行回柱時僅需1～2名操作工即可，回柱速度快、效率高，大大降低了回柱勞動作業(yè)強度，同時采用該裝置回柱時操作人員站在距支護區(qū)5.0 m 左右處，保證了回柱施工安全，避免傳統(tǒng)回柱時傷人事故發(fā)生。

4.2 實際應(yīng)用效果分析

2021 年2 月8311 工作面采用單體柱遠(yuǎn)程回柱裝置，通過6 個月實際應(yīng)用效果來看，采用該裝置后，回柱施工人數(shù)由原來的4 人減少為現(xiàn)在的2 人，減少了回柱作業(yè)人員，降低了勞動作業(yè)強度；回柱時間由原來的14 min/根縮短為6 min/根，大大縮短回柱時間，提高了回柱效率；同時采用該裝置回柱后全年未發(fā)生一起回柱傷人事故，保證了回柱施工安全，降低了事故率。

5 結(jié)語

綜采一隊針對8311 工作面前期回采過程中液壓單體柱回收時主要存在的技術(shù)難題，采用了一套單體柱遠(yuǎn)程回柱裝置，實際應(yīng)用效果表明：該裝置在使用過程中具有回柱效果好、故障率低、安全系數(shù)高以及自動化水平高等優(yōu)點，采用該裝置后能夠降低回柱事故率，有效保證工作面支護安全，取得了顯著應(yīng)用成效。