大倾角大采高倾斜长壁工作面快速安装技术探索
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【摘 要】大倾角、大采高、倾斜长壁工作面安装速度慢、安装周期长，影响生产接替。刘庄煤矿积极探索，在工作面轨道顺槽上部施工组装间车场，创造条件采用无极绳打运，提高打运效率，实现了大倾角大功率倾斜长壁工作面的安全、经济、快速安装，在矿区乃至全国类似条件具有较高推广价值。
【关键词】大倾角；倾斜长壁；快速安装；探索
1 引言
国投新集公司刘庄煤矿设计生产能力一期为3.0Mt/a，2006年10月16日建成试生产，2009年10月通过8Mt/a的产能核定，2012年通过安徽省经信委产能核定为 1140wt/a。矿井采用立井多水平、集中大巷、分区开拓方式，工作面布置为走向长壁布置和倾斜长壁布置两种方式。随着大倾角、大采高、倾斜长壁采煤方法在矿区的推广应用，传统倾斜长壁工作面安装方法，因为安装工期过长，影响生产接替。
2 工作面概况
2.1 概述
刘庄煤矿121106工作面位于东二采区一水平以上，F32与F30断层之间，总体为单斜构造，工作面内地层走向近东西，煤层起伏不大。煤厚4.0米，平均倾角16°，局部达19°。设计采用倾斜长壁俯采布置，轨道顺槽长度1025米，胶带顺槽长度840米，可采长度780m，面长350m，可采储量145万吨。
2.2 工作面工作面主要综采机电设备特点
（1）设备功率大。刘庄煤矿121106工作面采用SL500AC采煤机，功率1715kw，SGZ―1000/1710刮板输送机功率2×855kw，DSJ-1400/2×450皮带输送机功率2×450kw，支架工作阻力10000KN。
（2）设备重量大。SL500AC采煤机重量大100t，ZZ10000-22/45D型支架重量43t.
（3）由于设备外形尺寸较大，需地面解体后下井，在井下组装。
3 大倾角倾斜长壁工作面传统安装方法的缺陷
3.1 传统支架打运安装方法
支架在地面解体后下井，先在轨道顺槽下部车场组装。因为现有无极绳绞车拉力无法满足要求，只能采用32T慢绞整架打运到工作面安装。受绞车的缠绳量限制，需在轨道顺槽中部设车场，用两部绞车打接力。
3.2 打运安装步骤
第一步：在轨道顺槽下部车场设组装间，支架两解体后下井（顶梁一车、尾梁与底座一车），采用电机车拉到组装间组装。
第二步：在轨道顺槽中部卧底，施工长度30米的车场，采用32T慢绞将组装后的支架整架打运到轨道顺槽中部车场。
第三步：在轨道顺槽上口卧10米平台，设绞车窝，安装一部32T慢绞，将支架打运到轨道顺槽上口平台。
第四步：在轨道顺槽帮部切眼对面施工绞车窝，安装一部32T慢绞，将支架打运到工作面稳固。
工作面采煤机等其他设备解体后按照支架打运路线打运到工作面组装。
3.3 存在问题
3.3.1 打运效率低，影响安装进度。121106工作面轨道顺槽长度1025米，采用慢绞打接力，每钩打运时间：
T=2（L/V+2t）
T-每钩打运时间，
V-32T慢绞慢速运转绳速，取8米/分钟
L-打运距离，轨道顺槽长度1025米
t--1次摘挂钩时间 ，取15分钟
经计算，T=317（分钟），约5.3小时，元班可以打运4钩，最多可以安装3架（每4架需要打运1钩运输机）。
根据刘庄煤矿其他工作面（171301、171303、151301、151302工作面）安装经验，实际在施工过程中，受各种因素影响，安装速度平均2.5架/元班。121106工作面长305米，需安装支架204架，支架及运输机安装时间需82天。如果考虑到采煤机、转载机、破碎机，自移机尾打运安装时间，工作面安装预计需要3.5个月。
3.3.2 耗费大量人工
采用慢绞打接力，小班用工情况：上口3人（绞车司机1人、摘挂钩工1人、信号工1人），轨道顺槽中部车场3人（绞车司机1人、摘挂钩工1人、信号工1人），下口2人（摘挂钩工1人、信号工1人），每天需24个工，整个工作面安装需用工：
W=24*105=2520（工）
3.3.3 轨道顺槽中部车场卧底工作量大
轨道顺槽车场30米，最大卧底深度9米，卧底后巷道高度12.5米，卧底量375立方米。此外工作面回采到该车场时，因为巷道超过，需要套棚、打木垛接顶，浪费大量人力物力。
3.3.4 安全风险大
在斜巷设中继车场，斜巷有人作业，安全风险大。
4 安装方法优化
4.1 打运系统的设计
4.1.1 打运方案的确定
工作面安装速度与设备打运效率关系较大，为提高打运效率，在轨道顺槽上部施工组装间车场。这样工作面支架解体后下井，从轨道顺槽采用无极绳打运到轨道顺槽上部车场组装，然后采用32T绞车打运到工作面安装。工作面采煤机、运输机，机巷转载机、破碎机、自移机尾解体后下井，从轨道顺槽采用无极绳打运到轨道顺槽上部车场，然后采用32T绞车打运到位安装。
4.1.2 轨道顺槽打运系统设计
组装间车场长度的确定：
L=a+b+c
a=（m+n）*1.5+d+i+n+l
L― 组装间车场长度
a―上平台边坡点到无极绳梭车停车位置的距离
m―重车长度5m
n―梭车长度3m
d―道岔长度7m
i―警冲距离3m
l―过卷距离2m
b―无极绳机尾基础长度21m
c―组装间组装长度5*3=15（m）
经过计算，L=63m，取70m（附组装间车场设计图）
4.2 打运设备的选择
121106工作面轨道顺槽设计长度1025m，胶带顺槽最大坡度19°，解体后最大打运大件为22吨。为了适应长距离、多坡度、大吨位工况条件的普通轨道运输，在轨道顺槽设置一台SQ-160/160PS型无极绳连续牵引车。
4.2.1 SQ-160/160PS型无极绳连续牵引车技术参数：
绞车功率：160KW
滚筒直径：1600mm
最大牵引力：160KN
绳速：0.1-1.44m/s
钢丝绳直径：6×19S+FC-32光面线接触钢丝绳
轨距：900mm
轨型：30kg/m
调速方式：无极调速
驱动方式：单滚筒抛物线型
最大运输重量：25T
最大坡度：20°
4.2.2 绞车拉力校核
F拉=W车物（sinθ+u1cosθ）+ W绳（sinθ+u2cosθ） =22×（sin19+0.015cos19）+2.49×10-3×4500（sin19+0.2cos19）≈13.24（吨）
绞车最大拉力为16吨，16>F拉
绞车拉力满足要求。
4.3 打运安装步骤
第一步：支架三解体后下井（顶梁一车、尾梁、底座各一车），采用电机车拉到轨道顺槽下部车场。
第二步：采用无极绳打运到轨道顺槽上部车场组装。
第三步：在轨道顺槽帮部切眼对面施工绞车窝，安装一部32T慢绞，将支架打运到工作面稳固。
4.4 效果评价
4.4.1 打运效率提高直接促进安装速度的提高
121106工作面轨道顺槽长度1025米，每钩打运时间：
T=2（L/V+t）
T-每钩打运时间，
V- 无极绳绞车运转绳速，0.6-1.5米/秒，平均取1.0米/秒
L-打运距离，轨道顺槽长度1025米
t-1次摘挂钩时间 ，取15分钟
经计算，T=32（分钟），约1.07小时，小班可以打运7钩，元班可以打运21钩，安装6架（三钩组装一架，每4架需要打运1钩运输机），安装速度提高一倍以上。该工作面长305米，安装支架204架，支架及运输机安装时间34天。加上采煤机、转载机、破碎机，自移机尾打运安装时间，工作面安装实际使用40天，
4.4.2 节约人工成本
采用无极绳打运，每小班需5人（上、下口摘挂钩工、信号工2人，跟车工1人），每天需增加15个工，整个工作面安装用工600个，与传统安装方法相比节约用工1920（工）。
4.4.3 安全风险小
这种打运安装方法，斜巷没有人作业，最大限度降低了安全风险。
4.5 实际效果
采用优化后的安装方法，安装速度明显提高，每天安装5-6架，安装速度平均5.5架/元班。该工作面长305米，安装支架204架，支架及运输机安装时间38天。加上采煤机、转载机、破碎机，自移机尾打运安装时间，工作面安装实际使用42天，实现了大倾角大功率倾斜长壁工作面的安全、经济、快速安装。
作者简介：
蒋康前，（1966.6―），本科采矿工程师，国投新集刘庄煤矿副总工程师