0 引 言
随着工作面大型化、重型化综合机械采煤技术的应用与发展，综采设备的撤除难度随之加大，尤其是面临大倾角采煤工作面时，撤除工艺更为复杂，难度系数也成倍增加，而支架撤除因工序多、体积大、吨位重、安全隐患多等因素，更是大倾角工作面设备回撤中的关键。 同时在大倾角工作面撤除过程中涉及到顶板管理、支架拆除、斜巷运输等技术难题，将直接影响工作面撤除施工的安全和进度。 目前，国内各煤矿企业对于大倾角工作面的支架回撤开展了较多研究，彭建国等[1]通过研究平均倾角达32°的大倾角工作面支架拆除，总结出了采用SQ-120/132B 无极绳绞车比用多个回柱绞车接力运输可大幅提高运输效率的经验。 文献[2-3]就大倾角工作面的支架拆除提出了利用绞车配合支架自重的溜放下滑式拆除技术，拆除期间顶板管理采用工字钢抬棚形式，成功解决了“三软”煤层急倾斜综采工作面上端拆除支架的难题。 李晟[4]针对晋华宫矿16°大倾角综采工作面从上往下进行设备撤出的问题，采用了4 台回柱绞车＋机道掩护支架的方式，验证了该方式在自上而下拆除设备工艺中所表现出的稳定性和高效性。 马守富[5]在裕丰煤矿局部41°大倾角工作面通过利用工作面两平巷端头有1 条废弃探巷作为回撤通道，由上而下依次回撤架，并且尝试取消掩护支架，用木垛支护三角区顶板，使安全回撤空间得到有效管理，保证工作面液压支架的安全高效回撤。 李响[6]在煤层平均倾角28°，最大倾角31°的综采工作面首次采用ZFM/BGD 型变轨吊＋液压支架回撤平台＋绞车辅助牵引的方式成功实现液压支架的快速拆除，同时在工作面下部底板软、设备重，造成提架阻力大，回收支架时花费了大量的时间条件下，总结出应采取铺设假底的方法来减小提架的阻力，节省回撤时间。 结合这一经验并借鉴姚世林[7]的研究成果，促使韩咀煤业形成了液压支架拆除超前采用导向滑靴的雏形。 文献[8-9]通过分别采取多点拆解支架和多部绞车结合滑轮相互配合的方式成功实现了大倾角工作面支架回撤，但程序复杂，受笔者所述工作面条件限制严重，不具备可行性。 文献[10-15]通过对各种支架撤除方案及工艺进行研究，认为在复杂条件下采用柔性支护＋机械手等组合式回撤工艺，可实现回撤过程的安全、高效。 梁国栋[16]在千米深井大倾角综采工作面设备机械化拆除工艺研究中使用了QYK-15 矿用液压起吊车、PHZ-60 压支架回撤平台、CHZ-35 液压支架回撤叉车、ZY-35 液压支架装车装置对综采工作面液压支架进行机械化拆除，采用了双掩护架和走向棚相结合的方式控制顶板，并总结了拆除支架期间工作面铺设轨道采用回撤叉车运输，避免直接旱地拖运支架发生钢丝绳断绳事故以增大安全系数的方法。焦国连等[17]分析了四台矿综采工作面现停采铺网工艺及"高强聚酯纤维柔性网"铺顶工艺，并对两种铺网工艺进行了对比，认为使用柔性网可有效控制回撤时顶板围岩。 周雪云[18]介绍了绞车中钢丝绳、卷筒、电动机等各重要部件的参数选择方式及计算方法，对同等类型绞车的准确选型提供了理论支持。文献[19-20]通过分别介绍液压支架调移装置和掩护支架＋液压支架调移装置在煤矿综采工作面实际应用情况，认为该装置可有效减小回柱机牵引区，提高作业安全系数，而掩护支架解决了外调液压支架时，顶板不易维护的难题。 上述研究为韩咀煤业32111 大倾角工作面液压支架撤除中采用柔性网＋机械臂＋轨道导向运输＋绞车接力牵引提供了技术支持。
作为国内少见的大倾角复杂性综采工作面，韩咀煤业32111 工作面支架撤除的复杂和难点具有以下特点：工作面倾角较大；回撤工作面设备单体重量较大，其中回撤难点液压支架的最低高度2.2 m、质量29 t；条件复杂，韩咀煤业32111 工作面连接大倾角开切眼的辅助运输巷同为大倾角巷道，且倾角多变，运输距离较长。 而文献中所有采取的方法种类较多，但相对单一，没有现成的全套回撤技术可供参考。 针对以上难题，结合文献相关内容，韩咀煤业通过优化铺网、出架调向、斜巷运输等工艺，成功完成了32111 大倾角工作面液压支架安全高效回撤，总结出了一套“柔性网＋机械臂出架＋轨道导向运输＋绞车接力牵引”的大倾角工作面支架安全高效撤除新工艺，该新工艺相比其他大倾角工作面撤除工艺顶板支护更加稳定，支架撤除更加安全高效。 笔者将对该新工艺进行详细说明和论述，为煤矿大倾角工作面液压支架撤除提供借鉴。
1 矿井及工作面概况
1.1 矿井概况
韩咀煤业由四座小煤矿与部分新增资源重组整合而成，整合后井田面积约为25 km2，矿井生产能力120 万t/a。 井田位于河东煤田乡宁矿区南部，区域构造以褶曲为主，断裂较少，井田中西部有一条宽700～1 700 m 的急倾斜煤层，走向北东，倾向北西，倾角 12°～45°。 矿井采用斜井开拓方式，布置 3 个井筒，分别是主斜井、副斜井、回风立井，主采2 号煤层，自燃等级为Ⅱ级，自燃倾向性为自燃，煤尘有爆炸性。 矿井水文地质类型为中等。 工作面长度200～260 m，采煤方法为单一走向长壁采煤法，目前开采一盘区，平均每年回撤约1 个工作面，一般采用单翼双通道方式回撤。
1.2 工作面概况
32111 工作面位于一盘区北部西侧2 号煤层，煤层平均厚度6 m，采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤方法，全部垮落法管理顶板，部分煤层上分层为采空区，顶板破碎较难管理。 工作面呈倾斜布置，北至井田北部F1 大断层，南至32111 回撤通道，推进方向由北向南。 工作面开切眼全长200 m，平均倾角26°，最大倾角45°，区段巷道长度900 m，运输巷净宽5.3 m，辅助运输巷净宽5.0 m。 32111 工作面主要设备有：MG-400/930-WD 型双滚筒采煤机，SGZ800/1050 型前后部刮板输送机，ZFY8000/22/35 型放顶煤液压支架 102 架，ZFP8000/24/38 型排头架 7 架、ZFYG8000/22/35 型过渡架 4 架、SZZ-1000/400 型转载机、PCM-250 型破碎机。
2 工作面撤架前准备
2.1 工作面支护
32111 工作面使用全锚索＋锚杆＋钢带＋整体柔性网收面支护，保障了顶板稳定与后期设备拆除时的风流通畅。
1)机尾距离终采线18 m 时，开始调整工作面，使工作面与终采线平行，以满足工作面机头、机尾同时到达铺网线。
2)工作面割煤至距终采线12 m 时，开始铺设柔性网。 利用手动绞盘钢丝绳勾起网边，将纤维网边与顶板上已经固定好的菱形网以及生根钢丝绳连接，连接用16 号铁丝，双股对折，每隔200 mm 连接一道，搭接宽度300 mm，然后，把手动绞盘钢丝绳钩重新从网卷下方通过挂在工作面生根钢丝绳上，第1 卷网连好后，连第2 卷网，2 卷网搭接长度5 m，用16 号双股联网铁丝以200 mm×200 mm 的距离连接。 纤维网全部连接后，配套手动绞盘和吊挂滑轮与支架形成整体循环铺网的系统。 每割2 刀煤用锚索固定柔性网及钢丝绳。
3)工作面距终采线2.4 m 时对顶板打设锚索，采煤机每割煤15 架，停机打锚索。 回撤通道顶板锚索采用ø17.8 mm×8 300 mm 低松弛钢绞线，锚索间排距1 750 mm×800 mm。 肩窝采用“锚索＋W 钢带”支护，锚索斜向上75°打设，间距1 600 mm。
4)采用左旋无纵肋螺纹钢锚杆，规格ø20 mm×2 000 mm，煤帮上部锚杆距离顶板300 mm，锚杆间排距为1 000 mm×1 000 mm，共打设3 排锚杆，每根锚杆垫一块400 mm×200 mm×50 mm 木垫板。
5)工作面两端头顶板采用锚索＋长4 m W 钢带进行加强支护，锚索规格为ø17.8 mm×6 300 mm，间排距为1 600 mm×1 600 mm。
2.2 设备撤除
1)通过WC55Y 型防爆柴油机多功能铲运车配合2 根ø38 mm×137 mm 圆环链将前后刮板输送机机头部以及采煤机摇臂滚筒向辅运大巷牵引，前后刮板输送机机尾电机、减速器通过32111 辅助运输巷绞车硐室内4 号JSDB-16 绞车拖拽至辅助运输巷，然后装车运输升井。
2)采用1 辆 WJ-10FB 防爆柴油机多功能铲车、1 辆WC55Y 型防爆柴油机多功能铲车双车对端方式将采煤机机架连同底部5 节前刮板输送机中部槽运输升井。
3)32111 前刮板输送机机头安装1 台JSDB-19型双速多用绞车，在前刮板输送机机尾安装1 台JSDB-25 型双速多用绞车，2 台绞车通过一端牵引一端溜放方式将工作面内前后刮板输送机中部槽、尾煤装置、刮板链撤除。
4)使用FBL-55 型防爆柴油机多功能铲车配合ø34 mm×126 mm 圆环链牵引出端头支架，然后装车运输升井，至此工作面除支架外全部撤除升井。
3 支架拆除工艺
支架采用底板＋轨道相结合运输，1 号至58 号支架回撤通道沿底板运输，59 号支架至3 号绞车位置铺设轨道运输，铺设轨道时沿底板铺设，变坡点进行顺缓破底，最大坡度降为33°，全部安装完成后轨面水平且与巷道底板保持一个平面。 在工作面及辅运巷沿线布置4 部绞车，利用4 部绞车两两联合、接力牵引、互为保险的方式，通过支架穿“导向滑靴”上轨运输至装车区，最后由WC55Y 型支架搬运车将支架装车运输至地面，该方法成功解决了支架大倾角运输难以及因受力不平衡导致的侧滑掉道事故的发生。 绞车施工布置如图1 所示。
3.1 绞车选型计算
液压支架运输时的最大静张力Pmax 见式(1)。
式中：W1 为液压支架质量，取29 000 kg；W2 为钢丝绳质量，kg； g 为重力加速度，取 9.8 m/s2； α 为斜巷中最大坡度；f1 为液压支架在轨道上运行时的阻力系数；f2 为钢丝绳在运行中的阻力系数。
当f1＝f2 时，液压支架运输时的最大静张力见式(2)。
绞车安全系数a 计算见式(3)。
式中：PW 为慢速钢丝绳外层最大静张力。
钢丝绳安全系数a′算见式(4)。
图1 绞车施工布置
Fig.1 Winch construction layout
式中：Pp 为钢丝绳破断力。
1)1 号绞车选型计算。 1 号排头架至50 号液压支架最大坡度为19°，支架沿底板运输，阻力系数f取 0.15，钢丝绳型号为 6×19＋FC-1870-ø36 mm，长度110 m，W2 取350 kg，代入式(2)求得最大静张力约为134.8 kN。
运输方式采用两部绞车一主一配联合牵引，绞车安全系数a 取1.2。 根据《煤矿安全规程》钢丝绳安全系数a′取5。 1 号绞车选用JSDB-25 型双速多用绞车，其慢速钢丝绳静张力内层最大390 kN，慢速钢丝绳静张力外层最大275 kN，代入式(3)得绞车安全系数为2.04，大于1.2，满足要求。 钢丝绳检测报告破断力为949.61 kN，代入式(4)得钢丝绳安全系数为7.05，大于5，满足要求。
2)2 号绞车选型计算。 50 号液压支架至110 号液压支架最大坡度为32°，支架选用沿轨道运输，阻力系数 f 取 0.1，钢丝绳选用 6×37 ＋FC-1870-ø42 mm，钢丝绳长度 180 m，质量 W2 取 500 kg，代入式(2)求得最大静张力约为177.91 kN。
运输方式采用两部绞车一主一配联合牵引，绞车安全系数a 取1.2。 根据《煤矿安全规程》钢丝绳安全系数a′取5。 2 号绞车选用JSDB-30 型双速多用绞车，其慢速钢丝绳静张力内层最大470 kN，慢速钢丝绳静张力外层最大300 kN，代入式(3)得绞车安全系数为1.69，大于1.2，满足要求。 钢丝绳检测报告破断力为1 211.4 kN，代入式(4)得钢丝绳安全系数为6.81，大于5，满足要求。
3)3 号绞车选型计算。 105 号液压支架至辅助运输巷230 m 位置绞车硐室最大坡度为33°，支架选用沿轨道运输，阻力系数f 取0.1，钢丝绳型号为6×37＋FC-1870-ø42 mm，长度 230 m，W2取 650 kg，代入式(2)求得最大静张力约为182.86 kN。
运输方式采用2 部绞车一主一配联合牵引，绞车安全系数a 取1.2。 根据《煤矿安全规程》钢丝绳安全系数a′取5。 3 号绞车选用JSDB-30 型双速多用绞车，其慢速钢丝绳静张力内层最大470 kN，慢速钢丝绳静张力外层最大300 kN，代入式(3)得绞车安全系数为1.64，大于1.2，满足要求。 钢丝绳检测报告破断力为1 211.4 kN，代入式(4)得钢丝绳安全系数为6.62，大于5，满足要求。
4)4 号绞车选型计算。 辅助运输巷230 m 位置绞车硐室至装车点最大坡度为9°，支架选用沿底板运输，阻力系数f 取0.15，钢丝绳型号为6×37＋FC-1870-ø36 mm，长度 110 m，W2取 350 kg，代入式(2)求得最大静张力约为87.61 kN。
运输方式采用单台绞车牵引，绞车安全系数a取1.1。 根据《煤矿安全规程》钢丝绳安全系数a′取5。 4 号绞车选用JSDB-25 型双速多用绞车，其慢速钢丝绳静张力内层最大390 kN，慢速钢丝绳静张力外层最大275 kN，代入式(3)得绞车安全系数为3.14，大于1.2，满足要求。 钢丝绳检测报告破断力为1 211.4 kN，代入式(4)得钢丝绳安全系数为13.83，大于5，满足要求。
3.2 机械臂出架工艺
32111 工作面采用无坑木回撤工艺，利用回撤的3 台液压支架作为掩护支架(图2)，加大支架拆除后顶板的有效支护，同时为回撤支架留出充足的安全拆除空间。 使用机械臂调移功能出架，配合绞车钢丝绳以及掩护架前探梁防止出架过程中支架倒架，保证出架安全。
图2 掩护支架布置
Fig.2 Layout of shield support
1)将拆除的第1 台液压支架立柱升降操作阀拆除，并将液管加长至第3 台架架间操作阀位置，进行隔架操作被拆支架升降。
2)将绞车钢丝绳与支架顶梁前端使用ø48 mm×152 mm 连接环连接，另外将支撑掩护架前探梁伸出与拆除支架形成支撑，防止支架倾倒。
3)支架降架过程中及时在尾梁侧使用单体支护顶板，降至最低位置后，用机械臂牵引液压支架，牵引出2 m 后再调移至与开切眼平行。
3.3 支架运输工艺
1)运输支架方法(图3)。 在32111 工作面开切眼20°～33°的大坡度路段铺设轨道，支架运输采用绞车牵引，在开切眼及辅运巷沿线分别布置4 部绞车，采用4辆绞车接力牵引，两两互为保险的方式将液压支架从开切眼运输至辅运巷210 m 位置装车点。
图3 液压支架运输工艺流程
Fig.3 Transport process of hydraulic support
2)导向滑靴设计安装。 为防止支架轨道运输出现侧滑掉道、搁浅卡阻现象，需安装自制液压支架导向滑靴(图4)，滑靴底部焊接2 根圆钢，为两侧纵向布置，中间焊有5 根加强钢筋，在轨道内侧放置起到导向、限位的作用；上部焊制为“滑靴”状，前侧与底板焊接成弧形，支架穿靴上轨后避免在轨道搭接处搁浅卡阻。 支架上轨道前，将自制导向滑靴人工推至支架底座与轨道之间，利用2 号绞车配合3 号绞车将液压支架底座穿靴上轨，然后通过绞车牵引至装车区。
4 现场应用效果分析
1)使用全锚索＋锚杆＋钢带＋整体柔性网支护，保障了回撤期间的顶板稳定，有效防止采空区侧顶板矸石垮落，为支架拆除回撤提供足够的安全空间。
2)通过绞车联合接力牵引，底板轨道运输无缝衔接，实现了多变坡、长距离连续整架运输，消除了支架打滑等安全风险，提高了支架拆除效率。
图4 支架导向滑靴示意
Fig.4 Schematic diagram of support guide slipper
3)通过借鉴滑板经验，自制支架“导向滑靴”，实现了液压支架在轨道上的导向运输，避免了支架侧滑掉道、搁浅卡阻等现象发生，提高了安全使用性。
4)使用机械臂出架、隔架降架的操作工艺，在支架出架、转向过程中无需施工多根单体液压支柱，保证了作业人员安全距离，大幅提高了出架效率。
5)支撑掩护架由传统的2 架增加至3 架，增大支架拆除后顶板有效支护，降低了回撤期间顶板管理难度。
5 结 论
1)韩咀煤业通过不断研究和实践，总结出一套符合矿井实际条件的“柔性网支护＋机械臂出架＋轨道导向运输＋绞车接力牵引”复杂地质条件下大倾角工作面的成套回撤新工艺。
2)该新工艺成功实现了韩咀煤业32111 大倾角综采工作面液压支架的高效回撤，平均回撤液压支架4 架/d，大幅缩短了回撤工期，同时在回撤期间未出现事故。
3)该新工艺对复杂大倾角条件下的综采工作面的液压支架回撤提供了成套的方案和经验，对类似条件的综采工作面支架回撤具有一定的指导和借鉴意义。
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