在煤礦生產(chǎn)中機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用分析

蘇延任

摘要：礦生產(chǎn)中的采煤工作面下端和上端頭指的是順著工作面的方向，上巷下幫至工作面方向 10 m 以及下巷上幫至工作面方向10 m的范圍。上下區(qū)段巷道直接與工作面端頭相連接，區(qū)域刮板輸送機(jī)尾與機(jī)頭的布置，受到工作面與巷道采動(dòng)應(yīng)力的直接影響，且人員運(yùn)動(dòng)較為頻繁，機(jī)電設(shè)備數(shù)量和種類較多，因而，長期以來一直是工作面發(fā)生事故較多的部位之一?；夭晒ぷ髅婺芊癜踩a(chǎn)和快速推進(jìn)，在很大程度上受到工作面端頭支護(hù)設(shè)計(jì)情況的影響，所以，研究煤礦生產(chǎn)中工作面端頭設(shè)計(jì)方法，對于提高煤礦生產(chǎn)安全性和效率具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：煤礦生產(chǎn)；機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1綜采工作面端頭支護(hù)情況及存在問題

在當(dāng)前產(chǎn)量逐步提高的同時(shí)，回采工作面的端頭管理在安全生產(chǎn)中不容小視，回采工作面端頭是巷道地壓和采動(dòng)影響應(yīng)力疊加升高區(qū)?；夭晒ぷ髅嬷車?、巷道兩側(cè)均有支承壓力存在，且分為三區(qū)，即壓力急增區(qū)、壓力升高區(qū)和壓力緩升區(qū)。一般說來，回采工作面端頭是巷道及回采工作面壓力急增區(qū)或壓力升高區(qū)內(nèi)支承壓力分布曲線的疊加。因此，回采工作面端頭處是支承壓力最大、顯現(xiàn)最劇烈、頂板最不易管理的地區(qū)；由于設(shè)備多，臨近工作面切頂線，支護(hù)很困難，也是事故的多發(fā)區(qū)，對于高產(chǎn)高效工作面也是制約其單產(chǎn)進(jìn)一步提高的關(guān)鍵因素之一。如不改進(jìn)和完善回采工作面端頭支護(hù)技術(shù)及設(shè)備，它必將成為阻礙機(jī)械化工作面高產(chǎn)、高效、安全、低耗等指標(biāo)的重要因素。目前綜采工作面端頭支護(hù)存在如下問題：（1）與工作面采用的液壓支架支護(hù)方式不匹配，難以適應(yīng)當(dāng)前煤礦綜采工作面所要求的高度機(jī)械化、高產(chǎn)高效快速推進(jìn)的生產(chǎn)模式，成了制約綜采面進(jìn)一步提高單產(chǎn)的瓶頸。（2）支護(hù)強(qiáng)度低。在工作面壓力大、頂?shù)装鍑鷰r較軟或破碎的情況下，會(huì)出現(xiàn)上端頭難以管理和空間嚴(yán)重收縮，安全性差和行人搬運(yùn)材料困難。（3）超前支護(hù)區(qū)域是受采動(dòng)影響的圍巖不穩(wěn)定區(qū)域，壓力和變形增大，支護(hù)難度大，安全隱患多。（4）隨著工作面的推進(jìn)，需要不斷支柱、回柱，勞動(dòng)強(qiáng)度大、工效低事故多，制約工作面安全高效生產(chǎn)。

2端頭支架的設(shè)計(jì)要求與作用

2.1端頭支架的主要作用

端頭支架能夠?qū)ぷ髅娼徊婵诤拖锏赖捻敯迤鸬奖Ｗo(hù)作用，進(jìn)而為工作人員創(chuàng)造較好的工作環(huán)境，提高煤礦的生產(chǎn)效率，并為緩解空間內(nèi)工作人員的工作強(qiáng)度提供保證。端頭支架能夠靈活移動(dòng)，可為轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)的機(jī)尾和機(jī)頭提供向前移動(dòng)的動(dòng)力，從而有助于工作面的正常工作。端頭支架能夠?yàn)槎祟^部位的轉(zhuǎn)載機(jī)和刮板輸送機(jī)提供良好的連接條件，從而為運(yùn)輸設(shè)備的良好工作提供保證。對于傾角較大的綜采工作面，工作面與端頭支架相互緊靠，從而有助于降低工作面支架傾倒的發(fā)生率。端頭支架還能夠保證推進(jìn)工作面時(shí)棚腿和棚梁的回收，綜采工作面的上下端頭是采煤機(jī)進(jìn)刀打回頭的部位，所以，端頭支架的作用還在于為采煤機(jī)自開切口創(chuàng)造良好的工作條件。

2.2端頭支架的設(shè)計(jì)方法

第一，端頭支架既要保證破碎機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)前移，又要保證自身和刮板輸送機(jī)機(jī)頭的向前移動(dòng)，進(jìn)而對端頭支架的拉架力和推移力提出了較高的要求；第二，端頭位于綜采工作面的邊緣處，面積較大，所以，若不選擇沿空留巷，則需要端頭支架具有較大的切頂能力；第三，綜采工作面的端頭部位是采煤機(jī)進(jìn)刀打回頭的部位，為了進(jìn)一步提高煤礦的生產(chǎn)效率，緩解工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，端頭支架設(shè)計(jì)要以采煤機(jī)自開切口有利為基礎(chǔ)。第四，綜采工作面通常是回風(fēng)巷，為了提高工作面生產(chǎn)的安全性，端頭支護(hù)需要建設(shè)有通風(fēng)斷面。

3端頭支架的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3.1 端頭支架的結(jié)構(gòu)方式

端頭支架的設(shè)計(jì)以懸移支架的結(jié)構(gòu)方式為基礎(chǔ)，端頭支架通常由若干中間架、尾架和首架 3 個(gè)主要部分構(gòu)成，按照工作面端頭需要滿足的支護(hù)要求和工作面端頭支護(hù)的破碎情況確定中間架的各項(xiàng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所有中間架均由側(cè)翻轉(zhuǎn)梁（圖1）、端頭橫梁（圖 2）、翻轉(zhuǎn)梁（圖 3）、單體柱、支架頂梁體（圖 4）等部分構(gòu)成。頭架主要包括端頭橫梁液壓缸、托梁、滑道、翻轉(zhuǎn)梁液壓缸、翻轉(zhuǎn)梁、單體柱和支架頂梁體幾個(gè)主要構(gòu)件，相鄰架之間利用移架液壓缸進(jìn)行連接。尾架主要包括托梁、滑道和尾架頂梁體等幾個(gè)部分[2]。

3.2 端頭支架的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

在端頭橫梁部位加設(shè)可移動(dòng)的副梁，以達(dá)到接頂支撐的作用。在端頭橫梁下方加設(shè)球形柱窩，以達(dá)到橫梁支撐的作用[3]。在支架的中間加設(shè)球形柱，從而為運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭部支架的支撐提供方便。在支撐橫梁接頂不使用時(shí)，可以拆下副梁。在頂梁處增加閥組吊板底座，在巷道的兩側(cè)進(jìn)行對稱式的布置，可以根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整下持閥組吊板的角度，從而為有傾斜角度的情況下使用支架提供保證?？梢载Q直使用閥組吊板。巷道使用前30 min時(shí)，巷道的寬度較大，可緊貼下幫布置支架。因巷道寬度最小的部位僅為 1.8 m 左右，在頂板倒轉(zhuǎn)的全煤處使用支架時(shí)，需要將巷道部位進(jìn)行提前拓寬，或是使用刷幫調(diào)直等方法進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)楦淖兿锏理敯鍍A角時(shí)，需要具有較大的翻轉(zhuǎn)梁活動(dòng)范圍，因而不能對翻轉(zhuǎn)梁實(shí)施限位，且缺乏增加限位的設(shè)備。與此同時(shí)，煤礦生產(chǎn)工作者在進(jìn)行機(jī)械操作時(shí)，僅需稍加注意即可避免發(fā)生磕碰支柱等問題。

4端頭支架新設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)

（1）橫向布置和前移。端頭支架與工作面支架成90°橫向布置，且橫向前移，故稱為橫式端頭支架。（2）由于工作面支架通過托梁系統(tǒng)連為一個(gè)整體，使得支架穩(wěn)定性及安全性大大提高，工作面不會(huì)出現(xiàn)倒架、扭架，解決了懸移支架容易歪架、倒架的安全隱患。（3）由于頂梁采用整體箱式結(jié)構(gòu)，頂護(hù)面積可達(dá)到95%以上，對頂板實(shí)現(xiàn)了全封閉管理，即使是破碎（松散）頂板也不會(huì)出現(xiàn)漏頂。（4）支架運(yùn)輸拆裝方便、簡單，可在工作面現(xiàn)場組裝。

結(jié)束語

采煤工作面上、下端頭支護(hù)能夠保證足夠支護(hù)強(qiáng)度，保證工作面端部出口的安全；支架跨度要大，不影響輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并要為維護(hù)和操縱設(shè)備人員留出足夠活動(dòng)空間；要能夠保證機(jī)頭、機(jī)尾的快速移置，縮短端頭作業(yè)時(shí)間，提高開機(jī)率。因此，研究工作面端頭特點(diǎn)及其支護(hù)技術(shù)，對于提高工作面的安全保障、提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，改善作業(yè)環(huán)境無疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙宏珠.回采工作面端頭支護(hù)技術(shù)與設(shè)備[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1993.

[2] 伍永平，員東風(fēng).大傾角煤層綜采基本問題研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2000，10（5）：465-468.

（作者單位：哈爾濱博業(yè)科技開發(fā)有限責(zé)任公司）