煤礦企業已走向綜合機械化采煤機工藝, 且近代機電設備已實現大型化、高速化、連續化和自動化。為便于設備的管理、煤礦企業將所有設備的電控系統集中在回風或運輸巷, 距工作面4 0 m~1 5 0 m之間, 統稱設備列車。設備列車包括采煤機、刮板機電源、移動變電站重量、乳化液泵站、轉載機、破碎機電源等。能在巷道坡度0°~1 8°時正常工作。設備列車在上下坡度段, 由于移設備列車工效低、安全效益差、作業條件惡劣, 是國內外煤礦企業公認的難點, 在國內的新疆煤礦表現的尤為明顯, 因新疆地質條件、煤層構造等原因, 使其在回采期間設備的布置難以入手, 而設備列車更是難以移動。國際上主要的煤炭生產國家基本上沒有提出解決移動設備列車的方案, 只有少數的國家進行過一些試驗研究性的移設備列車方法。此現象主要是由大傾角煤層造成。
經過近幾十年的機械化程度不斷提高, 移設備列車開始采用回柱絞車牽引或下放, 發展到現在部分煤礦企業使用液壓卡規裝置移設備列車, 但此方法只適用于設備列車處于平巷方可實行。
我國對移設備列車的歷經“人工搬運”、“回柱絞車牽引或移動”、“液壓卡規裝置移車法”等, 這些移設備列車方法雖然在一個階段解決了一些特殊條件下的移設備列車問題, 但移設備列車效率低、安全生產事故多發、工人作業安全等根本性的問題一直沒有實質性的改變。
因此, 系統研究這些移設備列車技術問題, 有針對性地解決其特殊條件下的綜采 (綜放) 移設備列車的關鍵技術, 不論是對礦井安全率和技術經濟綜合效益提高, 促進區域經濟可持續發展和社會穩定, 還是拓展我國乃至世界移設備列車研究與技術應用領域都具有重要理論價值和實際意義。
1 項目的提出
一八一八煤礦綜采工作面設備列車長、重、巷道坡度大、工作面過拐彎段, 礦井至投產以來一直采用30t絞車牽引和30t絞車下放設備列車。主要存在以下缺點。
30t絞車的安裝, 預制及打壓柱, 且30t絞車隨著設備列車移動, 30t絞車需不斷前移, 在前移30t絞車期間, 設備列車的防跑車固定較困難。
由于設備列車處于巷道上、下坡段, 30t絞車在牽引或下放時需使用單體柱配合, 人員操作時安全系數低。
使用30t絞車移設備列車可分為班班移車和定期移車:班班移車, 主要存在問題:每班移完設備列車后, 還需移30t絞車。且30t絞車的四壓柱兩戧柱的壓柱比較笨重, 人員操作時安全系數低, 工效低, 每班至少延長移車時間兩小時左右。定期移車:定期移車除了存在以上問題外, 每月至少影響四至五個班的產量。
經濟效益:每個班生產1200t~1800t原煤, 按以上方法移設備列車每月影響原煤產量4800t~9400t原煤產量, 每噸原煤按300元計算, 4800-9400×300=144萬元-2 8 2萬元。
2 井下煤礦設備布置和構成
2.1 1818煤礦設備布置
2.2 支撐邁步式設備列車自移裝置的選材
“支撐邁步式移設備列車承載裝置”選用加工材料:3m×1.5m平板車兩輛、缸徑250mm、缸長1.5m、行程1.3m液壓缸一顆、缸徑250mm、缸長2.5m、行程2m液壓缸八顆 (因礦區沒有2.5m的液壓缸, 現使用八顆4.5m單體柱代替) 、φ6彈簧32條、11#工字鋼6根、30mm鋼板 (400×300) 8塊、KJR10-40/10m高壓膠管4根。
2.3 采區設計、采區巷道布置概況
該工作面位于一八一八礦井北翼一采區, 采區15123綜采工作面沿走向布置, 煤層賦存主要受褶曲影響較大, 中部走向起伏變化較大, 回采期間應加強頂板管理, 工作面走向長為2150m, 平均傾向長為145m。
工作面運輸順槽:15123運輸巷采用斜梯形斷面, 錨網支護, 下幫凈高2.7m, 凈寬4.4m, 凈斷面S=12.4m2。
工作面回風順槽:該工作面15123回風巷采用斜梯形斷面, 錨網支護, 下幫凈高2.8m, 凈寬3.5m, 凈斷面S=11.6m2。
采煤面切眼:工作面開切眼為偽仰斜5°布置, 采用矩形斷面, 錨網錨索聯合支護, 凈高3m, 凈寬8m, 凈斷面S=24m2, 整個巷道見頂留底。
3 邁步式設備列車自移裝置的工作原理和受力分析
3.1 工作原理
將設計加工的移車裝置與設備列車連接, 移車裝置兩輛車之間裝一根液壓缸。將第一輛車四顆單體柱卸載, 操作片閥將液壓缸向前移一個行程 (第一輛車行走一個行程) , 然后向第一輛車四顆單體柱注液, 在將第二輛車四顆單體柱卸載, 然后操作片閥前移移車裝置后所有設備一個行程, 在向第二輛車四顆單體柱注液, 第一輛車四顆單體柱卸載, 同理循環作業移動設備列車。在這期間要求每顆單體柱的初撐力達90k N[4~5]。
3.2 受力分析
設備在井下主要受重力、軌道給設備列車的摩擦力, 以及液壓挺住與煤層之間的摩擦力, 設備在靜止時不下滑的條件為重力在水平方向的分力Gx (以軌道為橫坐標) 小于等于軌道給設備列車的摩擦力和液壓挺住與煤層之間的摩擦力的兩者之和Gx, 如圖2, 即Gx≤f。
采用“三角形形法則”計算移車裝置的牽引力及工作阻力:15123回風巷最大坡度5°, 則重力在水平方向的分力Gx的值為sin5°×91.5t=7.98t, 根據現在使用的材料計算:移車裝置承載力每輛平板車四顆單體柱, 每顆單體柱與煤層的摩擦力為90k N, 四顆共360k N, 約為35t;通以上方法計算此移車裝車裝置的摩擦力是設備水平方向的分力Gx的四倍, 完全滿足移設備列車要求。
3.3 模型驗證
研究了煤層走向、巷道布置, 在移設備列車過程中設備列車運行狀態、“移車裝置-設備列車”相互作用原理、移車裝置在移設備列車過程中的穩定性、設備列車的阻力及移車裝置的支撐強度, 提出了合理的控制措施。
研究確定了移車裝置, 在巷道起伏不同條件下移車裝置所受工作阻力系數和載荷及頂底板變化特征的穩定性關系以及防跑車措施, 結果表明:每輛車的阻力是設備列車牽引力的2倍。
4 結語
通過模型驗證和實際生產, 在1890煤礦的15123工作面使用了本文所設計的邁步式設備列車自移裝置, 在實際使用中取得了良好的效果, 同時也獲得以下結論。
該設備是采用單位的廢舊材料, 將其加工制造成成品, 已在現場實驗、運行, 現在正在使用, 且使用效果非常好。
通過理論分析、模型驗證和實際實驗驗證, 表明本設計是可行的, 在實際中能夠解決設備列車跑車和移車。
在實際生產實踐中, 邁步式設備列車自移裝置優于已有的相關設備。
該移設備列車方法極大地降低了工人勞動強度, 提高了工效、改善了作業環境, 試驗以來, 未發生設備列車跑車事故, 為類似條件移設備列車安全高效創出了一條新路, 獲得了現場操作的第一手資料。
摘要：采用綜采支架液壓系統設計一種新型礦用設備列車自移系統, 并重點介紹其設備的組成、結構、工作原理和特點。解決井下綜采工作面巷道起伏變化較多, 綜采工作面設備列車移動帶來了不安全因素。實驗表明該自移系統的使用保證了安全, 極大的減輕了工人的勞動強度, 運行可靠, 具有廣泛的應用前景。
關鍵詞：設備列車,液壓系統,自移
參考文獻
[1] 李洪聰, 李炳文, 黃虎.回柱絞車中雙聯齒輪的有限元分析[J].煤礦機械, 2010, 31 (4) :73～75.
[2] 張文康, 趙祥站.論設備列車在巖巷作業線上的應用[J].現代商業工業應用, 2011, 1:284.
[3] 陳嶠鷹, 黃繼強, 張曉君.煤礦用回柱絞車安全問題探析[J].煤礦開采, 2008, 13 (6) :70～71.
[4] 張穎, 李淑娟, 徐斌.JH2—5型回柱絞車過橋齒輪改造措施[J].煤礦機械, 2010, 31 (6) :165.
[4] 王國法.液壓支架技術[M].北京:煤炭工業出版社.
[5] 歐洲標準.CEN1804-2, 2000.煤礦用液壓支架安全性要求.第二部分:立柱和千斤頂.