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正倾斜掩护支架采煤工作面耙煤系统改进方案在湖南省湘潭矿业集团有限公司的试点陈红（湖南省湘潭矿业集团有限公司）摘要：结合湖南省湘潭矿业集团有限公司三矿正倾斜掩护支架采煤工作面耙煤系统改进实例，对解决中小型煤矿采煤方法革新过程中制约工作面原煤运输问题提出新思路。关键词：中小型；煤矿；正倾斜；采煤工作面；耙煤系统；改进0.引言湘潭矿业集团有限公司现有原煤生产单位4个，年总产量60万吨，属国有中型煤矿。正倾斜掩护支架采煤法在湘潭矿业集团有限公司推广后，其安全效果和工作面单产量均较以前采煤方法有很大提升。但其采用的人工耙煤方式，存在工人劳动强度大、生产效率低且需开掘多组天眼等缺陷，尤其是天眼掘进施工过程中，受煤层“抽芯”影响，经常发生煤层垮塌致伤、致死事故，成为整个系统中最薄弱的安全环节，同时需消耗大量木支护材料。通过对耙煤系统的有效改进，可减少天眼掘进数量和坑木消耗量，降低劳动强度，提高安全性能。1.正倾斜掩护支架工作面布置及耙煤方式1.1正倾斜掩护支架采煤工作面布置方式由于受煤层赋予条件限制，各原煤矿井煤层厚度均在1.2～1.8米之间，煤层走向倾角在65°～75°之间，且煤层顶、底板较为破碎，难以采用机械化采煤方式进行开采。为提高采煤工作面安全系数和生产效率，自2009年开始，公司开始在三矿试点进行正倾斜掩护支架采煤方法进行开采，经过近1年试点，取得成功并在全公司各原煤矿井推广实行。正倾斜掩护支架采煤工作面根据煤层条件，一般走向长度为40～50米，采用多边形金属支架作为支护材料，其一端顶住煤层顶板，另一端落在煤层底板上，支架之间利用Φ26mm钢丝绳连接，每架支架之间间隔300mm，采用木质撑筒稳固。多边形金属支架形成一个坚固的支撑体，作业人员在其下方进行落煤、耙煤作业，其作业安全得到保证。工作面支护形式如图1所示煤层顶板煤层煤层底板A采空区A向固定钢丝绳木质撑筒采空区金属支架图1正倾斜掩护支架工作面支护示意图1.2正倾斜掩护支架工作面落煤系统工作面原煤一般采用人工耙煤，即在运输平巷内每间隔5米开掘一落煤天眼贯穿工作面，作业人员在各天眼之间进行风镐落煤，利用耙子手工耙煤。正倾斜掩护支架采煤方法落煤系统需开掘8～10组落煤天眼，单组天眼垂直高度在15米左右，整个天眼掘进进尺在120～150米，施工工程量大，且由于煤层较为松软，在天眼掘进过程中经常因煤层“抽芯”造成垮落伤人事故甚至死亡事故。同时，天眼掘进采用支护材料为木质材料，施工要消耗大量木材，并不能回收，造成资源浪费，破坏生态环境，成本居高不下。采煤工作面落煤系统布置如图2所示运输平巷采空区SGB-17刮板机正倾斜掩护支架采煤工作面1#落煤天眼9#落煤天眼通风天眼通风天眼图2正倾斜掩护支架工作面落煤系统布置示意图2.正倾斜掩护支架工作面耙煤系统改进方案：2.1改进思路利用JP系列耙矿绞车作为耙煤系统牵引装置，通过转向滑轮组改变牵引钢丝绳方向以牵引耙斗按照预定轨迹运行，达到工作面运煤的目的。其工作示意图如图3。图3耙矿绞车工作示意图2.2耙矿绞车特征、工作原理及主要技术参数耙矿绞车主要用于金属、化工、建材等矿山及其它矿场的地下坑内或露天做矿物搬运或充填作业，亦可用于煤矿井下工作面上耙运物等。绞车适用于水平和倾角不大于50°的斜坡耙运，不能作为提升设备。司机可以在绞车旁用手操纵，也可以在离绞车数米以外至数十米处用按钮实行远距离操纵。绞车的工作方式是由缠绕在卷筒上的钢绳牵引耙斗作往返运动来耙运物料。绞车工作原理：当电动机启动后，如果各内齿轮均未被闸住，则各内齿轮都旋转，卷筒在钢绳和耙斗的阻力作用下都不动。如果其中一个内齿轮被操纵装置闸住，则相应的卷筒即旋转缠绳，带动耙斗移动，此时另一内齿轮未闸住，其卷筒在钢绳主动作用下，作从动旋转放出钢绳。操纵闸如此交替地闸住主副卷筒的内齿轮，耙斗即作往复运动进行耙运工作。主要技术参数如表1表1：JP系列耙矿绞车主要技术参数表项目单位绞车型号2JP-7.52JP-152JP-30耙斗容积m30.10.250.4工作卷筒平均拉力KN81428工作钢绳平均速度m/s1.01.11.2工作钢绳直径mm9.312.515.5工作卷筒容绳量m458090电动机功率KW7.51530电动机转速rpm144014601470外形尺寸长mm121015251685宽mm565660830高mm490620735重量（不含耙斗和滑轮）Kg39065011552.3耙煤系统安装方式该系统可采用两种安装方式：（如图4）2.3.1将耙矿绞车安装在回采工作面尾部溜煤天眼后方，绞车连同工作面落架一同下落，其固定方式采用顶柱支撑。（如图4.1）因受工作面断面限制，采用此种方式安装时，只能选用外形尺寸较小的2JP-7.5型耙矿绞车，其每次耙煤量为110Kg左右，平均小时生产率为（工作面长度按40米，散煤容重按1.36T/m3计算）20吨左右，同时，受绞车滚筒容绳量限制，其耙斗最长爬行距离在40米以内。但采用该方式安装，牵引钢丝绳无需多次转向，系统运行阻力较小，钢丝绳不易磨损。图4.1耙矿绞车耙煤系统安装示意图2.3.2将耙矿绞车安装于回采工作面下一平巷或石门耳子岩石地板上，捣制混凝土基座固定绞车，通过转向滑轮牵引耙斗运行（如图4.2）。该方式在绞车安装时，受工作面断面局限影响较小，可选用2JP-15型耙矿绞车，其每次耙煤量为270Kg左右，平均小时生产率为（工作面长度按50米，散煤容重按1.36T/m3计算）42吨左右，但该方式布置时，需多对滑轮转向，耙斗运行阻力增大，牵引钢丝绳磨损加剧，同时，需掘进一组溜煤天眼，在其下部安装放煤斗，另掘进一组天眼用于行人和钢丝绳通过。图4.2耙矿绞车耙煤系统安装示意图综合上述两种布置方式，在工作面走向较短时，可选用第一种布置方式，工作面走向较长时，可采用第二种布置方式。在实际应用过程中，系统小时生产能力与计算值会有偏差，具体能力以实际生产能力为准。2.4使用中需注意的问题采用该系统进行耙煤时，需根据采区煤层赋予条件决定采用何种布置方式，当煤层走向正常，无较大转弯、尖灭带，可采用第二种布置方式，将耙矿绞车规格增至2JP-30型或2JP-55型，实现采区联合布置，整个工作面最长走向可达80～100米。在安装使用该系统时，还需注意以下几点：2.4.1耙煤系统工作时，工作面内所有人员必须撤离至绞车安装地点以后，以防崩断钢丝绳而造成伤害事故。2.4.2工作面落架时应尽量保持平衡，防止因落架不平衡造成耙斗拉挂金属支架导致掩护支架变形损坏。2.4.3转向滑轮安装必须稳固且能承受一定的侧向拉力。2.4.4发现牵引钢丝绳有断丝现象时必须立即处理，防止钢丝绳崩断和刮擦产生火花。2.4.5在系统运行时，行人天眼内严禁行人。2.4.6采用第二种布置方式或第一种布置方式采用远程控制时，工作面内需安装信号系统，信号操作人员必须在安全地点操作，同时密切注意耙斗运行状况，发现卡阻立即通知操作人员停车。2.4.7当发现钢丝绳由松弛现象时，应通过操作绞车将其拉紧。3.耙矿绞车的远程控制JP系列耙矿绞车主、副滚筒的运转是由两套角移式制动闸交替抱闸、松闸实施控制。当采用就地控制方式时，制动闸操作机构为机械方式控制，即通过连杆、拐臂组成的杠杆机构，司机采用手动操作。需采用远程控制时，利用防爆电液推杆取代机械控制机构，通过控制电缆连接按钮在远方控制各电液推杆电动机运转、停止，实现对滚筒的抱闸、松闸操作。为保证系统供电安全，电液推杆宜采用具有漏电闭锁、短路保护功能的煤电钻综合保护装置供电。为防止两套闸瓦机构同时抱闸而造成绞车电动机“闷车”烧毁，各闸瓦控制电液推杆之间需进行电气闭锁。其电气原理图如图5所示。QA1TA1KA1KA2KA1QA2TA2KA2KA1KA2HK1KA1M1HK2KA2M2ABCAC127VACAC127V图5耙矿绞车远控系统电气原理图4.方案实施的经济、社会效益4.1工作面掩护支架内安装耙煤机能够极大的降低职工劳动强度，实现半机械化作业。4.2进一步优化采区布置，缩短回采工作面准备时间，减少天眼布置个数，减少天眼抽芯率，增加安全系数。4.3能够提高单产，减少煤巷掘进工作面，提高劳动工效。4.4能够很大程度的减少坑木消耗，降低生产成本，减少环境破坏。5.结束语目前湖南及周边省份地区多数中、小煤矿正在进行采煤方法革新，正倾斜掩护支架采煤方法以其适应性强、操作简单、安全系数高、工作面单产量大等优点正得到推广和应用。通过对正倾斜掩护支架工作面耙煤系统的改进，提高了采煤工作面的机械化程度和生产效率，为有效解决工作面原煤运输的瓶颈问题提供了新举措，具有很好的推广前景。作者简介：陈红，男，1998年毕业于湖南煤炭工业学校机电技术及应用专业，机电助理工程师，现任职于湖南省湘潭矿业集团有限公司机电部，系公司正倾斜掩护支架采煤方法技术革新小组成员。