大倾角高档普采工作面液压挡矸装置的研制.pdf

5 8 煤 炭 科 技 COA L S C I E NCE T EC HNOL OG Y MAG AZ I NE 2 0 1 2年第 1 期 No ．1 2 01 2 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 2 0 1 0 0 5 8 0 3 大倾角高档普采工作面液压挡矸装置的研制 丁成群 ， 马建生 ， 杨建坤 1 ．徐州矿务集团有限公司 三河尖煤矿 ， 江苏 徐州2 2 1 6 1 3 ；2 ．徐州矿务集团有限公司 张集煤矿 ， 江苏 徐州2 2 1 1 4 7 摘要 针对大倾角高档普采工作面飞矸伤人事故频发的现状， 以及传统的链式挡矸设施 挡矸效果差且挪移 困难等问题 ， 研制 了液压 挡矸装置 ， 有效地 控制大块煤 、 矸 滚落伤人 ， 提 高 了工作面生产 能力 ， 实现高档普采工作面安全 生产 。 关键词 大倾角高档普采工作面； 飞矸伤人 ； 挡矸装置 中图分类号 T D 8 2 3 ． 9 8 文献标志码 B 大倾角工作面在生产过程中飞矸伤人事故时有 发生 ， 事故发生率约占 2 0 ％以上 。尤其在高档普采 工作面， 人员没有躲避空间， 更容易发生飞矸伤人事 故。目前 ， 解决的方法是悬挂链式挡矸器。从矿井生 产实际情况分析 ， 该挡矸器存在人员操作 困难 ， 每个 循环推进都要依靠人工挪移 ，在煤机通过时需要摘 取 的问题。 在现场使用中刚性较差 ， 在有飞矸的情况 下 ， 不能起到有效阻止矸石滚落伤人的作用。 1 方案的制定 1 ． 1 方案的提出 大倾角高档普采工作面回采工艺为 采煤机割 煤一 临时支护一推输送机一挂梁一支护一放顶 ， 需 要进入煤壁侧扶打临时支柱、 挂梁等工作。 由于工作 面倾角大， 煤壁片帮， 顶板掉落的煤块 、 矸石向下滚 落， 采煤机割下的煤块下窜， 对煤壁侧工作的人员安 全构成威胁 。 传统的做法是施工时设专人观察 ， 发现 问题迅速撤人 ， 这种被动的施工方法安全可靠性差。 因此，需要一种安全可靠的防飞矸装置来保证大倾 角高档普采工作面的安全生产。 1 ． 2 设计 原理 高档普采工作面由单体支柱配合铰接顶梁进行 支护，挡矸装置的固定要根据工作面现有条件进行 设计。 为了降低职工劳动强度， 挡矸装置既要满足强 度需要， 又要固定可靠 ， 同时还须操作简单、 运输方 便 、 便于挪移。因此 ， 如何将挡矸装置可靠 固定是解 决问题的关键。通过分析 比较 ， 确定选用方案如下 利用工作面输送机推移锚固座固定立柱 ，立柱顶部 安装水平横梁 ，利用水平横梁内的水平千斤顶将横 梁固定在煤帮侧 ， 横梁上安装挡矸装置， 利用调节千 斤顶调节挡矸装置的位置 。 2 液压挡矸装置的研制 2 ． 1 挡矸装置的构成 挡矸装置的构成如图 1 所示 ，由带锚 固座的立 柱 、 横梁 、 挡矸网、 液压系统组成。 1 调节千 斤顶 ； 2 升降千斤 顶； 3 挡矸 网； 4 立柱 ； 5 横梁 ； 6 水平 千斤顶 图 1 挡矸装置的构成 2 ． 2 液压挡矸装置研制过程 液压挡矸装置的研制过程包括理论研究 、地面 模拟试验 、 工作面应用 3个阶段 。 2 ． 2 ． 1理论研 究 该装置按工作面采高 2 ． 0 ～2 ． 5 m，倾角 2 0～ 4 O 。 进行设计研究 ， 工作原理如图 2所示 。挡矸装置 的立柱固定在工作面输送机的锚固座上 ，与顶底板 垂直。挡矸网工作位置与立柱垂直面夹角约为 4 0 。 ， 与工作面走向夹角约为 l 0 。 。挡矸网上部下窜的煤 块及矸石到达挡矸网位置后 ， 挡矸 网控制其下滑 ， 同 时， 利用其倾角 ， 将煤块和矸石导 向煤壁 ， 达到挡矸 效果。 2 0 1 2年第 1 期 丁成群等 大 倾角 高档普采工作面液压挡 矸装置的 研制 5 9 矸 一 黼 l 1 一 I 『 图 2 挡矸装置工作原理 2 ． 2 ． 2模拟 试验 液压挡矸装置研制初步完成后 ，在地面模拟工 作面的条件， 按现场角度摆设了工作面输送机， 将挡 矸装置固定好后， 进行了升降及翻转试验。 及时处理 存在的问题， 最终确定了挡矸装置的尺寸数据。 2 ． 2 ． 3结构 的设计 1 立柱的设计。挡矸装置固定在输送机的锚 固座上， 当水平千斤顶未固定在煤壁时， 由于挡矸装 置重力的作用 ， 使立柱始终承受一个扭转力。 立柱采 用方形结构， 能抵消挡矸装置扭转力。 同时方形结构 的导向、 限位效果较好。根据工作面采高， 将挡矸装 置升降范围设计在 2 ～ 2 ． 5 m范围内。 升降千斤顶的 伸缩行程为 5 0 0 m m。 该行程可满足工作面采高变化 的需要， 同时也能确保采煤机顺利通过。 2 横梁的设计。 横梁既是挡矸网的固定部件， 又是整个挡矸装置的支撑部件，因此必须有足够的 强度， 同时要能够固定水平千斤顶。 其截面优先采用 矩形结构 。 3 水平千斤顶的选用。由于大倾角工作面的 特殊性， 要保证工作面本质安全， 就必须保证挡矸装 置始终处于挡矸位置，因此水平千斤顶伸缩长度要 能够满足采煤机截割一个步距宽度，故选用 F 9 2 Q ／ 9 0 0型伸缩千斤 顶 。该 千斤顶 的伸缩 长度 为 9 0 0 m m， 当采煤机截割一个步距后， 其在煤壁内的固定 长度仍有 3 0 0 m m， 能够满足固定支撑的需要。 4 挡矸网的设计。 挡矸网是工作机构， 其宽度 和长度要能够覆盖工作面煤壁机道 ，既要有足够的 强度 ， 又要轻便。因此 ， 设计为框架结构 ， 边框采用 7 5 mm7 5 m m的角铁 ，中部用 1 2 m m的圆钢焊 接而成。 2 ． 3 影响方案实施的因素及对策 该装置研制历时 1 个月 ， 在设计、 制作、 试验等 过程中，经过多次反复修改和试用，取得了圆满成 功。在研制过程中， 重点解决了以下问题 2 ． 3 ． 1 挡矸装置的固定 大倾角高档普采工作面， 职工劳动强度大， 增加 任何一道烦琐工序， 都将给工人造成较大的负担。 因 此， 挡矸装置的固定必须牢固、 轻便。 经过反复试验， 在立柱的底部增加了专用锚固座，用于与工作面输 送机推移座连接。 为了增加稳定性， 在立柱下部用专 用卡兰与电缆槽固定， 这样立柱通过两个固定点， 稳 固状况较好， 工作面输送机前移时， 挡矸装置也能够 随之前移 ， 方便实用。 2 ． 3 ． 2 立柱 的选 用 立柱是整个挡矸装置的支撑机构。设计 中分别 选用了单体支柱、 液压千斤顶进行试验， 其抗弯强度 及稳固性能都不能满足要求，而采用分体方形柱体 结构， 最终取得成功。 其优点是 ① 方形结构能够防 止横梁扭转； ② 抗弯性能好； ③ 立柱是焊接件， 固定 横梁及千斤顶的支撑座比较容易。 2 ． 3 ． 3 挡矸网角度的选择 在工作面安装后，挡矸网的尺寸及与立柱之间 的角度是设计的重要 内容之一。挡矸 网在工作时的 作用 ， 一是阻止煤块 、 矸石的下滑 ， 二是对矸石的导 向。 当大块矸石下滑时， 挡矸网能够把矸石导向煤帮 侧。 3 工业性试验 3 ． 1 试用工作面情况 张集煤矿 9 4 0 1 工作面位于一 7 0 0 m水平中央采 区， 工作面走向长 4 0 0 m， 倾向长 1 2 8 lI I． ， 煤层倾角 2 24 O 。 ， 平均 3 1 。 ； 煤层厚度 1 ． 7～3 ． 7 m， 平均 2．5l m 。 三河尖煤矿7 1 2 4 工作面位于西二采区， 该工作 面走向长 3 6 4 m，倾向长 5 8 ． 5 m，煤层倾角 2 5 ～ 3 5 。 ， 平均 2 9 。 ； 煤层厚度 0 ． 9～ 3 ． 0 m， 平均 2 ． 0 4 m 。 3 ． 2 试用的基本情况 大倾角高档普采挡矸装置在 9 4 0 1 工作面下部试 用， 在工作面输送机头向上 1 0 m处安装挡矸装置。 7 1 2 4 工作面斜长仅 5 6 m 。为便于煤机返刀， 挡 矸装置安装在距工作面输送机头向上 2 2 m处， 接近 于工作面中部。 3 ． 2 ． 1 挡矸装置的操作 挡矸装置安装后，用煤电钻在煤壁打一个 0 ． 9 m 的深孔， 在煤帮建立一个辅助支撑点， 横梁水平千斤 顶活柱杆伸出插入煤壁孔内， 实现挡矸装置的固定。 煤机通过前， 注液枪接人快速接口， 操作操纵阀， 挡 矸网向上翻转， 超过煤机高度， 保证煤机通过。煤机 通过后放下挡矸网， 操作操纵阀， 横梁千斤顶活塞杆 煤 炭 科 技 6 O C O AL S C I ENC E T EC HN OL OG Y MAGA Z I NE 2 0 1 2年第 1 期 No ．1 2 01 2 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 2 O 1 一 O 0 6 0 0 2 超前预爆破技术在坚硬顶板放顶中的应用 刘金虎 ， 贾进亚 ， 陈茂兴 1 ． 徐州矿务集 团有限公司 技术 中心 ， 江苏 徐州2 2 1 0 0 6 ；2 ． 徐州矿务集团有限公司 俄霍布拉克煤矿， 新疆 库车8 4 2 0 0 0 摘要 主要对俄霍布拉克煤矿 1 1 1 0工作面回采初次放顶过程 中， 采用超前预爆破控制顶 板技术的情况及实施过程进行 了详细 的论述 。该矿采用超前预爆破方法 ， 大幅降低 了采 空 区大面积 悬顶事故， 减轻 了顶板来压的强度 ， 确保 了工作面高效安全生产。 关键词 坚硬顶板 ； 悬顶 ； 初次放顶 ； 超前预爆破 中图分 类 号 T D 2 3 文 献标 志码 B 俄霍布拉克煤矿 1 1 1 0综采工作面位于东翼一 采 区， 上部为 1 1 0 8采空区 ， 西部为 1 1 0 2 1 、 1 1 0 2 2 采空区， 下部和东部属未采区， 走向长 2 1 8 7 m， 倾斜 长 1 7 7 m， 煤层平均厚度 3 ． 6 m， 倾角平均 1 2 ． 5 。 。煤 层赋存条件较好， 结构简单， 伪顶为泥岩， 厚 0 ～ 0 ． 9 m，直接顶为中粗粒砂岩 ， 厚约 2 5～7 0 11 3 ， 坚硬不易 冒落 ， 视直接顶为基本顶。 采用走 向长壁后退式综采 一 次采全高采煤法。 为减少采空区悬顶面积 ， 缩短初 次来压步距 ，降低初次来压强度 ， 1 1 1 0工作面在初 次放顶中采用超前预爆破控制顶板技术 ，有效防止 了类似事故的发生 ， 成效显著。 1 超前预爆破控制技术作用机理 根据 1 1 1 0工作面基本顶岩性及结构 ， 超前工作 收缩， 将输送机推向煤帮， 用煤电钻重新打支点孔 ， 伸出横梁千斤顶活塞杆， 实现一个循环操作。 在遇到煤层赋存条件变化时， 通过立柱调高千斤 顶进行升降调节， 以便在不同采高的煤层进行回采。 在采高超过 2 m时，配置的挡矸帘长度距离中 部槽平面大于0 ． 5 m时，在配置的挡矸帘下部预留 联接孑 L ， 用带式输送机的胶带通过螺丝固定联接， 实 现挡矸封闭管理。 3 ． 2 ． 2 挡矸装置使用效果 经过两个工作面两个月的试用 ，大倾角挡矸装 置挡矸效果明显。主要表现为 煤块、 矸石滚落经过 挡矸装置时 ， 能够有效阻止矸石高速下滑 ； 挡矸装置 倾斜放置 ， 将飞起的矸石导向煤帮 ， 杜绝矸石向采空 区侧滚落，在试用期间未发生飞矸伤人事故和矸石 飞向采空区侧现象。 面 2 5 i n向煤层顶板岩体内布置炮孔 ，进行预爆破 ， 在顶板岩体中形成人工爆破裂隙带 ，扰动和削弱原 生弱面之间及原岩的摩擦粘结强度 ，从而大大降低 岩体的强度 ，加快 了采空区顶板岩体的变形破坏速 度， 提高了顶板的可冒性， 减少悬顶面积， 降低了工 作面来压峰值 ，有效地避免了基本顶大面积垮落对 工作面造成的危害， 确保了工作面的安全生产。 2 超前预爆破的实施 2 ． 1 方案设计 为充分保证初次放顶 对老顶承压层 的切 断作 用 ， 设计主要针对工作面上 、 下两端 ， 分别布置初次 放顶深孔 ，另外在工作面内沿倾 向布置一排浅孑 L 进 行初次放顶。 使用液压挡矸装置 ，实现了生产期间人员不进 入煤帮操作， 减轻了工人的劳动强度， 生产效率大为 提高 ， 采煤工作面的安全可靠性得到了有效保证 。 4结语 液压挡矸装置在张集煤矿 9 0 4 1 工作面和三河尖 煤矿 7 1 2 4工作面进行的工业性试验表明，该装置阻 挡矸石、 煤块效果明显， 可有效地避免安全隐患的发 生， 为安全生产提供保障， 社会效益和经济效益显著。 作者简介 丁成群 1 9 6 8 一 ， 男， 江苏盐城人， 2 0 0 6年毕 业于中国矿业大学采矿工程专业， 徐州矿务集团有限公司三 河尖煤矿高级工程师。 收 稿 日期 2 0 1 1 - 0 9 2 6