在煤礦生產中機械設計的應用分析

蘇延任

摘要：礦生產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。上下區段巷道直接與工作面端頭相連接，區域刮板輸送機尾與機頭的布置，受到工作面與巷道采動應力的直接影響，且人員運動較為頻繁，機電設備數量和種類較多，因而，長期以來一直是工作面發生事故較多的部位之一。回采工作面能否安全生產和快速推進，在很大程度上受到工作面端頭支護設計情況的影響，所以，研究煤礦生產中工作面端頭設計方法，對于提高煤礦生產安全性和效率具有十分重要的意義。

關鍵詞：煤礦生產；機械設計；應用

1綜采工作面端頭支護情況及存在問題

在當前產量逐步提高的同時，回采工作面的端頭管理在安全生產中不容小視，回采工作面端頭是巷道地壓和采動影響應力疊加升高區。回采工作面周圍、巷道兩側均有支承壓力存在，且分為三區，即壓力急增區、壓力升高區和壓力緩升區。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或壓力升高區內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、顯現最劇烈、頂板最不易管理的地區；由于設備多，臨近工作面切頂線，支護很困難，也是事故的多發區，對于高產高效工作面也是制約其單產進一步提高的關鍵因素之一。如不改進和完善回采工作面端頭支護技術及設備，它必將成為阻礙機械化工作面高產、高效、安全、低耗等指標的重要因素。目前綜采工作面端頭支護存在如下問題：（1）與工作面采用的液壓支架支護方式不匹配，難以適應當前煤礦綜采工作面所要求的高度機械化、高產高效快速推進的生產模式，成了制約綜采面進一步提高單產的瓶頸。（2）支護強度低。在工作面壓力大、頂底板圍巖較軟或破碎的情況下，會出現上端頭難以管理和空間嚴重收縮，安全性差和行人搬運材料困難。（3）超前支護區域是受采動影響的圍巖不穩定區域，壓力和變形增大，支護難度大，安全隱患多。（4）隨著工作面的推進，需要不斷支柱、回柱，勞動強度大、工效低事故多，制約工作面安全高效生產。

2端頭支架的設計要求與作用

2.1端頭支架的主要作用

端頭支架能夠對工作面交叉口和巷道的頂板起到保護作用，進而為工作人員創造較好的工作環境，提高煤礦的生產效率，并為緩解空間內工作人員的工作強度提供保證。端頭支架能夠靈活移動，可為轉載機、刮板輸送機的機尾和機頭提供向前移動的動力，從而有助于工作面的正常工作。端頭支架能夠為端頭部位的轉載機和刮板輸送機提供良好的連接條件，從而為運輸設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生率。端頭支架還能夠保證推進工作面時棚腿和棚梁的回收，綜采工作面的上下端頭是采煤機進刀打回頭的部位，所以，端頭支架的作用還在于為采煤機自開切口創造良好的工作條件。

2.2端頭支架的設計方法

第一，端頭支架既要保證破碎機和轉載機前移，又要保證自身和刮板輸送機機頭的向前移動，進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進刀打回頭的部位，為了進一步提高煤礦的生產效率，緩解工作人員的勞動強度，端頭支架設計要以采煤機自開切口有利為基礎。第四，綜采工作面通常是回風巷，為了提高工作面生產的安全性，端頭支護需要建設有通風斷面。

3端頭支架的設計結構

3.1 端頭支架的結構方式

端頭支架的設計以懸移支架的結構方式為基礎，端頭支架通常由若干中間架、尾架和首架 3 個主要部分構成，按照工作面端頭需要滿足的支護要求和工作面端頭支護的破碎情況確定中間架的各項設計數據，所有中間架均由側翻轉梁（圖1）、端頭橫梁（圖 2）、翻轉梁（圖 3）、單體柱、支架頂梁體（圖 4）等部分構成。頭架主要包括端頭橫梁液壓缸、托梁、滑道、翻轉梁液壓缸、翻轉梁、單體柱和支架頂梁體幾個主要構件，相鄰架之間利用移架液壓缸進行連接。尾架主要包括托梁、滑道和尾架頂梁體等幾個部分[2]。

3.2 端頭支架的設計結構

在端頭橫梁部位加設可移動的副梁，以達到接頂支撐的作用。在端頭橫梁下方加設球形柱窩，以達到橫梁支撐的作用[3]。在支架的中間加設球形柱，從而為運輸機機頭部支架的支撐提供方便。在支撐橫梁接頂不使用時，可以拆下副梁。在頂梁處增加閥組吊板底座，在巷道的兩側進行對稱式的布置，可以根據需要適當調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。可以豎直使用閥組吊板。巷道使用前30 min時，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，在頂板倒轉的全煤處使用支架時，需要將巷道部位進行提前拓寬，或是使用刷幫調直等方法進行調整。因為改變巷道頂板傾角時，需要具有較大的翻轉梁活動范圍，因而不能對翻轉梁實施限位，且缺乏增加限位的設備。與此同時，煤礦生產工作者在進行機械操作時，僅需稍加注意即可避免發生磕碰支柱等問題。

4端頭支架新設計方案的特點

（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連為一個整體，使得支架穩定性及安全性大大提高，工作面不會出現倒架、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構，頂護面積可達到95%以上，對頂板實現了全封閉管理，即使是破碎（松散）頂板也不會出現漏頂。（4）支架運輸拆裝方便、簡單，可在工作面現場組裝。

結束語

采煤工作面上、下端頭支護能夠保證足夠支護強度，保證工作面端部出口的安全；支架跨度要大，不影響輸送機機頭、機尾的正常運轉，并要為維護和操縱設備人員留出足夠活動空間；要能夠保證機頭、機尾的快速移置，縮短端頭作業時間，提高開機率。因此，研究工作面端頭特點及其支護技術，對于提高工作面的安全保障、提高產量和經濟效益，改善作業環境無疑具有重要的現實意義。

參考文獻

[1] 趙宏珠.回采工作面端頭支護技術與設備[M].北京：煤炭工業出版社，1993.

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

（作者單位：哈爾濱博業科技開發有限責任公司）