綜采綜放工作面全封閉轉載機的結構設計與應用

中煤張家口煤礦機械有限責任公司 河北張家口 076250

在 綜采[1]及綜放開采中，工作面輸送機將采煤機截割下的原煤卸載至順槽轉載機中。由于采煤工作面與運送順槽巷道成一定的角度，當頂板條件欠佳或頂板壓力過大，采煤機在此割煤時，在輸送機機頭與轉載機機尾交接處極易發(fā)生偏幫而產(chǎn)生大塊煤炭，而此處又恰好是端頭支架與過渡支架的結合部位，對頂板的管理較為復雜。在傳統(tǒng)設計中，轉載機中部是封閉的，但并未對卸料槽那段區(qū)間進行封閉，從實際使用效果看，傳統(tǒng)設計并未達到真正從本質上防止事故發(fā)生。經(jīng)井下實際勘察并結合礦方的意見，為了完全杜絕事故的發(fā)生，達到國家及局里零事故的要求，筆者提出了一種既不影響工作流程，又能減少事故發(fā)生的轉載機全封閉裝置的理念，并付諸于實踐，先后在同煤集團馬家梁礦、永定莊礦、白洞礦及四老溝等礦正式投入實際生產(chǎn)中，取得了很好的效果。

1 轉載機機尾的工作環(huán)境分析

由于綜放回采工藝中轉載機布置最為復雜，因此以此為例進行說明。在綜放工作面中，順槽轉載機的配套形式一般為轉載機主體+轉載機機尾+邁步作業(yè)自移+皮帶自移機尾 (或行走小車)+破碎機。在轉載機機尾周圍的主要設備有端頭支架、前后部輸送機[2]機頭及其傳動裝置和各種液壓管路系統(tǒng)等等。轉載機機尾正處于工作面運送順槽交匯的地段，由于偏幫，此處產(chǎn)生的大塊煤在轉向過程中 (從工作面輸送機中向運送順槽轉載機轉向 90°)容易出現(xiàn)堆積散落的現(xiàn)象，極易發(fā)生事故。此處頂板支護及綜放回采工藝更為復雜，條件更為嚴酷，并且是作業(yè)維修工人經(jīng)常往返的區(qū)域，這些因素都給正常作業(yè)帶來很大的安全隱患。此外，后部刮板輸送機擔負輸送放頂煤的作業(yè)，煤塊較大容易翻滾，也增加了作業(yè)的不安全程度。轉載機機尾環(huán)境如圖 1 所示。

2 轉載機機尾全封閉裝置設計

2.1 全封閉裝置理念、要求及原理

(1)全封閉裝置的理念 為打造本質安全的工作環(huán)境，實現(xiàn)人員傷亡零事故率，預防和消除轉載機機尾段由于存在的安全隱患而發(fā)生的二次設備及人員損傷，向智能化生產(chǎn)目標邁進。

(2)全封閉裝置的要求 在采煤機截割煤炭時，轉載機機尾只保留正常的卸煤口；當處于檢修狀態(tài)時，轉載機機尾全部封閉。

(3)全封閉裝置的原理 利用轉載機機體側方的伸縮擋板、上方的伸縮護架及可實現(xiàn)上下翻轉的柔性槽體等部件，通過液壓缸的伸縮實現(xiàn)對轉載機的封閉。在該方案中多處設計了可伸縮擋板，是充分考慮了井下的作業(yè)空間，以及對推移過程中產(chǎn)生的敞開區(qū)域的彌補，同時也考慮到便于檢修和清理三角區(qū)煤炭等問題。

2.2 全封閉轉載機機尾與傳統(tǒng)轉載機機尾的比較

在傳統(tǒng)轉載機中，從轉載機機尾第一塊入料槽開始到轉載機機頭，此段區(qū)域均為封閉結構，而從轉載機機尾第一塊入料槽開始到轉載機機尾為卸料區(qū)域，此段區(qū)域均為單側敞開式結構。由于此區(qū)域單側完全敞開面向工人，而且是工人作業(yè)和行走的主要區(qū)域，極易發(fā)生生產(chǎn)安全事故。

在全封閉轉載機機尾的設計中，吸取了傳統(tǒng)轉載機設計的優(yōu)點，并針對傳統(tǒng)轉載機機尾卸料處單側完全敞開的這一安全隱患，對卸料段的頂蓋板、卸料槽側板進行了全新的可伸縮式設計；針對大塊煤通過時易造成入料槽蓋板損壞這一隱患，設計了可自動翻轉式柔性蓋板入料槽；針對傳統(tǒng)設計中的固定人梯處無法封閉這一情況，設計了可伸縮式通道人梯。

2.3 全封閉裝置結構特點

(1)整體實現(xiàn)了轉載機的全封閉；

(2)在設計上既考慮了可能受大塊煤矸石沖擊部位的強度，也考慮了整體結構的柔性；

(3)整體設計便于井下觀察、檢修與維護；

(4)所有部件均便于拆卸，結構上避免了采用大塊材質，方便運輸，便于井下更換；

(5)基本實現(xiàn)了自動化，沒有因該裝置的增加而過多地增加工人的勞動強度；

(6)在安全上實現(xiàn)了更大的保障。

2.4 全封閉裝置結構設計

2.4.1 轉載機全封閉原則

除運輸機機頭與轉載機搭接處留有必要的煤流通道外，其他區(qū)域均應實現(xiàn)封閉，以確保人員不會因各種意外情況墜入轉載機；但不能因轉載機的封閉而影響生產(chǎn)。

2.4.2 轉載機機尾封閉結構

轉載機機尾處于三角地帶，周圍有輸送機機頭及端頭支架等設備，是工人經(jīng)常通過的地方，屬于事故易發(fā)生地帶。傳統(tǒng)設計中，此處是敞開的，即機尾的側方及上方?jīng)]有任何保護措施，一旦有人員及物件從此處墜入轉載機中，后果不堪設想。本設計中，在機尾的側方 (靠煤壁側)設計了可伸縮式雙層擋板，在機尾上方設計了可伸縮式護板組件，使得轉載機機尾在保證了與周圍環(huán)境合理配套的同時，大大增加了此處維修工人的安全性。機尾封閉結構如圖 2 所示，其組成為：機尾伸縮護板+機尾擋板+伸縮擋板。

圖2 機尾封閉結構Fig.2 Structure of tail closure

2.4.3 柔性槽體封閉結構

根據(jù)綜放工藝中煤塊大的特點，本設計采取了可翻轉式的柔性槽體封閉結構。當輸送較大煤塊時，液壓缸收回，活動翻板向上旋轉，增大了過煤空間，既防止設備損壞，又利于大塊煤的通過。另外，在柔性槽體的側方還設計了雙向可伸縮式擋板，保證在采煤機割煤后的移架及推溜過程中轉載機能適時隨動，及時封閉相應的空間，實現(xiàn)了轉載機封閉和生產(chǎn)作業(yè)的相互協(xié)調。柔性槽體封閉結構如圖 3 所示，其組成為：翻轉蓋板+擋板+雙向伸縮擋板。

圖3 柔性槽體封閉結構Fig.3 Structure of flexible groove closure

2.4.4 第一入料槽體封閉結構

在綜放工作面[3]中，采煤機割下的煤從工作面輸送機經(jīng)過 90°轉向后轉運至轉載機上。由于轉載機的運速較快，且有大塊煤的沖擊，使得轉載機入料口處的槽體被沖擊而受損。此處處于三角區(qū)域，有偏幫煤的發(fā)生，煤塊常從上方垮落入槽中，造成不安全因素。本設計中，綜合考慮以上因素，采取了加厚頂蓋板以增加強度，并且在入口前端設計了靜態(tài)破碎齒用于破碎大塊煤，從而減輕大塊煤對槽體的沖擊。另外，在槽體上方設計了可伸縮式護板組件，在側面設計了雙層可伸縮式擋板，提高了擋板適應彎曲或變形的能力。伸縮擋板設計成通透式，既便于觀察煤塊的輸送情況，又實現(xiàn)了封閉，以防止工人墜入。第一入料槽體封閉結構如圖 4 所示，其組成為：入口伸縮護板+頂蓋板+伸縮擋板。

2.4.5 伸縮人梯結構

人梯是工人從順槽進入工作面的重要通道，傳統(tǒng)設計中人梯是固定在轉載機上的。本設計中將人梯設計為可伸縮式，其固定架與輸送機機頭固連，活動架體可沿垂直于轉載機方向通過液壓缸的伸縮而往復活動。當有大塊煤通過時，液壓缸收縮，將人梯收回至通道一側，保證大塊煤的順利通過；當無大塊煤通過或處于檢修時，液壓缸伸出，將人梯的活動架伸出形成過人通道，同時也對此處的槽體起到封閉作用。

圖4 第一入料槽體封閉結構Fig.4 Structure of first feeding groove closure

2.4.6 液壓系統(tǒng)設計

本封閉裝置需要通過液壓泵提供動力實現(xiàn)其伸縮。液壓元件的選擇以煤礦常用液壓器材為主。本封閉裝置的液壓元件按礦方要求選用，操作閥采用三位四通閥，以實現(xiàn) 6 根液壓缸的升降控制。

2.4.7 轉載機機尾全封閉裝置的整體裝配效果

安裝后可伸縮組合式轉載機機尾全封閉裝置的整體裝配效果如圖 5 所示。

圖5 轉載機機尾全封閉裝置的整體裝配效果Fig.5 Whole assembly effects of full closure for tail of stage loader

3 現(xiàn)場應用

可伸縮組合式轉載機機尾全封閉裝置能夠較好地解決轉載機難以封閉，或封閉后影響正常作業(yè)的問題，改善綜采綜放工作面工作環(huán)境，減少事故發(fā)生，是轉載機機尾由開放式向全封閉轉換的必然結果，是煤礦安全生產(chǎn)的發(fā)展方向。在同煤集團四老溝礦、白洞礦、馬脊梁礦、虎龍溝礦等各礦的現(xiàn)場應用證明使用效果良好，明顯提高了轉載機在條件復雜的井下工作面的運行安全性。但在使用過程中也暴露了諸多問題，需在今后的設計中加以改進。