煤矿企业已走向综合机械化采煤机工艺, 且近代机电设备已实现大型化、高速化、连续化和自动化。为便于设备的管理、煤矿企业将所有设备的电控系统集中在回风或运输巷, 距工作面4 0 m~1 5 0 m之间, 统称设备列车。设备列车包括采煤机、刮板机电源、移动变电站重量、乳化液泵站、转载机、破碎机电源等。能在巷道坡度0°~1 8°时正常工作。设备列车在上下坡度段, 由于移设备列车工效低、安全效益差、作业条件恶劣, 是国内外煤矿企业公认的难点, 在国内的新疆煤矿表现的尤为明显, 因新疆地质条件、煤层构造等原因, 使其在回采期间设备的布置难以入手, 而设备列车更是难以移动。国际上主要的煤炭生产国家基本上没有提出解决移动设备列车的方案, 只有少数的国家进行过一些试验研究性的移设备列车方法。此现象主要是由大倾角煤层造成。
经过近几十年的机械化程度不断提高, 移设备列车开始采用回柱绞车牵引或下放, 发展到现在部分煤矿企业使用液压卡规装置移设备列车, 但此方法只适用于设备列车处于平巷方可实行。
我国对移设备列车的历经“人工搬运”、“回柱绞车牵引或移动”、“液压卡规装置移车法”等, 这些移设备列车方法虽然在一个阶段解决了一些特殊条件下的移设备列车问题, 但移设备列车效率低、安全生产事故多发、工人作业安全等根本性的问题一直没有实质性的改变。
因此, 系统研究这些移设备列车技术问题, 有针对性地解决其特殊条件下的综采 (综放) 移设备列车的关键技术, 不论是对矿井安全率和技术经济综合效益提高, 促进区域经济可持续发展和社会稳定, 还是拓展我国乃至世界移设备列车研究与技术应用领域都具有重要理论价值和实际意义。
1 项目的提出
一八一八煤矿综采工作面设备列车长、重、巷道坡度大、工作面过拐弯段, 矿井至投产以来一直采用30t绞车牵引和30t绞车下放设备列车。主要存在以下缺点。
30t绞车的安装, 预制及打压柱, 且30t绞车随着设备列车移动, 30t绞车需不断前移, 在前移30t绞车期间, 设备列车的防跑车固定较困难。
由于设备列车处于巷道上、下坡段, 30t绞车在牵引或下放时需使用单体柱配合, 人员操作时安全系数低。
使用30t绞车移设备列车可分为班班移车和定期移车:班班移车, 主要存在问题:每班移完设备列车后, 还需移30t绞车。且30t绞车的四压柱两戗柱的压柱比较笨重, 人员操作时安全系数低, 工效低, 每班至少延长移车时间两小时左右。定期移车:定期移车除了存在以上问题外, 每月至少影响四至五个班的产量。
经济效益:每个班生产1200t~1800t原煤, 按以上方法移设备列车每月影响原煤产量4800t~9400t原煤产量, 每吨原煤按300元计算, 4800-9400×300=144万元-2 8 2万元。
2 井下煤矿设备布置和构成
2.1 1818煤矿设备布置
2.2 支撑迈步式设备列车自移装置的选材
“支撑迈步式移设备列车承载装置”选用加工材料:3m×1.5m平板车两辆、缸径250mm、缸长1.5m、行程1.3m液压缸一颗、缸径250mm、缸长2.5m、行程2m液压缸八颗 (因矿区没有2.5m的液压缸, 现使用八颗4.5m单体柱代替) 、φ6弹簧32条、11#工字钢6根、30mm钢板 (400×300) 8块、KJR10-40/10m高压胶管4根。
2.3 采区设计、采区巷道布置概况
该工作面位于一八一八矿井北翼一采区, 采区15123综采工作面沿走向布置, 煤层赋存主要受褶曲影响较大, 中部走向起伏变化较大, 回采期间应加强顶板管理, 工作面走向长为2150m, 平均倾向长为145m。
工作面运输顺槽:15123运输巷采用斜梯形断面, 锚网支护, 下帮净高2.7m, 净宽4.4m, 净断面S=12.4m2。
工作面回风顺槽:该工作面15123回风巷采用斜梯形断面, 锚网支护, 下帮净高2.8m, 净宽3.5m, 净断面S=11.6m2。
采煤面切眼:工作面开切眼为伪仰斜5°布置, 采用矩形断面, 锚网锚索联合支护, 净高3m, 净宽8m, 净断面S=24m2, 整个巷道见顶留底。
3 迈步式设备列车自移装置的工作原理和受力分析
3.1 工作原理
将设计加工的移车装置与设备列车连接, 移车装置两辆车之间装一根液压缸。将第一辆车四颗单体柱卸载, 操作片阀将液压缸向前移一个行程 (第一辆车行走一个行程) , 然后向第一辆车四颗单体柱注液, 在将第二辆车四颗单体柱卸载, 然后操作片阀前移移车装置后所有设备一个行程, 在向第二辆车四颗单体柱注液, 第一辆车四颗单体柱卸载, 同理循环作业移动设备列车。在这期间要求每颗单体柱的初撑力达90k N[4~5]。
3.2 受力分析
设备在井下主要受重力、轨道给设备列车的摩擦力, 以及液压挺住与煤层之间的摩擦力, 设备在静止时不下滑的条件为重力在水平方向的分力Gx (以轨道为横坐标) 小于等于轨道给设备列车的摩擦力和液压挺住与煤层之间的摩擦力的两者之和Gx, 如图2, 即Gx≤f。
采用“三角形形法则”计算移车装置的牵引力及工作阻力:15123回风巷最大坡度5°, 则重力在水平方向的分力Gx的值为sin5°×91.5t=7.98t, 根据现在使用的材料计算:移车装置承载力每辆平板车四颗单体柱, 每颗单体柱与煤层的摩擦力为90k N, 四颗共360k N, 约为35t;通以上方法计算此移车装车装置的摩擦力是设备水平方向的分力Gx的四倍, 完全满足移设备列车要求。
3.3 模型验证
研究了煤层走向、巷道布置, 在移设备列车过程中设备列车运行状态、“移车装置-设备列车”相互作用原理、移车装置在移设备列车过程中的稳定性、设备列车的阻力及移车装置的支撑强度, 提出了合理的控制措施。
研究确定了移车装置, 在巷道起伏不同条件下移车装置所受工作阻力系数和载荷及顶底板变化特征的稳定性关系以及防跑车措施, 结果表明:每辆车的阻力是设备列车牵引力的2倍。
4 结语
通过模型验证和实际生产, 在1890煤矿的15123工作面使用了本文所设计的迈步式设备列车自移装置, 在实际使用中取得了良好的效果, 同时也获得以下结论。
该设备是采用单位的废旧材料, 将其加工制造成成品, 已在现场实验、运行, 现在正在使用, 且使用效果非常好。
通过理论分析、模型验证和实际实验验证, 表明本设计是可行的, 在实际中能够解决设备列车跑车和移车。
在实际生产实践中, 迈步式设备列车自移装置优于已有的相关设备。
该移设备列车方法极大地降低了工人劳动强度, 提高了工效、改善了作业环境, 试验以来, 未发生设备列车跑车事故, 为类似条件移设备列车安全高效创出了一条新路, 获得了现场操作的第一手资料。
摘要：采用综采支架液压系统设计一种新型矿用设备列车自移系统, 并重点介绍其设备的组成、结构、工作原理和特点。解决井下综采工作面巷道起伏变化较多, 综采工作面设备列车移动带来了不安全因素。实验表明该自移系统的使用保证了安全, 极大的减轻了工人的劳动强度, 运行可靠, 具有广泛的应用前景。
关键词：设备列车,液压系统,自移
参考文献
[1] 李洪聪, 李炳文, 黄虎.回柱绞车中双联齿轮的有限元分析[J].煤矿机械, 2010, 31 (4) :73～75.
[2] 张文康, 赵祥站.论设备列车在岩巷作业线上的应用[J].现代商业工业应用, 2011, 1:284.
[3] 陈峤鹰, 黄继强, 张晓君.煤矿用回柱绞车安全问题探析[J].煤矿开采, 2008, 13 (6) :70～71.
[4] 张颖, 李淑娟, 徐斌.JH2—5型回柱绞车过桥齿轮改造措施[J].煤矿机械, 2010, 31 (6) :165.
[4] 王国法.液压支架技术[M].北京:煤炭工业出版社.
[5] 欧洲标准.CEN1804-2, 2000.煤矿用液压支架安全性要求.第二部分:立柱和千斤顶.