煤矿综采工作面拉串车回绳装置的设计要点

引言

由于煤矿开采环境恶劣，且对企业采煤工艺的要求非常高。综采具有功率消耗低、安全性高、工作效率高、产量高等优势，不仅减少了劳动强度，而且还为煤矿开采创造了良好环境，成为当前煤矿开采的主要发展方向[1]。虽然此开采工艺具有很多优势，但是煤矿开采地质条件恶劣，且综采工艺的发展速度较快，因此，急需对装置进行改进[2]。本文主要对综采工作面拉串车回绳装置的设计进行研究。

1 回绳装置的工作原理

将回绳装置骑在工作面的两个轨道上，并使用U型卡将其固定。利用乳化液泵站，在固定盘上完成液压单体固定操作，使其顶放在装置的固定盘上，同时在工作面上安装顶板，进一步对其进行固定，从而达到提高装置稳定性的目的。本文设计的回绳装置依靠滑轮来改变方向，通过调度绞车将其转移到与变电站相同的方向，启动调度绞车完成串车的拖动操作。

本文研究区域为江苏省沿海地区。江苏省东部的海岸线自长江口崇明岛附近向北延伸直至海州湾。采用的沿岸风塔资料所在位置及数据有效率如表1所示。风塔资料时间分辨率为10 min。风塔资料覆盖的时段为2009年4月—2010年6月,三座风塔分别位于江苏海岸线的北部、中部和南部(图1)。经质量控制后,各测风塔数据的有效率均在98%以上,能较好地反映风场实况。

2 回绳装置结构设计

为了克服传统液压支架装车装置存在的不足，本文设计了一种新型综采工作面拉串车回绳装置。该装置主要由千斤顶与支撑框架构成。其中，支撑框架沿着巷道长向两组相间布置，并在巷道底部沿长向布置了轨道，在轨道的两侧设置千斤顶，其安装方向为垂直向下。另外，在千斤顶下半部分活塞杆处设置了吊钩，从而确保装置操作的便利性，结构简单合理，有效控制了成本，使后期的维护工作量较少[3]。如图1所示为综采工作面拉串车回绳装置结构设计图。

本装置主要由两部分构成，其中一部分是支撑框架，另一部分是千斤顶。其中，支撑框架有两组，均沿着巷道长向布置，采取的布置方式为相间布置，在巷道的底板位置上沿着长向布置了轨道，在这个轨道的两侧安装千斤顶，其安装方向为垂直向下。在千斤顶的下方安装活塞杆，并在其下方设置吊钩。接下来，移动液压支架，使其转移到框架下方，起到控制活塞的作用。当活塞杆伸出以后，位于活塞杆下方的4个吊钩会立即勾住液压支架的两侧，以此控制千斤顶。如果千斤顶向上伸出，则液压支架将立即被提升。采用同样的方法将平板车移动到液压支架下方，对千斤顶进行控制，当活塞杆向下伸出时，液压支架将立即掉落，最终落在平板车上，使用平板车可将液压之间快速转移至指定位置。

  

图1 综采工作面拉串车回绳装置结构设计图

为了确保本文设计的回绳装置运行效果良好，在支撑框架的设计上花费了大量时间，其主要由两部分构成，一部分是对称立杆，数量为2个；另外一部分是横梁，将该组件沿着水平方向安装在立杆上端。为了保证装置的平衡，在横梁上方安装一对链条，采取对称安装方式进行安装。利用连接件，在链条下方安装千斤顶。为了保证装置的安全性，本文设计的装置添加了缓冲垫，并将其安装到立柱上，此立柱位于支撑框架的两侧。在安装时，测量非常精细，支撑架两侧的千斤顶与巷道中心之间的距离均相等。装置中，横梁主要由形梁并排安装构成，并且所有形梁的下方均安装立柱。另外，在链条下方安装第一连接扣和第二连接扣，将两个连接扣固定到一起，形成一种连接结构，应用在千斤顶与链条之间。在千斤顶的下方活塞杆出装置第三连接件，利用圆形链条，将吊钩安装在第三连接件的下方，其中，吊钩设计为S形，这样就可以有效避免吊钩与千斤顶在装置运行期间发生晃动。

3 设计要点分析

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2）对于装置的连接件，为了避免装置在作业期间上下晃动，必须依据实际作业情况，明确矿井轨道的实际宽度，选取钢板进行加工，并在钢板的上方打4个通孔，用于焊接连接件。接下来，使用U型卡将其固定，从而实现预期效果。

1）对于回绳装置中梁的设计，为了避免装置在作业期间左右晃动，应采用型号为11号的工字钢，并将其骑在两个轨道上，使用U型卡槽固定。

4）对于装置的加工，对装置梁卡槽有一定的要求，如果设置过宽，则很有可能出现回升装置左右移动的情况，导致装置失去重心，无法稳定运行。所以，在加工装置时，需要依据轨道的信号来设计卡槽的宽度。另外，装置的高度也需要量身定做，不可以过高或过低，否则很容易导致钢丝绳跑偏。目前，应用比较多的加工方式为焊接工艺，由于本文设计的装置采用组装连接方式，因此，必须加大焊接工艺的重视度，否则在拉串车的过程中，装置很有可能散架，从而发生安全事故。

本文设计的回绳装置使用的材料主要有6个，分别是U型卡、销子、回绳轮槽、梁、回绳轮与连接件。本文将从以下6个方面对装置的设计要点进行分析。

3）装置的主要执行元件为回绳轮，本文的设计方案严格按照《机械设计》手册中的所有条款进行设计，经过多次测试分析，获取最佳滑动效果。该部分的设计需要注意加工滑轮的选取，必须依据调度绞车钢丝绳型号的选取情况来完成，同时做好钢丝绳回转度与破断力的计算工作。避免钢丝绳过长，对其使用寿命造成影响。

5）对于材料的选取，为了保证装置的整体机械强度，必须考虑到各个器件的重量，使其组合起来不会太重。因此，在选取材料时，应结合施工的实际情况，挑选合适的材料进行组合，从而获取最佳回绳装置。

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6）对于安装的质量，为了保证装置的质量，完成所有器件的安装后，检查是否稳固，如果发现有松动情况，立即用U型卡将其固定，并且将液压单体支架打到足够压力，从而为装置的安装提供质量保障。

4 应用情况与经济效益分析

本文设计的装置于2017年5月完成，并在当月加工，成品在6月正式投入使用。在整个生产过程中，该装置运行稳定，在短时间内完成了工作面搬家，解决了工作面接替紧张的问题，为工作面的顺利推进提供保障。通过使用回绳装置，液压支架的运行效率、装车、安全性不再存在问题。测试结果表明，装置的工作效率至少提高了5倍。由于该装置操作简便，操作人员可以在短时间内掌握。预计加工一台装置的成本为1.5万元，每年装置问题减少的收益为200万元，更换设备需要花费50万元，因此，一台装置可以为煤矿开采公司节约248.5万元。

参考文献

[1]李向阳，马晋民，刘高峰，等.大宁煤矿综采工作面巷道布置优化设计[J].煤炭工程，2016，48（5）：4-7.

[2]杜岩，孟国营，张瀚文，等.煤矿综采工作面输送设备嵌入式监控平台设计[J].工矿自动化，2014，40（7）：96-98.

[3]马矿生，李厥高，李伟.大采高综采工作面初采强制放顶方案优化设计与施工[J].煤矿开采，2013，18（3）：97-99.