在煤矿生产中机械设计的应用分析

苏延任

摘要：矿生产中的采煤工作面下端和上端头指的是顺着工作面的方向，上巷下帮至工作面方向 10 m 以及下巷上帮至工作面方向10 m的范围。上下区段巷道直接与工作面端头相连接，区域刮板输送机尾与机头的布置，受到工作面与巷道采动应力的直接影响，且人员运动较为频繁，机电设备数量和种类较多，因而，长期以来一直是工作面发生事故较多的部位之一。回采工作面能否安全生产和快速推进，在很大程度上受到工作面端头支护设计情况的影响，所以，研究煤矿生产中工作面端头设计方法，对于提高煤矿生产安全性和效率具有十分重要的意义。

关键词：煤矿生产；机械设计；应用

1综采工作面端头支护情况及存在问题

在当前产量逐步提高的同时，回采工作面的端头管理在安全生产中不容小视，回采工作面端头是巷道地压和采动影响应力叠加升高区。回采工作面周围、巷道两侧均有支承压力存在，且分为三区，即压力急增区、压力升高区和压力缓升区。一般说来，回采工作面端头是巷道及回采工作面压力急增区或压力升高区内支承压力分布曲线的叠加。因此，回采工作面端头处是支承压力最大、显现最剧烈、顶板最不易管理的地区；由于设备多，临近工作面切顶线，支护很困难，也是事故的多发区，对于高产高效工作面也是制约其单产进一步提高的关键因素之一。如不改进和完善回采工作面端头支护技术及设备，它必将成为阻碍机械化工作面高产、高效、安全、低耗等指标的重要因素。目前综采工作面端头支护存在如下问题：（1）与工作面采用的液压支架支护方式不匹配，难以适应当前煤矿综采工作面所要求的高度机械化、高产高效快速推进的生产模式，成了制约综采面进一步提高单产的瓶颈。（2）支护强度低。在工作面压力大、顶底板围岩较软或破碎的情况下，会出现上端头难以管理和空间严重收缩，安全性差和行人搬运材料困难。（3）超前支护区域是受采动影响的围岩不稳定区域，压力和变形增大，支护难度大，安全隐患多。（4）随着工作面的推进，需要不断支柱、回柱，劳动强度大、工效低事故多，制约工作面安全高效生产。

2端头支架的设计要求与作用

2.1端头支架的主要作用

端头支架能够对工作面交叉口和巷道的顶板起到保护作用，进而为工作人员创造较好的工作环境，提高煤矿的生产效率，并为缓解空间内工作人员的工作强度提供保证。端头支架能够灵活移动，可为转载机、刮板输送机的机尾和机头提供向前移动的动力，从而有助于工作面的正常工作。端頭支架能够为端头部位的转载机和刮板输送机提供良好的连接条件，从而为运输设备的良好工作提供保证。对于倾角较大的综采工作面，工作面与端头支架相互紧靠，从而有助于降低工作面支架倾倒的发生率。端头支架还能够保证推进工作面时棚腿和棚梁的回收，综采工作面的上下端头是采煤机进刀打回头的部位，所以，端头支架的作用还在于为采煤机自开切口创造良好的工作条件。

2.2端头支架的设计方法

第一，端头支架既要保证破碎机和转载机前移，又要保证自身和刮板输送机机头的向前移动，进而对端头支架的拉架力和推移力提出了较高的要求；第二，端头位于综采工作面的边缘处，面积较大，所以，若不选择沿空留巷，则需要端头支架具有较大的切顶能力；第三，综采工作面的端头部位是采煤机进刀打回头的部位，为了进一步提高煤矿的生产效率，缓解工作人员的劳动强度，端头支架设计要以采煤机自开切口有利为基础。第四，综采工作面通常是回风巷，为了提高工作面生产的安全性，端头支护需要建设有通风断面。

3端头支架的设计结构

3.1 端头支架的结构方式

端头支架的设计以悬移支架的结构方式为基础，端头支架通常由若干中间架、尾架和首架 3 个主要部分构成，按照工作面端头需要满足的支护要求和工作面端头支护的破碎情况确定中间架的各项设计数据，所有中间架均由侧翻转梁（图1）、端头横梁（图 2）、翻转梁（图 3）、单体柱、支架顶梁体（图 4）等部分构成。头架主要包括端头横梁液压缸、托梁、滑道、翻转梁液压缸、翻转梁、单体柱和支架顶梁体几个主要构件，相邻架之间利用移架液压缸进行连接。尾架主要包括托梁、滑道和尾架顶梁体等几个部分[2]。

3.2 端头支架的设计结构

在端头横梁部位加设可移动的副梁，以达到接顶支撑的作用。在端头横梁下方加设球形柱窝，以达到横梁支撑的作用[3]。在支架的中间加设球形柱，从而为运输机机头部支架的支撑提供方便。在支撑横梁接顶不使用时，可以拆下副梁。在顶梁处增加阀组吊板底座，在巷道的两侧进行对称式的布置，可以根据需要适当调整下持阀组吊板的角度，从而为有倾斜角度的情况下使用支架提供保证。可以竖直使用阀组吊板。巷道使用前30 min时，巷道的宽度较大，可紧贴下帮布置支架。因巷道宽度最小的部位仅为 1.8 m 左右，在顶板倒转的全煤处使用支架时，需要将巷道部位进行提前拓宽，或是使用刷帮调直等方法进行调整。因为改变巷道顶板倾角时，需要具有较大的翻转梁活动范围，因而不能对翻转梁实施限位，且缺乏增加限位的设备。与此同时，煤矿生产工作者在进行机械操作时，仅需稍加注意即可避免发生磕碰支柱等问题。

4端头支架新设计方案的特点

（1）横向布置和前移。端头支架与工作面支架成90°横向布置，且横向前移，故称为横式端头支架。（2）由于工作面支架通过托梁系统连为一个整体，使得支架稳定性及安全性大大提高，工作面不会出现倒架、扭架，解决了悬移支架容易歪架、倒架的安全隐患。（3）由于顶梁采用整体箱式结构，顶护面积可达到95%以上，对顶板实现了全封闭管理，即使是破碎（松散）顶板也不会出现漏顶。（4）支架运输拆装方便、简单，可在工作面现场组装。

结束语

采煤工作面上、下端头支护能够保证足够支护强度，保证工作面端部出口的安全；支架跨度要大，不影响输送机机头、机尾的正常运转，并要为维护和操纵设备人员留出足够活动空间；要能够保证机头、机尾的快速移置，缩短端头作业时间，提高开机率。因此，研究工作面端头特点及其支护技术，对于提高工作面的安全保障、提高产量和经济效益，改善作业环境无疑具有重要的现实意义。

参考文献

[1] 赵宏珠.回采工作面端头支护技术与设备[M].北京：煤炭工业出版社，1993.

[2] 伍永平，员东风.大倾角煤层综采基本问题研究[J].煤炭学报，2000，10（5）：465-468.

（作者单位：哈尔滨博业科技开发有限责任公司）