综采综放工作面全封闭转载机的结构设计与应用

中煤张家口煤矿机械有限责任公司 河北张家口 076250

在 综采[1]及综放开采中，工作面输送机将采煤机截割下的原煤卸载至顺槽转载机中。由于采煤工作面与运送顺槽巷道成一定的角度，当顶板条件欠佳或顶板压力过大，采煤机在此割煤时，在输送机机头与转载机机尾交接处极易发生偏帮而产生大块煤炭，而此处又恰好是端头支架与过渡支架的结合部位，对顶板的管理较为复杂。在传统设计中，转载机中部是封闭的，但并未对卸料槽那段区间进行封闭，从实际使用效果看，传统设计并未达到真正从本质上防止事故发生。经井下实际勘察并结合矿方的意见，为了完全杜绝事故的发生，达到国家及局里零事故的要求，笔者提出了一种既不影响工作流程，又能减少事故发生的转载机全封闭装置的理念，并付诸于实践，先后在同煤集团马家梁矿、永定庄矿、白洞矿及四老沟等矿正式投入实际生产中，取得了很好的效果。

1 转载机机尾的工作环境分析

由于综放回采工艺中转载机布置最为复杂，因此以此为例进行说明。在综放工作面中，顺槽转载机的配套形式一般为转载机主体+转载机机尾+迈步作业自移+皮带自移机尾 (或行走小车)+破碎机。在转载机机尾周围的主要设备有端头支架、前后部输送机[2]机头及其传动装置和各种液压管路系统等等。转载机机尾正处于工作面运送顺槽交汇的地段，由于偏帮，此处产生的大块煤在转向过程中 (从工作面输送机中向运送顺槽转载机转向 90°)容易出现堆积散落的现象，极易发生事故。此处顶板支护及综放回采工艺更为复杂，条件更为严酷，并且是作业维修工人经常往返的区域，这些因素都给正常作业带来很大的安全隐患。此外，后部刮板输送机担负输送放顶煤的作业，煤块较大容易翻滚，也增加了作业的不安全程度。转载机机尾环境如图 1 所示。

2 转载机机尾全封闭装置设计

2.1 全封闭装置理念、要求及原理

(1)全封闭装置的理念 为打造本质安全的工作环境，实现人员伤亡零事故率，预防和消除转载机机尾段由于存在的安全隐患而发生的二次设备及人员损伤，向智能化生产目标迈进。

(2)全封闭装置的要求 在采煤机截割煤炭时，转载机机尾只保留正常的卸煤口；当处于检修状态时，转载机机尾全部封闭。

(3)全封闭装置的原理 利用转载机机体侧方的伸缩挡板、上方的伸缩护架及可实现上下翻转的柔性槽体等部件，通过液压缸的伸缩实现对转载机的封闭。在该方案中多处设计了可伸缩挡板，是充分考虑了井下的作业空间，以及对推移过程中产生的敞开区域的弥补，同时也考虑到便于检修和清理三角区煤炭等问题。

2.2 全封闭转载机机尾与传统转载机机尾的比较

在传统转载机中，从转载机机尾第一块入料槽开始到转载机机头，此段区域均为封闭结构，而从转载机机尾第一块入料槽开始到转载机机尾为卸料区域，此段区域均为单侧敞开式结构。由于此区域单侧完全敞开面向工人，而且是工人作业和行走的主要区域，极易发生生产安全事故。

在全封闭转载机机尾的设计中，吸取了传统转载机设计的优点，并针对传统转载机机尾卸料处单侧完全敞开的这一安全隐患，对卸料段的顶盖板、卸料槽侧板进行了全新的可伸缩式设计；针对大块煤通过时易造成入料槽盖板损坏这一隐患，设计了可自动翻转式柔性盖板入料槽；针对传统设计中的固定人梯处无法封闭这一情况，设计了可伸缩式通道人梯。

2.3 全封闭装置结构特点

(1)整体实现了转载机的全封闭；

(2)在设计上既考虑了可能受大块煤矸石冲击部位的强度，也考虑了整体结构的柔性；

(3)整体设计便于井下观察、检修与维护；

(4)所有部件均便于拆卸，结构上避免了采用大块材质，方便运输，便于井下更换；

(5)基本实现了自动化，没有因该装置的增加而过多地增加工人的劳动强度；

(6)在安全上实现了更大的保障。

2.4 全封闭装置结构设计

2.4.1 转载机全封闭原则

除运输机机头与转载机搭接处留有必要的煤流通道外，其他区域均应实现封闭，以确保人员不会因各种意外情况坠入转载机；但不能因转载机的封闭而影响生产。

2.4.2 转载机机尾封闭结构

转载机机尾处于三角地带，周围有输送机机头及端头支架等设备，是工人经常通过的地方，属于事故易发生地带。传统设计中，此处是敞开的，即机尾的侧方及上方没有任何保护措施，一旦有人员及物件从此处坠入转载机中，后果不堪设想。本设计中，在机尾的侧方 (靠煤壁侧)设计了可伸缩式双层挡板，在机尾上方设计了可伸缩式护板组件，使得转载机机尾在保证了与周围环境合理配套的同时，大大增加了此处维修工人的安全性。机尾封闭结构如图 2 所示，其组成为：机尾伸缩护板+机尾挡板+伸缩挡板。

图2 机尾封闭结构Fig.2 Structure of tail closure

2.4.3 柔性槽体封闭结构

根据综放工艺中煤块大的特点，本设计采取了可翻转式的柔性槽体封闭结构。当输送较大煤块时，液压缸收回，活动翻板向上旋转，增大了过煤空间，既防止设备损坏，又利于大块煤的通过。另外，在柔性槽体的侧方还设计了双向可伸缩式挡板，保证在采煤机割煤后的移架及推溜过程中转载机能适时随动，及时封闭相应的空间，实现了转载机封闭和生产作业的相互协调。柔性槽体封闭结构如图 3 所示，其组成为：翻转盖板+挡板+双向伸缩挡板。

图3 柔性槽体封闭结构Fig.3 Structure of flexible groove closure

2.4.4 第一入料槽体封闭结构

在综放工作面[3]中，采煤机割下的煤从工作面输送机经过 90°转向后转运至转载机上。由于转载机的运速较快，且有大块煤的冲击，使得转载机入料口处的槽体被冲击而受损。此处处于三角区域，有偏帮煤的发生，煤块常从上方垮落入槽中，造成不安全因素。本设计中，综合考虑以上因素，采取了加厚顶盖板以增加强度，并且在入口前端设计了静态破碎齿用于破碎大块煤，从而减轻大块煤对槽体的冲击。另外，在槽体上方设计了可伸缩式护板组件，在侧面设计了双层可伸缩式挡板，提高了挡板适应弯曲或变形的能力。伸缩挡板设计成通透式，既便于观察煤块的输送情况，又实现了封闭，以防止工人坠入。第一入料槽体封闭结构如图 4 所示，其组成为：入口伸缩护板+顶盖板+伸缩挡板。

2.4.5 伸缩人梯结构

人梯是工人从顺槽进入工作面的重要通道，传统设计中人梯是固定在转载机上的。本设计中将人梯设计为可伸缩式，其固定架与输送机机头固连，活动架体可沿垂直于转载机方向通过液压缸的伸缩而往复活动。当有大块煤通过时，液压缸收缩，将人梯收回至通道一侧，保证大块煤的顺利通过；当无大块煤通过或处于检修时，液压缸伸出，将人梯的活动架伸出形成过人通道，同时也对此处的槽体起到封闭作用。

图4 第一入料槽体封闭结构Fig.4 Structure of first feeding groove closure

2.4.6 液压系统设计

本封闭装置需要通过液压泵提供动力实现其伸缩。液压元件的选择以煤矿常用液压器材为主。本封闭装置的液压元件按矿方要求选用，操作阀采用三位四通阀，以实现 6 根液压缸的升降控制。

2.4.7 转载机机尾全封闭装置的整体装配效果

安装后可伸缩组合式转载机机尾全封闭装置的整体装配效果如图 5 所示。

图5 转载机机尾全封闭装置的整体装配效果Fig.5 Whole assembly effects of full closure for tail of stage loader

3 现场应用

可伸缩组合式转载机机尾全封闭装置能够较好地解决转载机难以封闭，或封闭后影响正常作业的问题，改善综采综放工作面工作环境，减少事故发生，是转载机机尾由开放式向全封闭转换的必然结果，是煤矿安全生产的发展方向。在同煤集团四老沟矿、白洞矿、马脊梁矿、虎龙沟矿等各矿的现场应用证明使用效果良好，明显提高了转载机在条件复杂的井下工作面的运行安全性。但在使用过程中也暴露了诸多问题，需在今后的设计中加以改进。