倾斜煤层综采工作面超高绞车硐室绞车固定方式研究与分析

尹胜波

（河南能源集团永煤公司鑫龙煤业贺驼煤矿，河南安阳455000）

煤炭作为我国的主要能源，占能源需求的60%以上[1]。近年来随着矿井高强度生产，东部条件优良的煤层日益枯竭，采煤基地向中西部地区转移，造成现有开采条件及开采向深部、倾斜煤层转移[2]。据统计倾斜煤层资源占煤炭资源总量的35%，在西南部分矿区，占比甚至高达60%以上[3-4]。而倾斜煤层综采工作面设备安装与缓倾斜综采工作面有众多不同之处，本文就提升绞车固定方式建立受力模型并进行受力分析，选择适合的绞车固定方式，为倾斜煤层综采工作面提升绞车进行安全性评价。

1 工程概况

21303工作面北邻21301采空区、南邻近DF4断层和21307、21309采空区、西邻井田边界煤柱、东邻近南十三轨道上山和南翼总回风巷保护煤柱。工作面斜长152m，走向长度1028m，回采二2煤，煤层厚度最小1.6m，最大4.4m，平均2.49m，煤岩类型以亮煤为主，次为暗煤、半光亮型煤。21303工作面安装ZY3800-16/35液压支架，使用专用平板车运输，两者总重为14.5t，为运输的最大重量。切眼口使用的绞车型号为SDJ-28型双速多用绞车，重量4.0t。

21303工作面煤层倾角达到19°，轨道顺槽内切眼口附近拉底后作为停车平台，绞车硐室高度5.0~8.0m，拉底后绞车硐室情况见图1。作为综采设备顺槽及切眼内搬运的主要工具——双速多用绞车（SDJ系列）的固定成为能否安全顺利安装的关键。

图1 拉底后绞车硐室剖面图

2 绞车固定方式

综采工作面安装期间的提升绞车固定有基础+压戗柱、地锚+压戗柱、地锚+钢板三种方案，考虑到现场施工工期及施工难度，现场多选用第二、第三种绞车固定方案。

2.1 地锚+压戗柱的绞车固定方式

绞车采取地锚+压戗柱固定，地锚通过3根12#槽钢及6条M24螺栓与绞车底座进行连接。地锚数量为8根，锚杆规格为Ø20mm×2200mm高强锚杆。4根压柱、2根戗柱，压戗柱规格为直径180mm圆直红松。戗柱前倾，与顶板法线成30°角。戗柱上方顶板必须掏窝，掏窝深度不小于100mm，压戗柱上端用专用的防倒绳固定，压戗柱固定牢固。

2.2 地锚+压戗柱的绞车固定方式安全验算

根据绞车的稳固情况，对绞车受力建立如下模型并进受力分析，具体见图2。

图2 地锚+压戗柱的绞车固定方式绞车受力分析

式中：N1——绞车重力（G1）、压柱压力（F1）、底座地锚对绞车的锚固力（F2）及戗柱在铅垂方向的分力之和；

N2——戗柱对绞车的作用力；

N3——绞车所受的摩擦力；

N4——底板对绞车的作用力；

N5——支架对绞车的作用力。

其中：

式中：M1——绞车重量，4t；

式中：n1——压柱数量，4根；

α——压柱承载系数，取0.25；

δ——压柱抗压强度,查表取30MPa[5]；

A——压柱断面积，0.182×3.14÷4m2。

式中：n2——地锚数量，6根；

τ——锚杆锚固力，实测120kN。

式中：N3——戗柱数量，2根；

α——戗柱承载系数，取0.25；

δ——压柱抗压强度，查表取30MPa；

A——压柱断面积，0.182×3.14÷4m2。

式中：f——绞车与底板之间的静摩擦系数，0.2；

θ——戗柱与顶板法线夹角，30°。

式中：G2——支架及装支架车辆的总重,14.5t；

g——9.8N/kg；

β——煤层倾角,19°；

f2——车辆在轨道上的滚动摩擦系数，取0.02。

安全系数验算：

绞车稳固安全系数大于钢丝绳安全系数，符合要求。

因戗柱长度过长，受轴向压力后易弯曲折断，戗柱安全性能大大降低；另外因矿井运输条件及目前红松木供应规格限制，无法采用长度超过4.0m的红松木，综上倾斜煤层综采工作面超高绞车硐室不选用地锚+压戗柱的绞车固定方式。

2.3 地锚+钢板的绞车固定方式

煤层倾角较大时，绞车前方停车平台拉底量达2.0~4.5m，绞车窝高度超过5.0m。一般作为压、戗柱柱用的木料长度最长不超4.0m，故无法采取地锚+压戗柱的方式固定绞车，采取地锚+钢板的固定。钢板厚度为30mm，每根钢板两端各布置2根地锚。

2.4 地锚+钢板的绞车固定方式安全验算

根据绞车稳固情况，对绞车受力建立如下模型并进行受力分析，具体受力分析见图3。

图3 地锚+钢板的绞车固定方式绞车受力分析

图中：N1——绞车重力（G1）、压板地锚产生锚固力（F1）、地锚对绞车的锚固力（F2）之和；

N3——绞车所受的摩擦力；

N4——底板对绞车的作用力；

N5——支架对绞车的作用力。

其中：

式中：M1——绞车重量4t；

式中：n1——固定压板所打地锚数量，12根；

τ——锚杆锚固力，实测120kN。

式中：n2——地锚数量，取6；

τ——锚杆锚固力120kN。

式中：f——绞车与底板之间的静摩擦系数，0.2。

式中：G2——支架及装支架车辆的总重，14.5t；

g——9.8N/kg；

β——煤层倾角，19°；

f2——车辆在轨道上的滚动摩擦系数，取0.02。

安全系数验算：

绞车稳固安全系数大于钢丝绳安全系数，符合要求。

3 结论

在倾斜煤层工作面超高绞车硐室采用锚杆+钢板方式固定的绞车，安装期间能够满足提升支架等大件设备安全需求，使用期间未发生滑移、摆动等现象，并已经在永煤公司陈四楼煤矿2211、2213、2208、21111、21110、21109等倾斜煤层综采工作面的安装和拆除中推广应用，为大倾角综采工作面绞车固定提供了一个新方法。