魏紅亮

(山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司，山西 長(zhǎng)治 046204)

隨著采礦裝備和技術(shù)的進(jìn)步和企業(yè)資源回收率意識(shí)的增強(qiáng)，5～7 m煤厚采用一次采全高綜采已成為采礦技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)采用大采高綜采的礦區(qū)日益增多。

一次采全高工作面具有通風(fēng)斷面大，回收率高，工序簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力大；設(shè)備較少，可靠性高；煤塵少，工作環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)，但由于其采高大，回采過程中的片幫、冒頂事故難免會(huì)發(fā)生，事故發(fā)生后，目前在采高低的時(shí)候通常采用注漿、架大板等方式解決，采高大的情況下，人員高度有限，沒有合適的作業(yè)平臺(tái)，通常采用搭腳手架的方法，時(shí)間長(zhǎng)、效率低、安全性能不高。無法在短時(shí)間內(nèi)對(duì)片幫、冒頂事故進(jìn)行處理，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成更大面積的片幫、冒頂[1]。

1 現(xiàn)有處理方法及存在的問題

目前處理厚煤層一次采全高工作面片幫、冒頂事故需要高空作業(yè)的方法有兩種，一種是踩到大炭塊或煤上進(jìn)行夠頂作業(yè)，但當(dāng)采高大于4 m時(shí)不適用，另一種方法就是搭腳手架。腳手架指施工現(xiàn)場(chǎng)為工人操作并解決垂直和水平運(yùn)輸而搭設(shè)的各種支架。在建筑領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。腳手架制作材料通常有竹、木、鋼管或合成材料等。

現(xiàn)在在煤礦工作面搭腳手架主要采用鋼管、扣件等材料制作。由于綜采工作面有液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備和大炭塊，以及底板不平等因素，對(duì)腳手架的搭接帶來很多不便因素，往往使得腳手架搭接速度緩慢、安全穩(wěn)定性不足，給操作人員帶來安全隱患。國(guó)內(nèi)在升降作業(yè)平臺(tái)生產(chǎn)、制造已較為成熟，但專用于煤礦工作面的升降作業(yè)平臺(tái)還是空白，國(guó)內(nèi)外也沒有相關(guān)專利和授權(quán)。

2 工作面應(yīng)急升降平臺(tái)設(shè)計(jì)目標(biāo)

厚煤層一次采全高工作面應(yīng)急升降作業(yè)平臺(tái)主要用于工作面回采過程中預(yù)防和處理偏幫冒頂事故時(shí)的化學(xué)加固注漿作業(yè)。

在工作面回采之前，對(duì)已經(jīng)通過鉆探和物探手段確定的斷層區(qū)域和煤體破碎區(qū)域，通常采用化學(xué)注漿加固的方法進(jìn)行提前加固，在巷道中注漿時(shí)，由于巷道較低，注漿作業(yè)比較容易完成，但在工作面回采到離斷層區(qū)域或煤體破碎區(qū)域一定距離之前，還需要從工作面煤壁方向?qū)γ后w進(jìn)行注漿加固，這時(shí)工作面煤壁高度已達(dá)7 m，注漿作業(yè)人員只能站在刮板機(jī)上的煤塊上面對(duì)煤壁進(jìn)行斜向上打鉆孔，然后再向鉆孔內(nèi)注漿，效果不是很理想，有了升降作業(yè)平臺(tái)之后，注漿作業(yè)人員可以站在升降作業(yè)平臺(tái)上，在支架頂梁下方對(duì)煤壁垂直打鉆并進(jìn)行注漿，對(duì)于接近頂板的煤體可以充分加固，有效預(yù)防偏幫冒頂事故。

3 工作面應(yīng)急升降作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案選擇

3.1 方案簡(jiǎn)介

根據(jù)升降平臺(tái)的結(jié)構(gòu)型式，考慮了3套設(shè)計(jì)方案，具體如下：

方案1：由機(jī)械制造企業(yè)與采煤機(jī)生產(chǎn)單位進(jìn)行合作，在采煤機(jī)機(jī)身上安裝作業(yè)升降平臺(tái)。特點(diǎn)：采用這種方案，不僅可以省去作業(yè)平臺(tái)的行走機(jī)構(gòu)，只開發(fā)作業(yè)平臺(tái)的升降機(jī)構(gòu)，而且還能大大簡(jiǎn)化平臺(tái)的電纜、液壓管路布置，便于維護(hù)操作。

方案2：根據(jù)采煤機(jī)的特點(diǎn)，將作業(yè)平臺(tái)的行走底座與采煤機(jī)機(jī)身用繩索或鏈進(jìn)行牽引，省去作業(yè)升降平臺(tái)的行走驅(qū)動(dòng)裝置，這樣可以相應(yīng)簡(jiǎn)化作業(yè)平臺(tái)的電纜、液壓管路布置，便于維護(hù)操作。

方案3：工作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)自移，制作包括行走部和升降部的作業(yè)平臺(tái)，使其能夠獨(dú)立在工作面刮板輸送機(jī)上安裝布置，不受采煤機(jī)影響。

此方案中行走部驅(qū)動(dòng)又分為3種方式：①工作平臺(tái)采用獨(dú)立的人工自移行走裝置；②工作平臺(tái)采用獨(dú)立的電動(dòng)行走驅(qū)動(dòng)裝置；③工作平臺(tái)采用獨(dú)立的液壓行走驅(qū)動(dòng)裝置。

3.2 方案選擇

方案1采煤機(jī)機(jī)身上面原安裝有可調(diào)擋煤板，安裝液壓升降平臺(tái)后，無法安裝可調(diào)擋煤板，并且使工作面的最低采高增加2 m，改變了工作面的液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)三機(jī)配套對(duì)工作面高度的適應(yīng)范圍，這種方案不可行。

方案2需要將作業(yè)平臺(tái)的行走底座與采煤機(jī)機(jī)身用繩索或鏈進(jìn)行牽引，可以省去作業(yè)升降平臺(tái)的行走驅(qū)動(dòng)裝置，但是升降作業(yè)平臺(tái)需要具備兩個(gè)方向移動(dòng)的能力，如果將作業(yè)平臺(tái)的行走底座與采煤機(jī)機(jī)身連接，只能實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)“拖”著升降平臺(tái)走，如果升降平臺(tái)需要超另一個(gè)方向移動(dòng)，就需要采煤機(jī)“推”著升降平臺(tái)走，很顯然靠繩索或鏈?zhǔn)遣豢赡軐?shí)現(xiàn)“推”著升降平臺(tái)功能行走的功能。

方案3自帶行走部是可行的，但是需要對(duì)行走部的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行選擇，第一種驅(qū)動(dòng)方式“獨(dú)立的人工自移行走裝置”，即人工驅(qū)動(dòng)，升降平臺(tái)的移動(dòng)完全由工作人員靠人力推移，考慮到煤礦井下綜采工作面的實(shí)際情況，刮板機(jī)上的存煤較多、并且綜采工作面的傾斜度數(shù)，靠人力驅(qū)動(dòng)升降平臺(tái)基本上沒有可能性，第二種驅(qū)動(dòng)方式“獨(dú)立的電動(dòng)行走驅(qū)動(dòng)裝置”，即電驅(qū)動(dòng)，升降平臺(tái)由電機(jī)帶動(dòng)行走，能保證有足夠的驅(qū)動(dòng)力，但考慮到煤礦井下電氣設(shè)備需要嚴(yán)格通過防爆、煤安認(rèn)證，研發(fā)周期長(zhǎng)，取證困難。第3種驅(qū)動(dòng)方式“獨(dú)立的液壓行走驅(qū)動(dòng)裝置”，即由液壓馬達(dá)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒旋轉(zhuǎn)，通過與刮板機(jī)上的齒軌嚙合來實(shí)現(xiàn)升降作業(yè)平臺(tái)的移動(dòng)，且可以由給工作面液壓支架供液的乳化液泵來提供高壓乳化液。

綜上分析，方案3的第3種驅(qū)動(dòng)方方式較為貼近實(shí)際，操作性、可控性更強(qiáng)，因此選擇第3種方案為本項(xiàng)目的解決方案。即作業(yè)升降平臺(tái)為兩大部分組成——行走部和升降部。行走部與工作面刮板輸送機(jī)安裝聯(lián)接，由兩個(gè)液壓馬達(dá)提供動(dòng)力，通過行走部的鏈輪與刮板輸送機(jī)齒軌座嚙合進(jìn)行導(dǎo)向行走，并在升降臺(tái)另一側(cè)輔配兩個(gè)滾動(dòng)輪，使升降臺(tái)有在行進(jìn)中具有更高的穩(wěn)定性；當(dāng)平臺(tái)停于工作面某一位置進(jìn)行作業(yè)時(shí)，底座煤壁側(cè)能伸出千斤頂支腿裝置，保證整個(gè)平臺(tái)的穩(wěn)定性和安全可靠。升降部采用雙鉸接剪叉式液壓升降裝置，靠剪刀式支承架的展開與折疊來實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的平穩(wěn)升降，其動(dòng)力是通過液壓千斤頂?shù)纳炜s來推動(dòng)剪刀支承架的展開與折疊，頂端設(shè)置作業(yè)圍欄，保證工作人員的安全防護(hù)。

圖1為某煤礦大采高工作面作業(yè)升降平臺(tái)第3套方案初步設(shè)計(jì)方案圖，無潤(rùn)滑摩擦系數(shù)為0.15，升降平臺(tái)升降部分的主要機(jī)械部分由平臺(tái)、5副剪叉臂及底架組成。最大起升高度為6.5 m；提升重量 500 kg，最大外形尺寸長(zhǎng)×寬×高=2 430 mm×2 280 mm×1 980 mm(拆去護(hù)欄)；工作臺(tái)尺寸長(zhǎng)×寬=1 930 mm×1 150 mm；配套動(dòng)力采用液壓支架高壓乳化液，供液壓力31.5 MPa，見圖2和圖3，作業(yè)升降平臺(tái)作業(yè)平臺(tái)自重約2.5 t.

圖1 某煤礦大采高工作面作業(yè)升降平臺(tái)第3套方案初步設(shè)計(jì)方案圖

圖2 某煤礦大采高工作面作業(yè)升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖3 某煤礦大采高工作面作業(yè)升降平臺(tái)液壓系統(tǒng)

4 工作面剪叉式液壓升降平臺(tái)底座設(shè)計(jì)

由于工作面應(yīng)急液壓升降平臺(tái)所處的環(huán)境特殊，因此剪叉式液壓升降平臺(tái)底座較我們常見的剪叉式液壓升降平臺(tái)不同，如圖4所示，升降平臺(tái)的底座安裝在綜采工作面刮板輸送機(jī)上，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過兩個(gè)與采煤機(jī)鏈輪相類似的鏈輪與刮板輸送機(jī)上的齒軌(俗稱銷排)嚙合實(shí)現(xiàn)行走，另有兩個(gè)滑輪與刮板輸送機(jī)另一側(cè)接觸，最右側(cè)還有兩個(gè)撐靴，在升降平臺(tái)工作時(shí)撐靴液壓缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)支撐，保證升降平臺(tái)的穩(wěn)定性。

圖4 某煤礦綜采工作面液壓升降平臺(tái)底座

5 平臺(tái)存放位置選擇

工作面升降作業(yè)平臺(tái)平常未使用時(shí)，解體存放在回風(fēng)巷中，液壓系統(tǒng)外露的接口須用塑料堵(帽)進(jìn)行封堵，防止煤粉或雜物進(jìn)入液壓系統(tǒng)中，需要使用時(shí)再進(jìn)行組裝。

6 平臺(tái)工作前的組裝

1) 將支撐輪、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、底座、支撐千斤頂分別運(yùn)至機(jī)尾側(cè)。

2) 將底座用木塊在刮板輸送機(jī)墊平，將支撐輪、支撐千斤頂、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組裝在底座下，用專用銷軸將底座鎖于刮板輸送機(jī)上。

3) 將起升機(jī)構(gòu)運(yùn)至機(jī)尾側(cè)，起升機(jī)構(gòu)安裝于底座上面進(jìn)行固定。

4) 將閥類、管路及連接件逐一進(jìn)行組裝，并將液壓系統(tǒng)的進(jìn)、回液與液壓支架連接起來。

5) 檢查各件的組裝正確、齊全(機(jī)械鎖安裝準(zhǔn)確)。

7 平臺(tái)的工作過程

1) 操作現(xiàn)場(chǎng)須有專人統(tǒng)一指揮，進(jìn)入液壓升降平臺(tái)上面的工作人員安全保護(hù)設(shè)施佩戴齊全。

2) 檢查液壓系統(tǒng)連接正確、齊全。

3) 解除液壓升降平臺(tái)的行走機(jī)械鎖。

4) 點(diǎn)動(dòng)操縱閥前進(jìn)(或后退)手柄，確定液壓升降平臺(tái)的行走方向，然后操作操縱閥前進(jìn)(或后退)手柄，使液壓升降平臺(tái)行走至所需位置。

5) 鎖死液壓升降平臺(tái)的行走機(jī)械鎖。

6) 操作操縱閥左右支腿伸手柄，調(diào)平液壓升降平臺(tái)。

7) 工作人員進(jìn)入液壓升降平臺(tái)的作業(yè)平臺(tái)。

8) 平緩操作升降裝置的上升手柄，使作業(yè)平臺(tái)升至合適的高度。

9) 工作人員開始作業(yè)。

10) 工作人員作業(yè)完畢后，平緩操作升降裝置的下降手柄，使作業(yè)平臺(tái)降至最低高度，工作人員撤出作業(yè)平臺(tái)。

11) 操作操縱閥左右支腿收手柄，將左右支腿收到最短。

12) 解除液壓升降平臺(tái)的行走機(jī)械鎖。

13) 操作操縱閥前進(jìn)(或后退)手柄，使液壓升降平臺(tái)行走至機(jī)尾。

14) 拆解液壓升降平臺(tái)。

15) 運(yùn)送、存放到規(guī)定位置。

8 結(jié) 語

本文通過對(duì)一次采全高綜采工作面特殊條件全面調(diào)研，結(jié)合剪叉式液壓升降平臺(tái)現(xiàn)狀、某煤礦厚煤層一次采全高工作面現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，綜合利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，確定了厚煤層一次采全高工作面應(yīng)急升降作業(yè)平臺(tái)參數(shù)、設(shè)計(jì)了厚煤層一次采全高工作面應(yīng)急升降作業(yè)平臺(tái)專用底座，對(duì)升降平臺(tái)的存放位置、組裝等方面進(jìn)行深入分析，確定了綜采工作面應(yīng)急作業(yè)升降平臺(tái)的基本參數(shù)、擺放位置、組裝方式和工作方式，并在某煤礦厚煤層一次采全高工作面應(yīng)用后，可方便的將工作人員升至合適高度，進(jìn)行事故處理、控制事故進(jìn)一步擴(kuò)大，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，節(jié)約時(shí)間，提高事故處理效率，待進(jìn)一步試驗(yàn)優(yōu)化后，可考慮在地質(zhì)條件、綜采工作面參數(shù)類似的礦井推廣使用。