傾斜煤層綜采工作面超高絞車硐室絞車固定方式研究與分析

尹勝波

（河南能源集團(tuán)永煤公司鑫龍煤業(yè)賀駝煤礦，河南安陽455000）

煤炭作為我國的主要能源，占能源需求的60%以上[1]。近年來隨著礦井高強(qiáng)度生產(chǎn)，東部條件優(yōu)良的煤層日益枯竭，采煤基地向中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，造成現(xiàn)有開采條件及開采向深部、傾斜煤層轉(zhuǎn)移[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)傾斜煤層資源占煤炭資源總量的35%，在西南部分礦區(qū)，占比甚至高達(dá)60%以上[3-4]。而傾斜煤層綜采工作面設(shè)備安裝與緩傾斜綜采工作面有眾多不同之處，本文就提升絞車固定方式建立受力模型并進(jìn)行受力分析，選擇適合的絞車固定方式，為傾斜煤層綜采工作面提升絞車進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)。

1 工程概況

21303工作面北鄰21301采空區(qū)、南鄰近DF4斷層和21307、21309采空區(qū)、西鄰井田邊界煤柱、東鄰近南十三軌道上山和南翼總回風(fēng)巷保護(hù)煤柱。工作面斜長152m，走向長度1028m，回采二2煤，煤層厚度最小1.6m，最大4.4m，平均2.49m，煤巖類型以亮煤為主，次為暗煤、半光亮型煤。21303工作面安裝ZY3800-16/35液壓支架，使用專用平板車運(yùn)輸，兩者總重為14.5t，為運(yùn)輸?shù)淖畲笾亓?。切眼口使用的絞車型號(hào)為SDJ-28型雙速多用絞車，重量4.0t。

21303工作面煤層傾角達(dá)到19°，軌道順槽內(nèi)切眼口附近拉底后作為停車平臺(tái)，絞車硐室高度5.0~8.0m，拉底后絞車硐室情況見圖1。作為綜采設(shè)備順槽及切眼內(nèi)搬運(yùn)的主要工具——雙速多用絞車（SDJ系列）的固定成為能否安全順利安裝的關(guān)鍵。

圖1 拉底后絞車硐室剖面圖

2 絞車固定方式

綜采工作面安裝期間的提升絞車固定有基礎(chǔ)+壓戧柱、地錨+壓戧柱、地錨+鋼板三種方案，考慮到現(xiàn)場施工工期及施工難度，現(xiàn)場多選用第二、第三種絞車固定方案。

2.1 地錨+壓戧柱的絞車固定方式

絞車采取地錨+壓戧柱固定，地錨通過3根12#槽鋼及6條M24螺栓與絞車底座進(jìn)行連接。地錨數(shù)量為8根，錨桿規(guī)格為?20mm×2200mm高強(qiáng)錨桿。4根壓柱、2根戧柱，壓戧柱規(guī)格為直徑180mm圓直紅松。戧柱前傾，與頂板法線成30°角。戧柱上方頂板必須掏窩，掏窩深度不小于100mm，壓戧柱上端用專用的防倒繩固定，壓戧柱固定牢固。

2.2 地錨+壓戧柱的絞車固定方式安全驗(yàn)算

根據(jù)絞車的穩(wěn)固情況，對(duì)絞車受力建立如下模型并進(jìn)受力分析，具體見圖2。

圖2 地錨+壓戧柱的絞車固定方式絞車受力分析

式中：N1——絞車重力（G1）、壓柱壓力（F1）、底座地錨對(duì)絞車的錨固力（F2）及戧柱在鉛垂方向的分力之和；

N2——戧柱對(duì)絞車的作用力；

N3——絞車所受的摩擦力；

N4——底板對(duì)絞車的作用力；

N5——支架對(duì)絞車的作用力。

其中：

式中：M1——絞車重量，4t；

式中：n1——壓柱數(shù)量，4根；

α——壓柱承載系數(shù)，取0.25；

δ——壓柱抗壓強(qiáng)度,查表取30MPa[5]；

A——壓柱斷面積，0.182×3.14÷4m2。

式中：n2——地錨數(shù)量，6根；

τ——錨桿錨固力，實(shí)測120kN。

式中：N3——戧柱數(shù)量，2根；

α——戧柱承載系數(shù)，取0.25；

δ——壓柱抗壓強(qiáng)度，查表取30MPa；

A——壓柱斷面積，0.182×3.14÷4m2。

式中：f——絞車與底板之間的靜摩擦系數(shù)，0.2；

θ——戧柱與頂板法線夾角，30°。

式中：G2——支架及裝支架車輛的總重,14.5t；

g——9.8N/kg；

β——煤層傾角,19°；

f2——車輛在軌道上的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.02。

安全系數(shù)驗(yàn)算：

絞車穩(wěn)固安全系數(shù)大于鋼絲繩安全系數(shù)，符合要求。

因戧柱長度過長，受軸向壓力后易彎曲折斷，戧柱安全性能大大降低；另外因礦井運(yùn)輸條件及目前紅松木供應(yīng)規(guī)格限制，無法采用長度超過4.0m的紅松木，綜上傾斜煤層綜采工作面超高絞車硐室不選用地錨+壓戧柱的絞車固定方式。

2.3 地錨+鋼板的絞車固定方式

煤層傾角較大時(shí)，絞車前方停車平臺(tái)拉底量達(dá)2.0~4.5m，絞車窩高度超過5.0m。一般作為壓、戧柱柱用的木料長度最長不超4.0m，故無法采取地錨+壓戧柱的方式固定絞車，采取地錨+鋼板的固定。鋼板厚度為30mm，每根鋼板兩端各布置2根地錨。

2.4 地錨+鋼板的絞車固定方式安全驗(yàn)算

根據(jù)絞車穩(wěn)固情況，對(duì)絞車受力建立如下模型并進(jìn)行受力分析，具體受力分析見圖3。

圖3 地錨+鋼板的絞車固定方式絞車受力分析

圖中：N1——絞車重力（G1）、壓板地錨產(chǎn)生錨固力（F1）、地錨對(duì)絞車的錨固力（F2）之和；

N3——絞車所受的摩擦力；

N4——底板對(duì)絞車的作用力；

N5——支架對(duì)絞車的作用力。

其中：

式中：M1——絞車重量4t；

式中：n1——固定壓板所打地錨數(shù)量，12根；

τ——錨桿錨固力，實(shí)測120kN。

式中：n2——地錨數(shù)量，取6；

τ——錨桿錨固力120kN。

式中：f——絞車與底板之間的靜摩擦系數(shù)，0.2。

式中：G2——支架及裝支架車輛的總重，14.5t；

g——9.8N/kg；

β——煤層傾角，19°；

f2——車輛在軌道上的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.02。

安全系數(shù)驗(yàn)算：

絞車穩(wěn)固安全系數(shù)大于鋼絲繩安全系數(shù)，符合要求。

3 結(jié)論

在傾斜煤層工作面超高絞車硐室采用錨桿+鋼板方式固定的絞車，安裝期間能夠滿足提升支架等大件設(shè)備安全需求，使用期間未發(fā)生滑移、擺動(dòng)等現(xiàn)象，并已經(jīng)在永煤公司陳四樓煤礦2211、2213、2208、21111、21110、21109等傾斜煤層綜采工作面的安裝和拆除中推廣應(yīng)用，為大傾角綜采工作面絞車固定提供了一個(gè)新方法。