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

（河南能源集團永煤公司鑫龍煤業賀駝煤礦，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度生產，東部條件優良的煤層日益枯竭，采煤基地向中西部地區轉移，造成現有開采條件及開采向深部、傾斜煤層轉移[2]。據統計傾斜煤層資源占煤炭資源總量的35%，在西南部分礦區，占比甚至高達60%以上[3-4]。而傾斜煤層綜采工作面設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行安全性評價。

1 工程概況

21303工作面北鄰21301采空區、南鄰近DF4斷層和21307、21309采空區、西鄰井田邊界煤柱、東鄰近南十三軌道上山和南翼總回風巷保護煤柱。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，使用專用平板車運輸，兩者總重為14.5t，為運輸的最大重量。切眼口使用的絞車型號為SDJ-28型雙速多用絞車，重量4.0t。

21303工作面煤層傾角達到19°，軌道順槽內切眼口附近拉底后作為停車平臺，絞車硐室高度5.0~8.0m，拉底后絞車硐室情況見圖1。作為綜采設備順槽及切眼內搬運的主要工具——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+壓戧柱、地錨+壓戧柱、地錨+鋼板三種方案，考慮到現場施工工期及施工難度，現場多選用第二、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螺栓與絞車底座進行連接。地錨數量為8根，錨桿規格為?20mm×2200mm高強錨桿。4根壓柱、2根戧柱，壓戧柱規格為直徑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算

根據絞車的穩固情況，對絞車受力建立如下模型并進受力分析，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）、底座地錨對絞車的錨固力（F2）及戧柱在鉛垂方向的分力之和；

N2——戧柱對絞車的作用力；

N3——絞車所受的摩擦力；

N4——底板對絞車的作用力；

N5——支架對絞車的作用力。

其中：

式中：M1——絞車重量，4t；

式中：n1——壓柱數量，4根；

α——壓柱承載系數，取0.25；

δ——壓柱抗壓強度,查表取30MPa[5]；

A——壓柱斷面積，0.182×3.14÷4m2。

式中：n2——地錨數量，6根；

τ——錨桿錨固力，實測120kN。

式中：N3——戧柱數量，2根；

α——戧柱承載系數，取0.25；

δ——壓柱抗壓強度，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，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摩擦系數，取0.02。

安全系數驗算：

絞車穩固安全系數大于鋼絲繩安全系數，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；另外因礦井運輸條件及目前紅松木供應規格限制，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，絞車前方停車平臺拉底量達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算

根據絞車穩固情況，對絞車受力建立如下模型并進行受力分析，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）、壓板地錨產生錨固力（F1）、地錨對絞車的錨固力（F2）之和；

N3——絞車所受的摩擦力；

N4——底板對絞車的作用力；

N5——支架對絞車的作用力。

其中：

式中：M1——絞車重量4t；

式中：n1——固定壓板所打地錨數量，12根；

τ——錨桿錨固力，實測120kN。

式中：n2——地錨數量，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，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摩擦系數，取0.02。

安全系數驗算：

絞車穩固安全系數大于鋼絲繩安全系數，符合要求。

3 結論

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備安全需求，使用期間未發生滑移、擺動等現象，并已經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用，為大傾角綜采工作面絞車固定提供了一個新方法。