淮南矿业集团潘四东矿 安徽 淮南 232001
摘要：潘四东矿综采工作面地质条件复杂，赋存断层多，过断层时顶板破碎或丢大量顶煤，易漏顶，而且大采高综采工作面片帮、漏顶问题突出，工作面采用在支架架顶铺金属网维护顶板。当顶板破碎区域，淌、漏较严重时，需在支架架头下侧进行上料（木料或工字钢）维护，使破碎区域顶板形成整体，加强顶板支护效果。由于人员进入煤壁侧上料作业时，在工作面刮板输送机内不易作业，而且顶板破碎、煤壁片帮存在严重的安全隐患。本文根据现场实际条件，设计并安装液压机械手上料装置，该装置由液压机构组成，人员站在支架架档内操作，避免人员进入大采高综采工作面煤壁侧上料作业，消除煤壁侧上料的安全隐患，减轻劳动强度。该装置可以推广应用于类似地质条件复杂的大采高综采工作面。
关键词：大采高综采工作面；复杂地质条件；液压机械手；上料
1 概况
潘四东矿采煤工作面采用走向长臂后退式全部垮落综合机械化采煤方法。工作面地质条件复杂，回采范围内赋存异常区、断层多，另外，异常区内隐伏未知断层较多。由于过断层和异常区时，顶板应力重新分布，煤壁易片帮，顶板较破碎，为加强工作面顶板的支护质量和避免支架架间淌、漏煤矸及煤壁片帮伤人，在支架架顶铺顶金属网维护顶板。当煤壁片帮、顶板破碎严重时，需在金属网上、支架架头下沿工作面倾斜方向支设木料或工字钢，支设方法为多人协作将木料或工字钢抬至支架架头下侧，用8#铁丝将木料或工字钢两端栓在金属网上，然后再操作支架护帮板将木料或工字钢夹在于煤壁之间，维护此区域的顶帮整体性。并随工作面向外回采逐渐将木料或工字钢随金属顶网支设在顶板上，使顶板形成整体结构，加强了顶板的支护管理。
2 工作面设计机械抓手上料装置的必要性
工作面过断层或异常区期间，当煤壁片帮、顶板破碎时，人员需要进入煤壁侧上木料或工字钢维护顶帮整体性，加强支护效果。但由于频繁进入煤壁侧作业存在严重的安全隐患且劳动强度较大而且浪费铁丝等缺点，因此根据现场实际，设计发明液压机械手上料装置，做到人员在电缆槽外侧辅助将木料或工字钢放置机械抓手里，在架档内操作，自动完成上料过程。
2.1人员进入煤壁侧上料存在安全隐患
当工作面煤壁片帮、顶板破碎时，为确保将支架架头破碎顶板形成整体，需在支架架头支设物料（木料或工字钢），方法是4-5人将物料缓慢从电缆槽下侧抬至输送机内，再托木料到破碎顶板下放煤壁侧，通过用8#铁丝绑扎在金属网上，然后再操作护帮板，护实木料至煤壁，随割煤后，支架向前拉移，木料逐步随金属网进入支架架头，起到加强支护顶板作用。由于输送机刮板、溜槽比较光滑，人员在输送机内不易行走，而且人员在金属网上攀爬危险，大采高工作面普遍存在片帮问题，顶板较破碎时，容易从金属网孔、烂网处掉落矸石，因此，人员靠近煤壁侧作业存在非常严重的安全隐患。
2.2人员进入煤壁侧上料，劳动强度较大
由于木料采用直径不小于18cm，长度一般3.5-4.0m，重量约为80-120KG；工字钢采用矿用11#工字钢，每米重量为26.05KG，长度一般3.5-4.0m，重量约为90-100KG，上料时需要4-5人将物料从电缆槽外侧缓慢托运至架头下侧，作业劳动较大。
2.3采用8#铁丝栓物料，存在材料浪费
使用8#铁丝栓帮物料，一般上一根物料需要铁丝约2米，当工作面顶帮较差，为满足正常回采，需要一硐一上料，物料接茬来维护顶帮整体性，按工作面长度为150米计算，一刀煤约消耗铁丝100米，一个圆班割煤4刀，需要消耗400米铁丝。且为一次性消耗品，造成材料费用投入较多。
3 液压机械手上料装置的设计原理
液压机械手结构上由液压机械抓手和液压机械手臂组成，液压机械抓手实现将物料抓住或松开功能，液压机械手臂实现将液压机械抓手伸缩、弯曲功能。
液压机械抓手上料装置设计原理是利用液压千斤顶活柱伸缩及铰链原理，用液压机械手将物料夹住，用由液压千斤顶通过铰链组成的液压机械手臂逐渐将物料推送至煤壁液压支架侧护帮板下侧，用相邻两架护帮板将物料挤向煤帮，使物料紧贴煤帮，再操作液压机械手，松开物料，收回抓手，完成上料工序。具体可分两种情况：当煤壁片帮、顶帮破碎时，可将物料推送至架头下侧，再用上下两架护帮板将物料夹紧，然后松开抓手收回装置机械手臂，完成上料工序；当顶板淌漏严重时，煤矸从护帮板下持续淌漏，为防止造成架头空顶时，可将物料先推送至护帮板下侧，堵住煤矸，再运行输送机开出淌漏下的货，然后再逐渐收回本架伸缩梁并同时缓慢打开护帮板将物料推送至护帮板里侧，最后用上下两架护帮板将物料夹住，维护顶帮。
3.1.液压机械抓手设计关键技术。如下图1所示，利用千斤顶伸缩及铰链原理，通过扁铁焊接抓手，运用铰链，使得当千斤顶活柱伸出时，用扁铁焊接的抓手绕螺栓转动，抓口变小，抓口可以利用抓齿咬住木料或工字钢。当千斤顶活柱收回时，用扁铁焊接的抓手绕螺栓反方向转动，抓口变大，可将木料或工字钢松开。
3.2.液压机械手臂设计关键技术。
如下图2所示，液压机械手臂加工材料为：4套千斤顶，扁铁，槽钢及液压管路等。同样利用千斤顶伸缩及铰链原理，通过焊接，利用液压支架顶梁上的吊挂孔，加工基座1和基座2，将1#、2#千斤顶利用销轴分别连接在基座1和基座2上，在2#千斤顶缸体上焊接连接座、限位槽，在活柱连接孔上焊接扁铁夹板，连接座与1#千斤顶活柱连接孔铰链，限位槽用于限位2#千斤顶活柱，使其伸出和收缩时不旋转。在扁铁夹板上焊接两个连接座分别连接3#、4#千斤顶，在4#千斤顶缸体上焊接连接座和限位槽，连接座连接3#千斤顶的活柱连接孔，限位槽用于限位4#千斤顶的活柱，使其伸出和收缩时不旋转。4#千斤顶活柱连接孔与液压机械抓手螺栓连接。
利用液压原理，千斤顶1#、2#、3#、4#活柱均可独立完成伸缩，当1#千斤顶活柱伸缩时，2#、3#、4#及机械抓手绕基座2转动；2#千斤顶活柱伸缩时，可实现3#、4#千斤顶及机械手的伸缩；3#千斤顶活柱伸缩时，可实现4#千斤顶及机械手绕扁铁夹板连接座的转动；4#千斤顶活柱伸缩时，可实现机械手的伸缩。当各千斤顶联合使用时，实现了液压机械手臂的旋转、伸缩及弯曲，可顺利完成上料工序。
5 结语
根据现场实际情况，结合支架结构特征，自行设计液压机械手上料装置，该装置类似于人的手臂，可以伸缩、弯曲。该装置的使用避免人员进入煤壁侧上料作业现象，大大减轻了职工劳动强度，减少了安全隐患，同时，该装置的使用，减少了铁丝的浪费，起到了节支降耗的效用，在经济效益上同样取得明显的效果，促进了铺网大采高综采工作面安全高效生产，可广泛推广应用于铺顶网大采高综采工作面。
作者简介
潘桂如，1983生，男，安徽滁州人，2006年毕业于安徽理工大学采矿工程专业，现为淮南矿业集团潘四东矿采煤副总工程师。
论文作者:潘桂如
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/11/8
标签：千斤顶论文; 工作面论文; 顶板论文; 液压论文; 物料论文; 工字钢论文; 木料论文; 《防护工程》2017年第14期论文;