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《夢中爐火》綜采工作面及其設備
  接連六天,我的工作都是清理遺炭。我每天請求師傅們教我操作液壓支架的技術,師傅們總是說:“不慌,操作支架簡單得很,你先學會清理遺炭吧!”

  師傅們終於肯教我操作液壓支架了,我感到高興,甚至有點興奮。我學習很認真,隻一個班的時間,就學會了基本操作技能。當然,這不能說明我已經能操作液壓支架了,因為,工作面的地質條件隨生產進度而隨時可能出現新的情況,頂板壓力也隨著生產進度而隨時變化,這就影響液壓支架操作的難易程度。只有在任何條件下都能操作支架的人,才算是能操作,也就是熟練工人了。要想達到這一步,還有較長的路要走。

  操作液壓支架,叫做“移架子”。因為支架在前進的過程中不能連續,每次只能挪移一個步距,長為0.6米。

  液壓支架的作用是,當煤層的煤被采走後就會出現一個空間,為了不使空間裡原煤層頂上的岩石(叫做頂板)冒落,影響人員的行動和機器的運轉,就使用液壓支架來支撐頂板,從而保證正常生產。

  該液壓支架是英國道梯公司生產的四柱280噸支撐式支架(液壓支架有支撐式、掩護式、支撐掩護式三種),它由四個雙套缸液壓千斤頂豎起來,作為立柱,千斤頂的缸體一端在下,可伸縮的內柱一端朝上;立柱的上端與鋼板做成的長約3米、寬1.3米、厚0.1米的一個整體構件(頂梁)的四個角連接;立柱的下面與兩個長1.2米、寬0.3米、厚0.2米平行放置的箱體(底座箱)的兩端連接,這就形成了一個四方形的立體空間;頂梁的前端與一塊長約2米、寬1.3米、厚0.1米的鋼構件(前探梁)鉸接,並用千斤頂水平支撐。前梁千斤頂的伸出與收縮,可使前探梁上、下擺動,仰角15度,俯角25度;頂梁的後端掛一個鋼板製作的擋矸石的簾子,防止采空區的上覆岩層,跨落下來的矸石竄到工作空間內;在前兩個立柱之間的頂梁上安裝了操作閥塊,有操作閥、安全閥、單向閥等;在兩個後立柱之間安裝了一個迫降用的千斤頂;在兩個底座箱箱體之間安裝了一個推移千斤頂,該千斤頂的一端與刮板運輸機連接。推移千斤頂上設置了“差壓閥”,目的是在推移刮板運輸機時,向千斤頂的前、後腔,同時供液,減少推力,保護運輸機的機槽,不被擠壓變形;各個千斤頂與各個閥用高壓膠管連接,再與液壓泵站連接,形成了液壓系統。

  液壓支架的工作原理是,乳化液泵站將壓力液體(乳化液)通過高壓膠管送到液壓支架的操作閥。挪移支架時,操縱操作閥,打開立柱的單向閥、使液壓支架的頂梁下降(該型號的支架立柱隻給後腔供液,降支架頂梁時,打開後腔的單向閥,讓後腔的液體放出,靠頂梁的自重及頂梁上方堆積的矸石重量下降)。再向前探梁千斤頂前腔供液,讓千斤頂收縮,前探梁向下擺。這樣,液壓支架承受頂板的壓力就小了。接著向推移千斤頂的前腔供液,讓推移千斤頂收縮,這時運輸機固定不動,液壓支架就向前移動了。液壓支架每次向前只能挪移一個步距0.6米。當液壓支架挪移到位後,向立柱、前探梁千斤頂後腔供液讓立柱、前探梁千斤頂伸出,將頂梁和前探梁支撐到頂板上,從而達到支護頂板的目的。

  液壓支架挪移一個步距後,前探梁就靠近煤壁,底座箱就靠近刮板運輸機。通過減壓閥向推移千斤頂的前、後腔同時供液,

因千斤頂前腔的受壓面積小,後腔的受壓面積大,故千斤頂仍然能夠伸出,但推力減小了,這樣,既能把運輸機推至煤壁,又能保證運輸機不被擠壓變形。當運輸機被推移一個步距0.6米至煤壁後,液壓支架就完成了一次作業過程。  因為液體的特性是易變形,不受壓。所以,千斤頂每完成一次伸、縮過程,進入腔裡的液體都必須回出,通過管路回流到泵站的乳化液箱內。因此,乳化液是循環使用的。

  該支架的最大支撐高度為2米,支撐寬度為1.5米(相鄰兩個支架的中心距1.5米),支撐長度約5米。初撐力60噸,工作阻力(抗壓能力)280噸。由於頂梁沒有側護板裝置,正常情況下,相鄰兩架頂梁之間有0.2米的空隙。有支架歪斜時,空隙就會增大,壓碎的頂板矸石就會從空隙中落下。在每次挪移液壓支架時,都必須用柳條扎成的把子、巴片或半圓木、圓木等材料將空隙瞞嚴,防止頂板矸石落下傷人。該支架的穩定性差,不適應傾角大於20度的工作面。

  我在基本掌握了液壓支架的技術特征、工作原理和操作技能,並被考核合格、獲得合格證後,開始觀察其它設備,並了解綜采工作面生產的全過程及所有工藝流程。

  采煤的過程有五個環節,簡單用五個字概括:落、裝、運、支、控。液壓支架隻做到了“支”的環節。

  落,就是落煤。煤在地下存在的現象是整體的。首先要把煤層破碎,讓它落下來;裝,就是用某種方法把落下來的煤炭裝到運輸機上;運,就是由運輸機把裝在上面的煤炭運走;支,煤炭被采走後留下來的空間,用支架把頂板支撐住,不讓頂板矸石冒落,從而保證生產所需要的空間;控,就是對采空區(也叫老塘)頂板的控制。

  液壓支架每向前挪移一次,整個工作空間就向前進一個步距,支架後面的空間就增大一個步距。如果不對采空區頂板進行控制處理,當空懸著的頂板面積很大時,一次性垮落後,所造成的衝擊波,可能造成整個礦井的滅頂之災。

  最原始的方法落煤,是人工用鎬從煤層暴露的一面將煤炭刨下來。後來發展到用炸藥把煤炭崩下來。綜合機械化采煤工作面是用采煤機的截割滾筒將煤炭破碎下來。

  最原始的裝煤方式是,人工用鏟子(鐵鍬)把煤鏟起來裝到筐內。後來用簡易機械向運輸機上裝煤。綜采工作面是用采煤機的截割滾筒轉動時產生的離心力,將煤炭甩到運輸機上。

  最原始的運煤方式是,人工抬筐運煤。後來發展到人工推車運煤。綜采工作面是使用大型刮板運輸機運煤。

  最原始的支護方式是,用木料打點柱支撐頂板。後來發展到用金屬摩擦支柱(活節支柱)與金屬鉸接頂梁支護。綜采工作面使用液壓支架支護。

  最原始的采空區處理方式是,順其自然。因此,歷史上曾經發生過大面積懸頂冒落,造成全礦井毀壞、傷亡很多人的慘重事故。後來采用了自然垮落法、局部充填法、全部充填法、預留煤垜法、爆破放頂法等。綜采工作面,因液壓支架的抗壓強度大,一般情況下,采用自然垮落法。如頂板岩石十分堅硬,造成大面積懸頂時,也采取爆破放頂的方法處理。即:在液壓支架後方的頂板上鑽深孔,裝炸藥爆破,破壞頂板結構,使頂板垮落。鑽孔、裝炸藥、爆破,也可以在地面進行。

  該綜采工作面所使用的運輸機為雙邊鏈、可彎曲刮板運輸機。由機頭、機尾、過渡槽、機槽、錨鏈輪、錨鏈、刮板、擋煤板、鏟煤板、電動機、液連軸器、齒輪變速箱組成。運輸機的型號,一般根據運輸機的功率而定。該工作面的運輸機,在機頭、機尾各安裝一台90千瓦的電動機,故稱180型運輸機

  機槽與老家農村用著車水的風車過水槽相似。一節機槽的長度為1.5米,寬度為0.6米。安裝時,根據工作面的長度確定使用多少節。節與節之間用螺絲連接。因機槽的厚度只有0.1米,機頭架、機尾架的高度有0.5米,所以,用一端高一端低的過渡槽(也叫跟節),分別將機頭與機槽、機尾與機槽連接。機頭架、機尾架的端頭部位裝有錨鏈輪,采空區一側裝有電動機、液連軸器、齒輪變速箱、及錨鏈拉緊裝置。

  該工作面的長度為150米,安裝了100個液壓支架。運輸機的機槽96節,加上機頭架、過渡槽和機尾架、過渡槽,運輸機的長度也是150米。鏈條、刮板要繞運輸機全長的一周(一半在機槽的上面,一半在機槽的下面),又因為是雙邊鏈,所以,鏈條的總長度為600米。一條錨鏈由13個鏈環組成,長1米。一共用了600條錨鏈連接而成。刮板的間距為1米,刮板的總數為300個。

  鏈條與鏈條之間用卡蘭(專用連接環)連接。兩根鏈條放置在機槽內的兩邊,形成雙邊鏈。把刮板橫插在兩邊鏈條上卡蘭的開口內,用螺絲固定,刮板把兩根鏈條頂靠到機槽的兩邊,使兩邊鏈條保持對稱、平行狀態。

  在運輸機的煤壁一側裝有鏟煤板、采空區一側裝有擋煤板,鏟煤板、擋煤板的長度為1.5米,與機槽長度一致,與液壓支架的寬度一致;鏟煤板的寬度為0.2米。鏟煤板的高度為0.1米,與機槽的高度一致;擋煤板的寬度為0.3米。擋煤板的高度為0.6米,上部設有電纜槽;每一塊擋煤板都對應一個液壓支架,通過推移千斤頂連接。

  液連軸器是根據離心力的原理製造的。向液連軸器內灌適量透平油(專用油),以容積的三分之二為宜。工作時,主動葉片旋轉,液體帶動從動葉片跟著轉,從而達到傳動目的。液連軸器有一個用錫做的易熔塞,當液體溫度升高到能將易熔塞熔化時,高溫液體就噴出來,使液連軸器不能起到連接作用,電動機只能空負荷運轉,這樣,電動機就不會被燒壞了。

  刮板運輸機的工作原理是:電動機轉動後,傳動液連軸器,再傳動齒輪變速箱,並將轉速減慢,然後傳動錨鏈輪。慢速轉動的錨鏈輪,帶動錨鏈和刮板在機槽內運行。它的運行形式就像大商場裡的帶式電梯一樣,不同的是,帶式電梯的台階是把人從樓下送到樓上,刮板運輸機的鏈條和刮板是把煤炭源源不斷地輸送到前面的運輸機上,或煤倉內。

  采煤機的型號是MK2。由大底(厚鋼板製成的長約9米、寬約0.7米的長方形構件)、電動機(功率200千瓦)、牽引部、兩個機頭變速箱、兩個搖臂、兩個升降千斤頂、兩個滾筒、牽引錨鏈、牽引導向輪、滑靴、弧形裝煤板等部件組成。

  采煤機全長11米,機身高1.2米。電動機與牽引部件的外形都是方的,並列安裝在大底上的中部位置;兩個機頭變速箱分別安裝在大底上面的兩端位置;兩個搖臂在兩端的煤壁一側分別與機頭變速箱連接;兩個滾筒分別安裝在兩個搖臂上的煤壁一側;弧形裝煤板與滾筒安裝在一起,可繞滾筒翻轉;升降千斤頂的一端連接大底,另一端連接搖臂。

  在牽引部件的采空區一側裝有牽引導向輪,牽引錨鏈從導向輪中穿過,錨鏈的兩端分別固定在運輸機的機頭和機尾的張緊裝置上;采煤機的電纜和防塵水管,用電纜夾子固定在一起,鋪設在運輸機擋煤板上部的電纜槽內,隨采煤機的行走而拖行。

  采煤機的滾筒上安裝了幾十個截齒(也叫煤機刀子),截齒尖部是焊接的堅硬鋒鋼。

  采煤機的工作原理是:當電動機轉動後,電動機的一端輸出軸通過齒輪傳動到一個機頭變速箱,又傳動到搖臂內的齒輪箱,再傳動到滾筒,使滾筒旋轉;電動機的另一端輸出軸,通過齒輪傳動,同時帶動牽引部內的齒輪和另一端機頭變速箱內的齒輪轉動,機頭變速箱內的齒輪又傳動搖臂內的齒輪,繼而使滾筒旋轉。兩個滾筒旋轉後,通過滾筒上的截齒把煤炭從煤壁砍下來,然後由滾筒轉動產生的離心力把碎煤甩到運輸機上。由於該采煤機滾筒上的截齒是按一條夾角30度的螺旋線布置的,甩出煤炭的角度小,不能把所有落下的煤炭都甩到運輸機上,因此,剩下的煤炭就通過與滾筒一起的弧形裝煤板,裝上運輸機。

  弧形裝煤板的寬度為0.6米,底邊與工作面底板接觸。當采煤機前進時,拖動裝煤板前進,裝煤板把碎炭向前刮,刮起來的碎炭被擠到運輸機內,同時,滾筒也把裝煤板刮起來的碎炭甩到運輸機內。這樣就完成落煤、裝煤的過程。

  該采煤機為機械裝置牽引。牽引部件設有調速和換向機構。牽引速度有3米/分鍾、6米/分鍾、9米/分鍾三個擋,根據需要可隨時調節。換向機構可使采煤機隨時前進或後退。調速與換向時,都必須停下采煤機,將操作手柄打到需要調換的位置後,方可從新起動。

  機頭變速箱設有隔離裝置,可將滾筒與傳動齒輪脫開,即使電動機轉動,滾筒也不會轉動。當人工更換截齒、或采煤機停下不生產時,都必須將滾筒隔離,防止造成事故。事實上,因沒有隔離滾筒,誤操作造成的人身傷亡事故,時有發生。

  牽引部件的牽引輪咬合牽引錨鏈,牽引輪轉動時,因為牽引錨鏈是不動的,所以采煤機就沿著錨鏈在運輸機機槽上前進了。

  采煤機滾筒的直徑有1.2米和1.5米兩種規格,可根據煤層的厚度選擇使用。當煤層厚度大於1.5米時,就通過采煤機的升降千斤頂調節滾筒升高或降低。裝煤板的換向也是通過滾筒的升降,配合采煤機行走實現的。

  轉載運輸機安裝在皮帶機道最裡端,長18米。它的尾部放置在工作面運輸機機頭的下方,它的頭部放置在前方皮帶機機尾的上方。它的工作原理與工作面運輸機相同。它的結構也與工作面運輸機相似。不同的是,它的機槽之間采用鋼性連接,並在機槽的下面用鋼板封嚴。這樣,轉載運輸機就成為一個鋼性整體,不可彎曲,而且刮板所帶的回頭煤炭不能落地,直接從底槽刮到機尾翻上來,跟上槽的煤炭一起走。轉載運輸機的中部安裝了一節拱腰形機槽和一節塌腰形機槽,從而使機頭抬高。在機頭下方的兩邊各安裝一個輪子,輪子與前方皮帶機機尾的跑道接觸,並支撐住轉載運輸機的頭部。轉載運輸機的機尾落地,機頭被架到皮帶機機尾的跑道上,之間是空懸著的,就像橋梁一樣,故叫做橋式轉載機。在轉載運輸機的下方,靠機尾部,用錨鏈固定一個液壓千斤頂,千斤頂與皮帶機尾固定的錨鏈配合,通過千斤頂的伸縮,將轉載運輸機向前挪移。一般情況下,采煤機每割下一刀煤炭,工作面就向前挪移一個步距(0.6米),轉載運輸機也隨之向前挪移一個步距(0.6米)。

  在轉載運輸機的前方是皮帶運輸機。皮帶的寬度為1米。運輸長度可達1000米,運輸能力900噸/小時。因為它的尾部隨著工作面不斷推進而不斷向前挪移,所以,它的結構比固定皮帶機複雜得多。固定皮帶機只要有電動機、變速箱、主滾筒、機頭和機尾滾筒、機頭架、機尾架、H形的架子、托輥、皮帶等部件就行了。該皮帶機還在機頭後面,緊靠機頭的位置,設有40米長的皮帶儲倉和張緊皮帶的裝置。在機尾設有供轉載運輸機向前挪移的12米長跑道。還設有向前挪移皮帶機機尾的裝置。

  當轉載運輸機向前挪移12米後,就把皮帶機尾連同跑道一起, 通過挪移裝置向前挪移12米。機頭部通過張緊裝置(跑車)將24米長的皮帶拉到皮帶儲倉內。等皮帶儲倉儲滿了皮帶,再進行回收。

  在皮帶機道的上幫一側,鋪設軌道。該軌道,一般情況下,專供開關列車使用。

  開關列車由裝電氣開關的車組、操作台車、乳化液泵車、乳化液配比箱車、變壓器車、兩個裝電纜的叉車組成。

  開關列車的位置在轉載機頭的前方。由電纜、水管、高壓膠管等與工作面各種設備連通。

  操作台是控制中心,不僅負責工作面運輸機、轉載運輸機的開動及乳化液泵的開、停。還負責與工作面及地面的聯系。開關列車也隨工作面的推進而向前挪移。一般情況下,每天挪移一次,由安設在開關列車外面的回柱絞車牽引。

  由於工作面不斷推進,采空區不斷擴大,懸頂的面積也不斷擴大,上覆岩層下沉,對采空區周圍的煤層、岩層都產生巨大的壓力。朝工作面方向產生的壓力,叫做超前壓力。該壓力在材料道、皮帶機道顯現時,使支護材料彎曲、折斷,頂板下沉或冒落,兩幫的煤炭被壓酥,底板鼓起,巷道斷面變小。為防止這樣的破壞發生,或減少被破壞力度,在工作面出口向外20米范圍內設置超前架棚,加強支護。超前壓力特別大時,可設置40米甚至更長的超前架棚,提前加強支護。超前架棚一般由液壓單體支柱與金屬鉸接梁組合,沿巷道走向扶架棚。超前架棚也隨工作面的推進,不斷回撤。回撤下來的支護材料挪到外面,重新扶架棚。
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