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1、卡缆快速紧固装置的设计与应用第一章概述一、矿井概况米村煤矿于 1966 年开工兴建， 1970 年 12 月竣工投产，原设计 能 力为 60 万吨/年，经过 1979 、 1984 年两次改扩建和 2002 年通风系统 增能改造， 2005 年矿井核定生产能力 220 万吨，米村矿现主要开 采 二叠系二 1 煤层，接替开采煤层为一 1煤层，开拓方式为立斜井 多水 平上下山开拓，分别为 35m 、 150m 、 120m ，目前 35 水平已 回采结束，矿井生产全部转入 150 水平，接替水平为 120m。井田略呈西北窄， 东南宽的样梯形， 西南面以前高村断层与王庄 煤矿分界，东南方以张湾断层为
2、界，西北和东北方向止于一1 煤层的露头，东西走向长 9Km，西北倾斜宽1.7Km3.2 Km，面积15.26K卅。 构造类型属中系，总体构造形态为走向近EW，倾向南的单斜构造、地质倾角 5° 12°。二、工程背景米村煤矿所采煤层为二叠系二 1 煤层，属典型的“三软煤层， 煤 层厚度0.321m,平均7.0m，煤层倾角8。30 °,煤层强度f=0.10.5,直接顶为砂质泥岩 518m,直接底为砂质泥岩 711m。煤巷支 护形式主要采用 29#12m 2U 型钢支护。采用 U 型钢支架时支架 梁与腿 连接局部均采用卡缆进行紧固连接， 那么卡缆螺栓的安装与紧 固就成 为
3、 U 型钢支架支护过程中尤为重要的一道工序。 在实际生产中 我们都 采用最普通的 L 型套筒扳手来紧固和拆卸 U 型钢卡缆螺栓， 它的使用过程比拟麻烦， 在使用时每转动一次螺栓都要将套筒摘下然后再对准套上再转动， 这样就在无形之中既浪费了工作循环时间又消耗了工人大量的体力，工人的平安也同时受到了一定的影响。第二章关键技术及创新点借助郑煤集团公司大力倡导 “科技创新引导矿井持续开展 的东 风，米村矿工程技术人员积极探索， 努力创新研发新技术、新装备、 新工艺，研制出了卡缆快速紧固装置， 实现了卡缆螺栓紧固与 拆卸时的套筒一次性安装， 套筒扳手连续来回扳动， 缩短了 U 型钢支架架设时间， 降低了
4、工人的劳动强度， 同时也提高了工 人的平安系数。本课题的关键技术及创新点： 双向齿轮的设计； 双向拌轮锁的设计； 实现卡缆螺栓紧固及拆卸时套筒的一次性安装； 实现套筒 扳手连续来回扳动。第三章技术路线及方案实施 一、装置结构及工作 原理卡缆快速紧固装置在外形采用了传统的 L 型套筒的外形，这种形状 很好地利用了杠杆原理， 能够起到很好的省力作用。 它的结构如图 1 所示。图1卡缆快速紧固装置1、套筒2、连接杆3、手柄4、双向齿轮5、双向拌轮锁6、双向拌轮锁弹簧卡缆快速紧固装置的工作原理主要是依靠一个双向齿轮和一个双向拌轮锁工作。 当双向拌轮锁处于正方向时，并卡入双向齿轮的卡 槽中，顺时针扳动手
5、柄即可对卡缆螺栓进行紧固，每扳动一次后在不 需要摘掉套筒的同时即可直接逆时针扳动手柄将连接杆扳回适宜位置进行下一次上紧动作，重复该动作即可实现快速紧固卡缆螺栓的作用。同样的方法将双向拌轮锁调整至反方向时，并卡入双向齿轮的卡 槽中，逆时针扳动手柄即可对卡缆螺栓进行拆卸。二、双向齿轮的设计传统的L型套筒在使用时每扳动一次都要重新摘掉然后再套上 进 行下一次扳动， 这套动作不仅麻烦， 而且也在无形中延长了卡缆紧 固 与拆卸的时间， 同时也消耗了工人大量的体力， 工人的平安也受到 了 一定的影响。如果在卡缆紧固或拆卸时不用每次都将套筒摘下然后 重新 安装，每紧固或拆卸一条卡缆螺栓只需套一次套筒，那么在
6、紧固 或拆卸卡缆时将为工人节省不少时间和体力针对这个问题，我们设计出了双向齿轮图2，在齿轮外圈设置多个卡槽用来卡住齿轮转动，将双向齿轮连接在套筒后边， 可以实现套筒在不用摘下的同时既 可以 紧固又可以拆卸螺栓。图2双向齿轮三、双向拌轮锁的设计将双向齿轮与套筒连接为一体，就可以使双向齿轮与套筒同时转动，而我们在使用时转动的是扳手，那么就需要将扳手与双向齿轮连 接起来。针对这个问题，我们设计出了双向拌轮锁图3，用来卡住双向齿轮，作为一个传力部件，它有正、反两个方向，我们可以根据需要进行调整。当把它调为正方向时，使它的弯头正向卡入双向齿 轮 的卡槽中，顺时针转动扳手即可以上紧卡缆螺栓；当把它调为反方
7、向时，使它的弯头反向卡入双向齿轮的卡槽中，即可卡住双向齿轮卡 槽的另一侧，此时逆时针转动扳手即可拆卸卡缆螺栓。图3双向拌轮锁四、实际应用在装置设计加工出来之后，我们在井下现所有掘进工作面都配备了该装置，并与原套筒进行实验比拟。经过现场屡次实验比拟，使用 原 套筒每安装一套卡缆需要五分钟左右， 而使用该装置每安装一套卡 缆 那么只需要三分钟， 安装卡缆的时间几乎缩短了一半， 而且安装的效 果 也到达了规定要求。 该装置在使用中相比原套筒大大缩短了卡缆紧 固 时间，加快了 U 型钢支架的架设速度，加快了巷道支护速度，同 时也 大大降低了工人的劳动强度， 也为工人的平安生产起到了一定的 作用。第四章 效益分析一、经济效益卡缆快速紧固装置的推广使用加快了巷道支护速度， 煤巷单进由162m/月提高到185m/月，煤巷掘进工效由每月 0.15m/工提高到每月0.173m/工；年掘进总进尺提高了 276m，可创造经济效益 60.72万元。二、平安效益卡缆快速紧固装置的推广使用降低了工人的劳动强度，缩短了卡缆紧固时间， 也就缩短了工人在不平安状态下的工作时间， 为矿井的 安 全生产起到了一定的作用。经过本装置在我矿的推广应用， 有效促进了煤 岩巷“又快又 好 掘进，表达了“以人为本、科技兴矿的战略，为矿井的高产高 效提出 了新思路、新概念、新途径。