1. 引言
煤炭是我国能源结构中的支柱，煤矿的安全高效生产是源源不断提供煤炭的基础，井工煤矿占我国煤矿数量比重的90%以上，所以井工煤矿安全高效生产是原煤生产的重中之重 [1]。井工煤矿的准备巷道掘进期间传统的运输岩石的方法通常是人工利用铁锨将巷道爆破出的岩石装到罐车上再运到地面的方式来完成，有时需要两三个工人配合才能完成，工人劳动强度高且工作效率低，同时由于煤矿井下岩石巷道内环境比较恶劣，比如巷道地面不平、光线较暗或者受到巷道内其他设施的影响，工人在装运岩石时常常发生安全事故，严重影响工人工作效率，甚至造成工人伤亡，给煤矿企业带来严重的负面影响 [2]。随着科学技术的进步目前侧斜式装岩机在煤矿岩巷掘进中得到了广泛的应用，大大地降低了工人的劳动强度，促进了生产力的提高，但人工拖曳电缆仍然存在劳动强度大、效率低、安全系数小等缺点 [3]。针对这种情况我们研制了新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置有效底减轻了工人的劳动强度，极大地提高了劳动生产率，有很好的应用推广价值。
2. 提出问题
人工装卸岩石时工人劳动强度高且工作效率低，同时由于煤矿井下岩石巷道内环境比较恶劣工人在装运岩石时常常发生安全事故，严重影响工人工作效率，甚至造成工人伤亡。随着科学技术的进步目前侧斜式装岩机在煤矿岩巷掘进中得到了广泛的应用，大大地降低了工人的劳动强度，促进了生产力的提高 [4]。但是在应用过程中也暴露出许多问题，主要体现在在侧斜式装岩机行走过程中为装岩机提供动力的动力电缆需要人工拖曳，这样不仅增加了工人的劳动强度，而且还占用了许多人力资源，使劳动生产率偏低 [5]。针对这种情况我们研制了一种新型的侧斜式装岩机后电缆拖曳装置，该装置克服了传统的人工拖曳劳动强度大、效率低的弊端，大大地提高了生产效率，收到了良好的使用效果。该技术属于煤矿机械设备的技术领域，重点在于用机械方式取代人工拖曳侧斜式装岩机后电缆的工作。
该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置研制发明的目的就是克服传统的人工拖曳侧斜式装岩机后电缆存在的缺点和不足，主要有以下特点：
(1) 该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置减轻了工人的劳动强度，减少了工人的伤亡率，增加生产过程中的安全系数。
(2) 该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置的发明提高了工人的工作效率，以前拖曳侧斜式装岩机后电缆需要由两三人完成，现在只要一人即可完成，提高了企业效益。
(3) 该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置结构简单、安装使用方便、成本低、应用范围比较广泛。
该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置与传统方法相比具有以下优点：
(1) 该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置便于安装和拆除，工作原理简单；
(2) 该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置克服了以往拖曳电缆工人劳动强度大，危险性大的缺点，改善了现场的作业条件；
(3) 该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置拖曳电缆的速度快，效率高，应用前景十分广阔。
3. 解决问题
3.1. 矿井及工作面概况
斜井—立井混合式开拓方式是老石旦煤矿井田开拓方式，该矿目前主采北三采区的16#煤层，在12#煤层已经封闭完毕，16#煤层布置两个综放工作面。矿井采用中央分列式通风，全矿有4个井筒，主、副井、北三风井进风，回风立井回风。2014年6月煤炭科学研究总院重庆研究院鉴定该矿自燃倾向等级鉴定结果为12#、16#煤层均为Ⅱ类自燃煤层；最短自然发火期分别为12#煤层：59天、16#煤层：63天。2018年矿井瓦斯等级鉴定的矿井瓦斯绝对涌出量为6.52 m3/min，矿井相对涌出量2.48 m3/t，属于低瓦斯矿井。
031604运输顺槽北翼段掘进工作面位于老石旦煤矿北部第三采区的西南方向，031604运输顺槽北翼段掘进工作面东北与矿16#运输下山相毗邻，该工作面位于16#煤层露头以下700 m位置。16#煤层结构复杂属比较稳定的中厚煤层，16#煤层属于北西走向煤层，16#煤层属于北东倾向，该煤层的煤层厚度平均约为8.8 m，该层煤的倾角约为8˚~18˚，16#煤层底板以细砂岩为主有一小部分砾岩，该煤层顶板以砂页岩、页岩为主也夹杂了一部分细砂岩。031604运输顺槽北翼段掘进工作面已经掘进了970 m，该工作面采用了锚杆+金属网+锚索联合支护形式，该工作面设计的巷道形状为切圆拱形，设计的巷道断面的面积13 m2，设计巷道为5.0 m宽，巷道高度为3.9m高，拱高为1.7 m，巷道墙高为2.2 m。031604运输顺槽北翼段掘进工作面采用FBD-2 × 30 KW的局部通风机进行压入式局部通风，风筒直径为Φ1000 mm，巷道实际供给风量631 m3/min，需要风量为580 m3/min，完全能够满足供给风量的要求。
3.2. 工作原理
新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置研制的工作原理和技术方案：一种新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置如图1所示，首先在掘进巷道1中将Φ11.4 mm钢丝绳3一段固定在迎头第一排支护锚杆的一个锚杆2上将另一端固定在距离电源开关11最近的锚杆上，并在Φ11.4 mm钢丝绳3上安装上5个(可根据具体情况适当增减)防脱滑轮10；其次将推拉杆8的一端与防脱滑轮支架相连接，另一端与万向节6相连接，万向节6与原机电缆固定桩5相连接，再次每一个防脱滑轮10上安装一个电缆挂钩9，防脱滑轮支架上设置两个电缆挂钩，推拉杆8上设置三个电缆挂钩，最后将电源开关到侧斜式装岩机上的电缆逐次悬挂在电缆挂钩9上，这样就形成了一个侧斜式装岩机后电缆拖曳装置，该装置依靠防脱滑轮10在钢丝绳3上滑动来前后拖曳电缆，依靠万向节6来调整方向实现左右移动。
4. 新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置应用注意事项
该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置适用于不同条件的煤矿井下掘进巷道的侧斜式装岩机后电缆的移动，并随着侧斜式装岩机的移动实现自动拖曳电缆的目的。该装置可以减轻工人工作强度，减小伤亡率，提高工人工作效率及企业效益。新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置应用注意事项：
(1) 首先应由技术人员向工人简单介绍侧斜式装岩机后电缆拖曳装置的操作方法，是工人大致了解该装置的工作原理；
(2) 应该定期对新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置的防脱滑轮、钢丝绳、电缆挂钩、万向节以及个连接部位进行检查，发现损坏严重的应该即使更换；
(3) 日常工作时加强对侧斜式装岩机后电缆拖曳装置的维护与保养，各连接部件应该及时加油，防止干磨造成部件的损坏。
图注：1—掘进巷道轮廓；2—迎头第一排支护锚杆；3—Φ11.4 mm钢丝绳；4—侧卸式装岩机；5—原机电缆固定桩；6—万向节；7—电缆；8—推拉杆；9—电缆挂钩；10—防脱滑轮；11—电源开关。
Figure 1. Schematic diagram of cable dragging device behind side-loading rock loader
图1. 侧卸式装岩机后电缆拖拽装置示意图
5. 应用案例
老石旦煤矿031604运输顺槽北翼综掘工作面自2015年2月份进行掘进到2016年5月份遇到一个正断层需要爆破巷道断面，利用侧斜式装岩机装运岩石，侧斜式装岩机装运岩石过程中都用人工拖曳电缆，不仅劳动强度大，而且还不安全，经常发生磕手碰脚事故，自从2016年9月份使用了新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置以后基本上杜绝了磕手碰脚事故，而且工人的劳动强度也大大地降低了，具体情况如表1所示。
Table 1. Comparison of the front and rear effects of the cable towing device after using the new side-inclined rock loader
表1. 使用新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置前后效果对比一览表
由表1可以看到装岩速度提高了3倍以上，掘进工作效率提高了3.2倍，安全性也得到了大幅度地提高，收到了良好的使用效果，具有广泛的应用前景。
6. 结语
(1) 该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置告别了掘进巷道中侧斜式装岩机装岩石运动过程中依靠人力拖曳电缆的历史，该侧斜式装岩机后电缆拖曳装置适用范围广，有很好的推广应用价值。
(2) 该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置具有结构简单、制作容易，成本低、安装方便的优点，其重量轻，便于拆装，使用更换方便。
(3) 该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置的发明降低了工人生产过程中的劳动强度和劳动时间，提高了侧斜式装岩机拖曳电缆的效率，并保证了工作中的安全。
(4) 该新型侧斜式装岩机后电缆拖曳装置使用范围广，对环境的适应性强，故推广后具有较好的社会和经济效益。
参考文献