1. 引言
作为我国能源中的支柱产业的煤炭行业经历过漫长而曲折的过程，在这个漫长而曲折的过程中安全是贯穿始终的主线，只有在确保安全的前提下才能够为我国的工业生产提供源源不断的动力。而且在我国煤矿的占比结构中井工煤矿占到了90%以上 [1]。而综合机械化采煤工作面或综合机械化放顶煤采煤工作面是目前井工煤矿工作面回采的主要回采方式。但是工作面安全高效地回采的可靠保证是做好回采巷道的超前支护工作 [2]。我国煤矿采煤工作面进回风巷道的超前支护工作长久以来主要是依靠靠人工肩扛来完成的。这样的弊端主要表现在以下几个方面：一是井下环境潮湿、恶劣，光线比较暗淡，视野不开阔；二是路面凸凹不平；三是人工搬运单体液压支柱时劳动强度比较大，速度慢，效率低下，成本高；四是人员之间配合不好的话极其容易发生工伤事故，给员工个人及其家庭造成巨大伤害 [3]。前人也曾经想过很多方法来解决这个技术难题，有的曾经铺设圆木，在圆木上滚动运输，还有的曾经铺设铁板，通过减少摩擦阻力的方式来解决运输的问题，虽然都不同程度上减轻了工人的劳动强度，但是办法比较笨重，而且增加了运输圆木、铁板等辅助运输设备的工作量，工作效率偏低，在现场应用的越来越少。针对这种不利情况本论文阐述了一种新型手摇伸缩式单体柱运输车的设计，该新型手摇伸缩式单体柱运输车的设计目的主要是运用机械的方式完成煤矿采煤工作面进回风巷道的超前支护所用液压单体支柱的使用和回收的搬运工作，这样不仅能够减轻工人的体力劳动提高工作效率，还能够确保安全生产，为煤矿工作面安全回采提供了技术保障和理论依据 [4]。实施方法为：将新型手摇伸缩式单体柱运输车推到单体液压支柱前，用弧形限位抱卡把单体液压支柱固定在单体液压支柱支撑架上，摇动手柄从而带动伞齿转动，通过丝杠连接件来回伸缩，使单体液压支柱形成直立或放倒在运输车上。该技术是煤矿机械运输工具的技术改造范畴，突出的中心思想是依靠科技进步代替人力劳动，使得单体液压支柱运输工作更为轻松和简单 [5]。
2. 问题的提出
2.1. 矿井及工作面概况
国家能源集团公司某矿井采用中央分列式通风，全矿有4个井筒，其中副斜井、主斜井、16#进风井为矿井的主要进风井筒，而回风立井是矿井的主要回风井筒，矿井井田是以立井和斜井混合开拓方式，该矿目前煤层是16#煤层，在16#煤层的北三采区布置了一个综放工作面 [6]。2019年6月内蒙古煤炭科学研究院对该矿的16#煤层进行了鉴定工作，鉴定结果为16#煤层是II类自燃煤层；最短自然发火期是63天 [7]。2019年7月内蒙古煤炭科学研究院对该矿矿井瓦斯等级进行了鉴定工作，鉴定结果显示的该矿的矿井瓦斯相对涌出量2.48 m3/t，矿井瓦斯绝对涌出量为6.52 m3/min，是一座低瓦斯矿井 [8]。16402工作面位于16煤运输大巷左翼，031604、16402工作面西北侧。其南面为10405工作面，西面为未开采区，16402工作面上方无任何耕地、建筑物等设施，由于16402工作面是综合机械化放顶煤工作面，倾斜长180 m，走向长度2417 m，煤层厚度7.5 m~8.8 m，平均厚度8.5 m，可采储量497万吨，全部垮落法管理顶板。该工作面批准于2021年7月中上旬开始回采，预计回采结束时间2026年11月。
2.2. 问题的提出与分析
在16402工作面运输顺槽和回风顺槽的超前支护是使用的单体液压支柱，在单体液压支柱搬运工作常常靠人工肩扛的方式来完成，这样的弊端主要表现在以下几个方面 [9]：一是井下环境潮湿、恶劣，光线比较暗淡，视野不开阔；二是路面凸凹不平；三是人工搬运单体液压支柱时劳动强度比较大，速度慢，效率低下，成本高；四是人员之间配合不好的话极其容易发生工伤事故，给员工个人及其家庭造成巨大伤害 [10]。
怎样才能够保证安全高效地运输单体液压支柱，该矿工作人员最后研制出一种新型手摇伸缩式单体柱运输车，该新型手摇伸缩式单体柱运输车的设计目的主要是运用机械的方式完成煤矿回采巷道超前支护中单体液压支柱回收搬运工作，不仅成本低，可靠性比较好，而且安全性比较好，深受工人们的欢迎。
3. 新型手摇伸缩式单体柱运输车的实践应用
3.1. 新型手摇伸缩式单体柱运输车的工作原理
该新型手摇伸缩式单体柱运输车研制的目的：克服传统单体液压支柱搬运转移工作的缺陷，提高了工作效率，杜绝了磕手碰脚事故的发生，促进了企业的安全生产。
本手摇伸缩式单体柱运输车研制的工作原理和技术方案：一种新型手摇伸缩式单体柱运输车如图1所示。研究的基础工作主要是运用了机械制造专业《机械基础》中圆锥齿轮传动不仅具有可以远距离传动动力还能够改变方向的原理以及四连杆机构能够改变运动形态和运动方式的力学传动原理，研究工作的人员必须具有扎实的机械专业背景知识，同时还要具有丰富的实践经验，并能够准确地运用机械技术语言机械制图将工作原理准确地表达出来，因此对研究团队整体素质要求较高。具体工作原理如下：首先将手摇伸缩式单体柱运输车推到单体液压支柱前，用弧形限位抱卡把单体液压支柱固定在单体支撑架3上，摇动手柄5带动直齿圆锥齿轮6转动，并通过调节丝杠连接件2来回伸缩带动摇杆机构进行位移，最后使单体液压支柱形成直立或放倒在运输车上，解决了人工搬运单体液压支柱带来的劳动强度大，安全性差的难题。
3.2. 新型手摇伸缩式单体柱运输车的应用和注意事项
该新型手摇伸缩式单体柱运输车适用于不同条件的煤矿井下单体液压支柱转移搬运工作，加工、安装方便，回采巷道超前支护需架设单体液压支柱时即可以使用该新型手摇伸缩式单体柱运输车，以利于工作面回采工作的顺利推进，提高了工作效率，杜绝了磕手碰脚事故的发生，促进了企业的安全生产。新型手摇伸缩式单体柱运输车应用注意事项：
1) 首先必须加强对工人的安全培训和技术培训，使得工人们懂得新设备的工作原理和日常维护要领，并制定岗位责任制，提高使用效率。
2) 应该对新型手摇伸缩式单体柱运输车建立管理卡片，加强日常维护，同时坚持谁使用谁负责的原则，防止乱扔乱放。
3) 日常工作时加强对手摇伸缩式单体柱运输车的维护与保养，发现部分构件损坏后，应及时更换新部件。
(a) 主视图
(b) 俯视图1：车轮；2：调节丝杆；3：单体架；4：运输车架；5：手轮；6：直齿圆锥齿轮； 7：轴座；8：万向联轴器。
Figure 1. A new type of hand-cranked telescopic monocolumn transporter
图1. 一种新型手摇伸缩式单体柱运输车
3.3. 新型手摇伸缩式单体柱运输车的优点
该新型手摇伸缩式单体柱运输车的优点：
1) 该新型手摇伸缩式单体柱运输车告别了回采巷道搬运单体依靠工人肩扛的历史，该运输车可以运输各种型号单体。并适用于井下各回采面的超前支护，值得推广。
2) 该新型手摇伸缩式单体柱运输车成本低廉、维护方便、使用效率高、安全性能好、劳动强度低等优点。
3) 该新型手摇伸缩式单体柱运输车对环境的适应性强，使用范围广，使用后收到了较好的安全和经济效益。
4. 效果分析
16402工作面自2021年7月份进行回采以来，都用人工运输的方法运输进回风巷道打超前支护的单体液压支柱，这样不仅安全性比较差，还容易发生磕手碰脚事故，而且效率低下，是必须淘汰的作业方式，进回风巷道打超前支护自从使用了新型手摇伸缩式单体柱运输车以后抬运单体工作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，收到了良好的使用效果。
5. 结语
1) 通过使用新型手摇伸缩式单体柱运输车，降低了工人的劳动强度和安全事故的发生率。
2) 通过使用新型手摇伸缩式单体柱运输车，为其他矿井具有相似工程条件的施工提供了可供参考的价值和经验，起到了抛砖引玉的作用。
3) 通过使用新型手摇伸缩式单体柱运输车可以证明，在现有条件下通过技术改造和技术进步是能够逐步改善工人的施工条件和作业环境的，具有重要的理论和实践意义。