俄霍布拉克煤礦重型液壓支架地面解體下井及井下運(yùn)輸和再組裝方案研究

摘 要：本文針對俄霍布拉克煤礦采掘設(shè)備提檔升級，重量和外形尺寸增加，使得原有礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)不能滿足支架大型設(shè)備下井和運(yùn)輸?shù)那闆r，提出了地面解體下井，運(yùn)輸?shù)轿辉俳M裝的方案，從而保證了支架的快速拆卸、搬運(yùn)、組裝，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用提高了工作面倒面搬家速度，高效安全，效果良好，值得推廣。

關(guān)鍵詞：重型；支架；解體；下井；運(yùn)輸；組裝；研究

1 概述

俄霍布拉克煤礦（簡稱俄礦）是徐礦集團(tuán)早期援疆項(xiàng)目，位于新疆庫車縣境內(nèi)，地處南天山中部，海拔+1920m，生產(chǎn)能力600萬噸/年，目前在進(jìn)行1000萬噸/年改擴(kuò)建。隨著礦井改擴(kuò)建，機(jī)械化水平提高，采掘設(shè)備不斷提檔升級，向高產(chǎn)能、大型化、重型化方向發(fā)展，設(shè)備重量和外形尺寸不斷增加，使得礦井原有的副井絞車、斜巷軌道、輔助運(yùn)輸設(shè)備、井巷、車場等不能滿足大型物件如支架、皮帶機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)頭尾等的下井和運(yùn)輸需求，制約了礦井安全生產(chǎn)，迫切需要解決設(shè)備下井和安全運(yùn)輸問題。

2 俄礦副井絞車最大運(yùn)能

絞車型號：JK-2.5/31.5，電壓等級：6KV；功率：280KW；廠家：四川廣元機(jī)械設(shè)備廠；斜井提升，上拉L=1100m，α=14.5°，鋼絲繩直徑φ26mm，P=2.46kg/m，鋼絲繩最小破斷拉力總和Fmin=425.25KN（出自鋼絲繩檢驗(yàn)報(bào)告），礦井平板車重2.2t/輛，鋼絲繩安全系數(shù)m≥6.5，絞車最大靜張力Fj=90KN。

反算最大運(yùn)輸能力：Fy=425.25/6.5=65.42KN，且Fy

Fy={（G1+G2）（sinα- f1cosα）+PL（sinα-f2cosα）}×g

65420={（G1+2200）（Sin14.5°-0.011×cos14.5°）+2.46×1100

（Sin14.5°-0.11×cos14.5°）}×9.8

反算允許最大運(yùn)輸重量G1=26.85t。

3 俄礦副井、甩道及主要運(yùn)輸巷參數(shù)

3.1 俄礦副井井筒為拱型，錨桿錨噴支護(hù)，巷道寬帶4.5m、高度3.0m；+520甩道，寬度5.5m、巷道高度3.8m，曲率半徑9m。

3.2 副井上滑板安全設(shè)施為液壓遠(yuǎn)控道擋和液壓遠(yuǎn)控連鎖安全門，由于受巷道高度的限制，安全門通過運(yùn)輸物體最大高度為2.8m。軌道軌型為30kg/m，軌距600mm，軌枕為12#槽鋼與軌道焊接，軌基為混凝土澆灌基礎(chǔ)。

3.3 運(yùn)輸支架主要線路：1650大巷外段高度3.2m，里段高度2.6m；520回風(fēng)巷1100m，巷道高度2.8m；寬度4.5m；5煤軌道下山長度550m，巷道高度經(jīng)過臥底處理高度為3.2m，寬度4.5m；5305材料道巷道高度為3.1m，長度2300m。

從以上運(yùn)輸支架線路的巷道尺寸數(shù)據(jù)看出，在巷道不做任何處理的情況下，俄礦運(yùn)輸支架最大高度不超過2.8m，寬度不超過2.6m。如果超過此高度，需要對巷道進(jìn)行臥底、挑頂處理或者對支架裝車進(jìn)行減高處理，超過寬度需要刷幫或支架裝車進(jìn)行減寬處理。

4 俄礦重型液壓支架參數(shù)

俄礦目前主要布置有兩個(gè)采煤工作面，一個(gè)是下1煤工作面，采用一次采全高工藝，采高3.5m，采用鄭煤機(jī)生產(chǎn)的ZY10000/20/38D掩護(hù)式支架167架；另一個(gè)是下5煤工作面，采用綜采放頂煤工藝，采高3.2m，放煤6.5m，采放比1：2，采用鄭煤機(jī)設(shè)計(jì)，華東機(jī)械廠生產(chǎn)的ZF12000/25/38支撐掩護(hù)式支架108架。

4.1 下1煤支架主要技術(shù)參數(shù)

4.1.1 下1煤液壓支架型號：ZY10000/20/38D，掩護(hù)式，

適應(yīng)工作面的傾角：走向±15°，傾向±25°；

4.1.2 支護(hù)高度（mm）： 2000～3800；

4.1.3 額定工作阻力（KN）：10000（P=39.8MPa）；

4.1.4 初撐力（KN）： 7913（P=31.5MPa）；

4.1.5 平均支護(hù)強(qiáng)度（MPa）：0.99～1.08Mpa；

4.1.6 底座寬度（mm）： 1630；

4.1.7 支架中心距（mm）： 1750；

4.1.8 支架寬度（mm）： 1660～1860；

4.1.9 支架重量（t）： 34.5t；頂梁重量：12t。

4.2 下5煤支架主要技術(shù)參數(shù)

4.2.1 下5煤液壓支架型號：ZF12000/25/38，支撐掩護(hù)式；

適應(yīng)工作面的傾角： 走向±15°，傾向±25°；

4.2.2 支架結(jié)構(gòu)高度（mm） ：2500～3800；

4.2.3 額定工作阻力（KN）： 12000（P=37.3MPa）；

4.2.4 初撐力（KN） ： 10128（P=31.5MPa）；

4.2.5 支護(hù)強(qiáng)度（MPa） ： 1.14；

4.2.6 底座寬度（mm）： 1630；

4.2.7 支架中心距（mm）： 1750；

4.2.8 支架寬度（mm）： 16601～860；

4.2.9 支架重量（t）： 40t（其中：前梁3.5t+頂梁9.7t+尾梁2.5t）。

4.3 運(yùn)輸支架平板車技術(shù)參數(shù)

俄礦使用600mm/900mm兩種軌距重型平板車，外形尺寸一致，基本參數(shù)如下：

4.3.1 平板車型號： MPC40-6 /MPC40-9；

4.3.2 最大載重量（t）：40；

4.3.3 軌距（mm）： 600 /900，軸距：1100；

4.3.4 允許牽引力（KN）：60；

4.3.5 外形尺寸（長×寬×高）（mm）：3000×1390×450；

4.3.6 上平板尺寸（長×寬）（mm）：3000×1390（帶耳座尺寸1630）；

4.3.7 牽引裝置：鏈環(huán)+插銷，在斜巷使用時(shí)只允許串一輛車；

4.3.8 車輛自重：2.2 噸/輛。

4.4 支架裝車高度和重量驗(yàn)算

4.4.1 下1煤支架：（1）裝車后高度（mm）：450+2000=2450，

（2）裝車后總重量（t）：2.2+34.5=36.7；

4.4.2 下5煤支架：（1）裝車后高度（mm）：450+2500=2950，

（2）裝車后總重量（t）：2.2+39.8=42。

綜合分析：1煤支架裝車高度2.5m，5煤支架裝車高度2.95m大于付井運(yùn)輸高度2.8 m；下1煤、和下5煤支架裝車后重量都大于付井運(yùn)輸能力25.85t。故在現(xiàn)有提升運(yùn)輸裝備和井巷條件下，下1煤、下5煤支架下井運(yùn)輸都需要解體。

5 支架解體裝車方案

5.1 下1煤ZY10000/20/38D支架解體

5.1.1 解體部分：將頂梁解體；

5.1.2 裝車高度：解體后底座裝車高度（mm）：450+1800=2250；

5.1.3 重心位置：解體后重心位置基本保持不變；

5.1.4 解體后重量：除去頂梁重量12t，解體后底座+立柱重量=22.5t。

5.2 下 5煤ZF12000/25/38支架解體

5.2.1 解體部分：解體前梁+頂梁+尾梁；

5.2.2 裝車高度：解體后底座裝車高度（mm）：450+2380=2830；

5.2.3 重心位置：解體后重心偏移向尾梁（mm）：2705-1875=830；

5.2.4 解體后重量：除去前梁3.5t+頂梁9.7t+尾梁2.5t，解體后底座+立柱重量=24.3t。

6 支架與平板車裝車固定方案

俄礦使用的MPC40-6 /9平板車是根據(jù)下1煤ZY10000支架固定連接孔定做的，要兼容運(yùn)輸下5煤ZF12000支架，必須對平板車進(jìn)行改造。

6.1 下1煤支架裝車

平板車不需改造，支架與平板車采用4顆32*120高強(qiáng)螺栓進(jìn)行固定，如圖1所示。

6.2 下5煤支架裝車

支架超重超高，解體后支架重心發(fā)生較大變化，靠后移，重心位置與平板車重心嚴(yán)重偏移，裝車將不穩(wěn)定，容易掉道翻車。故支架與平板車固定點(diǎn)也要變化，在平板車上的位置需要重新挪動、改造。如圖2所示。

6.3 平板車改造方案

下1煤ZY10000支架固定連接耳座孔已不能用，需要在平板車兩側(cè)重新焊接適應(yīng)ZF12000支架固定的耳座，在平板車前部懸空段需要增焊端頭耳座，如圖2所示。

7 支架井下組裝方案

7.1 組裝方式

7.1.1 建立專用組裝硐室，采用電動葫蘆組裝

專用組裝硐室，硐室斷面、高度較大，前期還需要上鋼梁施工量大；起吊必須安裝兩臺電動葫蘆，起吊安全性能差，電動葫蘆受偏載易掉道或損壞電動葫蘆行走部，造成電葫蘆掉落影響安全，所以跑車需要特別加固，增加防掉落措施；電氣維護(hù)復(fù)雜，保護(hù)設(shè)置多使用可靠性差，但是價(jià)格相對便宜。

7.1.2 在巷道內(nèi)組裝，采用支架組裝車組裝

采用支架組裝車組裝，巷道施工量小，支架組裝車組裝方便實(shí)用，搬家靈活，對巷道的要求低，安全可靠，效率高。

所以只要有條件大力推廣使用支架組裝車組裝而不開鑿專門的支架組裝硐室。

7.2 確定組裝地點(diǎn)

7.2.1 在工作面順槽外部組裝后整體運(yùn)輸?shù)桨惭b地點(diǎn)。

7.2.2 在工作面切眼上口組裝后整體直接運(yùn)輸?shù)桨惭b地點(diǎn)。

7.3 優(yōu)缺點(diǎn)比較

7.3.1 在外部組裝后整體運(yùn)輸?shù)桨惭b地點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)輸?shù)能囕v大為減少，可以有效緩解里面車場的存車壓力和車輛折返壓力，緩解運(yùn)能緊張狀況，運(yùn)輸效率高，加快工作面的安裝進(jìn)度，提高安裝效率。

（2）缺點(diǎn)：整體裝車后， 支架高度增加，造成巷道的高度也要增加，巷道因長期受壓力作用，易出現(xiàn)巷道支護(hù)變形、底鼓，若進(jìn)行修護(hù)臥底，不僅工作量大，而且不能保持在較長一段時(shí)間內(nèi)均能達(dá)到液壓支架整體運(yùn)輸要求，易造成重復(fù)施工；支架較重，運(yùn)輸距離長，對軌道質(zhì)量、運(yùn)輸人員的遵章作業(yè)要求更高。需要將600mm軌距改為900mm，前期準(zhǔn)備工作量大。

7.3.2 在切眼上口組裝后整體運(yùn)輸?shù)桨惭b點(diǎn)

液壓支架地面解體，采用分裝分運(yùn)方式到達(dá)工作面切眼上口，用專業(yè)的支架組裝車組裝，然后再轉(zhuǎn)運(yùn)到工作面安裝點(diǎn)。

（1）優(yōu)點(diǎn)：重車運(yùn)輸距離短，對軌道的軌型、軌距要求降低，對牽引設(shè)備的能力要求降低，可以使用原來600mm軌距運(yùn)輸，前期安裝對巷道、軌道系統(tǒng)準(zhǔn)備工作量小、安全風(fēng)險(xiǎn)小。

（2）缺點(diǎn)：整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸量大、里車場的存車壓力和車輛折返壓力大，效率低，工作面安裝進(jìn)度慢。

綜上所述，兩種方案的比較：只要運(yùn)輸能力有保證，在安全的前提下，在外組裝后直接進(jìn)面安裝，一次直達(dá)運(yùn)輸。在條件制約大，運(yùn)能有瓶頸安全無保證的情況下，考慮在工作面上出口組裝后進(jìn)面安裝，組裝優(yōu)先采用液壓支架組裝車。俄礦下1煤支架高度低重量相對小，運(yùn)輸穩(wěn)當(dāng)，宜采用在外組裝；下5煤支架高度大、重量大，重心高宜于使用支架組裝車在切眼上口組裝，以獲得較好的安全效果和安裝效率。

8 支架運(yùn)輸與組裝實(shí)例分析

大型設(shè)備運(yùn)輸是一個(gè)系統(tǒng)工程，根據(jù)礦井現(xiàn)有巷道的狀況、運(yùn)輸設(shè)備的能力，根據(jù)運(yùn)輸?shù)陌踩?、運(yùn)輸效率進(jìn)行綜合分析，制定行之有效的施工方案，以最重的5煤支架解體和目前轉(zhuǎn)運(yùn)路線最長最復(fù)雜的下5煤5305工作面安裝為例具體說明。

8.1 運(yùn)輸情況

8.1.1 副井

根據(jù)俄礦5305綜放工作面支架運(yùn)輸線路實(shí)際情況，ZF12000/25/38支架在地面采用行車進(jìn)行解體，拆除前梁3.5t、頂梁9.7t，尾梁2.5t，底座重量24.3t。前梁+頂梁+尾梁裝+平板車裝一車重量=18.9t，底座裝+平板車裝一車重量=26.5t，均小于26.85t， 重量滿足付井絞車運(yùn)輸要求；裝車高度2.88m，大于2.8m，副井安全門需要由2.8m改造抬高到3.0m，大件方能通過。

8.1.2 5煤520回風(fēng)巷

5煤520回風(fēng)巷1100m，巷道平均高度2.9m；寬度4.5m，需要臥底0.1m；采用JWB-75索車運(yùn)輸，鋼絲繩直徑φ21.5mm，坡度安5°計(jì)算：

F={（G1+G2）（sina+f1cosa）+2PL（sina+f2cosa）}×g

F={（ 26500+2200）（sin5°+0.011×cos5°）+2.46×2200

（sin5°+0.11×cos5°）}×10=38045N。

鋼絲繩安全系數(shù)：m=298000/38045=7.83大于3.5滿足安全運(yùn)輸要求；索車牽引力80000N大于38045N滿足運(yùn)輸要求。

8.1.3 5煤軌道下山

5煤軌道下山長度560m，平均高度2.8m，寬度4.5m；需要臥底0.2m，巷道高度達(dá)到3.0m方可滿足運(yùn)輸要求；5煤軌道下山采用帶末端制動JSDB-30雙速回絞運(yùn)輸， 鋼絲繩直徑36mm，坡度安17°計(jì)算：

F={（G1+G2）（sina-f1cosa）+2PL（sina-f2cosa）}×g

F={（ 26500+2200）（sin17°-0.011×cos17°）+4.37×520

（sin17°-0.11×cos17°）}×10=82970N。

鋼絲繩安全系數(shù)：m=675000/82970=8.13大于6.5滿足安全運(yùn)輸要求；絞車牽引力470000N大于82970N滿足運(yùn)輸要求。

8.1.4 5305材料道

5305材料道設(shè)計(jì)高度為3.2m，寬度5.5m，長度2300 m，滿足運(yùn)輸要求；采用SQ-130索車運(yùn)輸，鋼絲繩φ21.5mm，坡度安6°計(jì)算：

F={（G1+G2）（sina+f1cosa）+PL（sina+f2cosa）}×g

F={（ 26500+2200）（sin5°+0.011×cos5°）+2.46×4600

（sin5°+0.11×cos5°）}×10=53770N。

鋼絲繩安全系數(shù)：m=298000/53770=5.54，大于3.5滿足安全運(yùn)輸要求；索車牽引力120000N大于53770N滿足運(yùn)輸要求。

8.1.5 綜合分析

雖然通過解體和臥底措施滿足副井下井和5305工作面的運(yùn)輸需求，但由于臥底、刷幫修護(hù)、釘?shù)涝斐傻那捌跍?zhǔn)備工作量較大、投入也較多。支架由一車分解為兩車半（底座一車，前梁和頂梁一車，尾梁半車），造成運(yùn)輸車輛增多，平板車需求增大，回車壓力大，運(yùn)輸速度和效率有所降低。

8.2 支架組裝實(shí)況

5305支架選擇在工作面切眼上口組裝后整體運(yùn)輸?shù)桨惭b地點(diǎn)。這種方式好處是：重車運(yùn)輸距離短，前期安裝對巷道、軌道系統(tǒng)準(zhǔn)備工作量小、安全風(fēng)險(xiǎn)小，但是受外部運(yùn)輸速度影響，回空車較慢，往往造成組裝點(diǎn)空車積壓，占據(jù)車場。就整體來看安全可靠性和安裝效率大大提高，主要優(yōu)點(diǎn)有：

8.2.1 安全性可靠性高。裝置起吊穩(wěn)固，超高超重支架，從組裝點(diǎn)直接拉到工作面切眼安裝點(diǎn)，運(yùn)輸距離短，用30kg/m的軌道，900mm的軌距，運(yùn)輸穩(wěn)當(dāng)，未發(fā)生倒架、歪架、掉道現(xiàn)象。

8.2.2 效率高。支架組裝車全液壓操作，專業(yè)化設(shè)計(jì)，組裝方便快捷，支架對裝時(shí)前后可同時(shí)組裝前梁和尾梁，可多人作業(yè)，節(jié)省時(shí)間，加快安裝進(jìn)度。每小班組裝支架5架，最多7架，滿足工作面的安裝進(jìn)度，往往出現(xiàn)支架組裝等順槽外面的組裝件，等工作面安裝回車現(xiàn)象。

9 結(jié)束語

9.1 俄礦通過重型支架地面解體下井，運(yùn)輸?shù)轿辉俳M裝的方案，從而保證了支架的快速拆卸、搬運(yùn)、組裝，提高了工作面倒面搬家速度，高效安全，效果良好，是礦井在不增加大的投入、不對系統(tǒng)進(jìn)行大的改造情況下，解決大型設(shè)備下井運(yùn)輸?shù)挠行侄巍?/p>

9.2 通過實(shí)踐也表明礦井在井巷設(shè)計(jì)時(shí)要貫徹：今天的掘進(jìn)巷道是為將來采煤或者運(yùn)輸服務(wù)的，所以巷道的高度、寬度，曲率半徑，起伏角度，應(yīng)該滿足回采和最大設(shè)備運(yùn)輸?shù)男枰?/p>

9.3 采掘設(shè)備提檔升級，尺寸和重量不斷加大，礦井應(yīng)適時(shí)啟動對輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的適應(yīng)性改造，滿足設(shè)備下井及運(yùn)輸需求；同時(shí)要大力引進(jìn)先進(jìn)的輔助運(yùn)輸方式，實(shí)現(xiàn)地面到采區(qū)無轉(zhuǎn)載直達(dá)運(yùn)輸，以提高效率，保證安全。

作者簡介：陳國強(qiáng)（1972-），男，江蘇金壇人，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)電專業(yè)，研究生學(xué)歷，碩士學(xué)位，現(xiàn)為徐礦集團(tuán)天山礦業(yè)公司機(jī)電副總經(jīng)理，高級工程師。