李村煤礦井下大型設(shè)備組裝站設(shè)計(jì)創(chuàng)新

智寶巖

(中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000)

李村煤礦位于山西省長子縣城西南2.5km處，一期建設(shè)規(guī)模3.0Mt/a。采用立井開拓，共布置有主立井、副立井和中央回風(fēng)立井三個(gè)井筒，均采用凍結(jié)法施工。其中副立井井筒凈直徑8.2m、深度596.8m，裝備兩套提升設(shè)備：一套為1.5t礦車雙層四車非標(biāo)加寬罐籠和窄罐籠，另一套為平衡錘和交通罐籠。井下的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)采用“有軌”與“無軌”相結(jié)合的方式，在井底車場、軌道石門、進(jìn)風(fēng)石門鋪設(shè)900mm軌距、38kg/m的鋼軌，采用蓄電池電機(jī)車牽引各類礦車，大巷及采區(qū)內(nèi)均采用無軌膠輪車運(yùn)輸[1-4]。

根據(jù)井筒裝備及輔助運(yùn)輸系統(tǒng)情況，井下設(shè)有大型設(shè)備組裝站，硐室總長度72m，凈寬8.0m，凈高9.2m。主要功能：一是為大型設(shè)備(如液壓支架、采煤機(jī)等)組裝、拆解服務(wù)，二是實(shí)現(xiàn)“有軌運(yùn)輸”與“無軌運(yùn)輸”的相互轉(zhuǎn)換[5-7]。

1 大型設(shè)備組裝站設(shè)計(jì)探析

1.1 組裝站位置分析

為了減少散件運(yùn)輸?shù)木嚯x，組裝站宜靠近井底車場布置；為了提高輔助運(yùn)輸線效率，硐室位置的選擇應(yīng)避免無軌系統(tǒng)和有軌系統(tǒng)的線路的交叉，且各自的運(yùn)輸線路應(yīng)簡捷順暢。同時(shí)，考慮組裝站硐室斷面較大，為了便于施工和有利于支護(hù)，硐室位置應(yīng)選在為圍巖條件較好的區(qū)域。綜合考慮，李村煤礦大型設(shè)備組裝站布置在井底車場繞道與2號(hào)進(jìn)風(fēng)石門西側(cè)。硐室入口與車場繞道相連，軌道系統(tǒng)由該口接入，為了方便礦車進(jìn)出，入口采用三角交岔點(diǎn)布置形式，避免了單口進(jìn)出需要在車場繞道調(diào)車的問題，減少了對(duì)車場正常運(yùn)輸?shù)母蓴_。硐室出口與2號(hào)進(jìn)風(fēng)石門相連接，膠輪車由該口進(jìn)出組裝站。

1.2 組裝站裝備選型

目前，國內(nèi)很多立井提升系統(tǒng)的礦井均設(shè)有井下設(shè)備組裝、換裝站，站內(nèi)設(shè)備主要以防爆電動(dòng)葫蘆雙梁起重機(jī)為主。起重機(jī)具有吊裝能力大，吊裝速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于井下大型設(shè)備整體換裝，但作為組裝設(shè)備，采用的電動(dòng)吊鉤調(diào)整精度較低，尤其是雙吊鉤情況下，吊鉤間的相互協(xié)調(diào)能力較差，造成組裝效率較低[8-12]。

1.2.1 選型依據(jù)

李村礦井組裝站擔(dān)負(fù)大型設(shè)備組(拆)裝和有軌至無軌換裝的任務(wù)，日常使用頻繁。結(jié)合礦井提升裝備和井下設(shè)備情況，組裝站主要組裝設(shè)備有液壓支架、采煤機(jī)、重型膠輪車等。礦井液壓支架選用ZY13000-28/62D型大采高支架，重達(dá)52t，長8.4m，寬1.65m。根據(jù)副井寬罐籠下方重量和尺寸要求，該支架需拆解為三部分下井，因此支架組(拆)裝工作量大。

1.2.2 設(shè)備選型

為了提高支架組裝效率，設(shè)計(jì)選用了YZ35/9/3.6型組裝機(jī)，該機(jī)是組裝和拆卸大、重型液壓支架的專用設(shè)備，主要由底梁、立柱、頂梁、滑輪組、輔助起吊裝置等五大部分組成，采用液壓驅(qū)動(dòng)。底梁裝有驅(qū)動(dòng)行走裝置，滿足整機(jī)行走要求；四根立柱每根內(nèi)部均裝有提升液壓缸，提供起吊動(dòng)力；頂梁部分加固了機(jī)架整體強(qiáng)度和剛度。通過四個(gè)操縱閥分別控制四個(gè)提升油缸伸縮，來完成各個(gè)吊鉤的單獨(dú)升降動(dòng)作，而吊鉤之間的平衡靠專用的單鉸雙鉤平移裝置來協(xié)調(diào)，可以有效的保證四個(gè)吊鉤的獨(dú)立與同步運(yùn)動(dòng)有效結(jié)合。

考慮井下?lián)Q裝任務(wù)量也較大，為了滿足液壓支架組裝完成后的整體起吊換裝，設(shè)計(jì)在組裝站內(nèi)還布置有1臺(tái)QB(32+32)T-7.1m型防爆電動(dòng)葫蘆雙梁起重機(jī)，最大起吊重量為64t，行走機(jī)構(gòu)軌道中心距為7.1m。

1.3 硐室整體布置

1.3.1 平面布置

根據(jù)硐室軌道、膠輪車出入口布置情況，液壓支架組裝機(jī)靠近硐室北側(cè)布置，便于軌道運(yùn)輸散料的進(jìn)出；考慮液壓支架組裝完成后的整體吊裝，防爆電動(dòng)葫蘆雙梁起重機(jī)行程與液壓支架組裝機(jī)行程有一段重合。液壓支架組裝機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)，硐室北入口附近布置液壓站硐室；在液壓站硐室對(duì)面布置配電硐室；由于液壓支架組裝機(jī)高度較高，在液壓站、配電室對(duì)應(yīng)硐室段，即北入口6.7m范圍內(nèi)，按照不布置起重機(jī)考慮，作為組裝機(jī)停放區(qū)。

組裝站內(nèi)既要運(yùn)行電機(jī)車、礦車，又要行駛無軌膠輪車，為了減少交叉、提高效率，合理布置軌道、線路尤為關(guān)鍵。硐室內(nèi)布置雙軌，軌道中心距3020mm，兩股軌道通過道岔連接，滿足液壓支架組裝機(jī)布置和硐室內(nèi)調(diào)車需要。液壓支架組裝機(jī)軌距為2190mm，該部分軌道敷設(shè)長度為20m，跨軌距900mm礦車軌道重合布置。組裝站硐室平面布置如圖1所示。

圖1 組裝站硐室平面布置圖(mm)

1.3.2 斷面布置

影響硐室斷面布置的因素，主要有設(shè)備外形尺寸、吊裝高度、牛腿布置形式等。液壓支架組裝機(jī)外形尺寸(長×寬×高)：5470mm×3160mm×5822mm；防爆電動(dòng)葫蘆雙梁起重機(jī)行走輪中心距為7100mm，設(shè)備高度為2929mm。根據(jù)設(shè)備換裝要求，吊鉤起吊高度應(yīng)大于等于4.4m。起重機(jī)行走軌道，采用混凝土牛腿支撐結(jié)構(gòu)。為了減少硐室斷面，提高空間利用效率，牛腿柱腿與巷道支護(hù)結(jié)合布置。

按照常規(guī)硐室斷面布置，起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)與硐室內(nèi)壁間隙較小，造成行走機(jī)構(gòu)內(nèi)部檢修及齒輪更換極為困難。針對(duì)這個(gè)問題，李村大型設(shè)備組裝站在斷面布置進(jìn)行了優(yōu)化，增加了起重機(jī)檢修硐室。硐室斷面布置如圖2所示。

圖2 硐室斷面布置圖(mm)

1.4 硐室支護(hù)設(shè)計(jì)

由于硐室斷面尺寸較大，根據(jù)井底車場及進(jìn)風(fēng)石門揭露圍巖巖性分析，經(jīng)過模擬計(jì)算，李村煤礦井下大型設(shè)備組裝站采用“錨網(wǎng)索噴+鋼筋混凝土拱碹+底錨桿+鋼筋混凝土底拱”的支護(hù)形式，以有效控制圍巖變形，確保硐室支護(hù)安全、穩(wěn)定。

1.5 牛腿及立柱設(shè)計(jì)

目前，井下設(shè)備組裝、換裝站內(nèi)起重機(jī)運(yùn)行軌道支撐牛腿及立柱主要有兩種形式，一種為鋼結(jié)構(gòu)，另一種為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。李村煤礦井下大型設(shè)備組裝站起重機(jī)，最大起吊重量達(dá)64t?？紤]起重機(jī)起吊重量大，井下氣候潮濕，且硐室支護(hù)采用鋼筋混凝土拱碹結(jié)構(gòu)，因此組裝站牛腿及立柱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。牛腿立柱布置對(duì)比如圖3所示。

調(diào)研過程中，發(fā)現(xiàn)很多井下?lián)Q裝站、組裝站起重機(jī)牛腿立柱凸入硐室內(nèi)部見圖3(b)，擠占了硐室有效空間，也不美觀。為了提高硐室空間利用率及美觀實(shí)用性，設(shè)計(jì)將“牛腿立柱”與“鋼筋混凝土拱碹支護(hù)層”合并設(shè)計(jì)，牛腿立柱位置局部擴(kuò)挖外凸布置見圖3(a)，在保證立柱寬度滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的同時(shí)，減少了掘進(jìn)斷面(圖3(b)中L′)。

圖3 牛腿立柱布置對(duì)比示意圖

2 大型設(shè)備組裝站設(shè)計(jì)創(chuàng)新

結(jié)合對(duì)潞安礦區(qū)、晉城礦區(qū)調(diào)研發(fā)現(xiàn)的問題，在李村大型設(shè)備組裝站設(shè)計(jì)中進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，并結(jié)合當(dāng)前液壓支架組裝設(shè)備情況，對(duì)組裝站整體設(shè)計(jì)進(jìn)行了創(chuàng)新。

1)采用“起重機(jī)+支架組裝機(jī)”相結(jié)合布置方式。目前國內(nèi)多數(shù)換裝、組裝站采用防爆電動(dòng)起重機(jī)作為換裝、組裝設(shè)備，起重機(jī)作為換裝設(shè)備效率高、使用方便，但存在起吊平衡性差、對(duì)接精度低等缺點(diǎn)，造成作為組裝設(shè)備時(shí)效率低。而液壓支架組裝機(jī)主要用于工作面切眼附近液壓支架組裝，效率較高，但基本應(yīng)用于軌道運(yùn)輸?shù)牡V井。針對(duì)起重機(jī)、液壓支架組裝機(jī)各自特點(diǎn)，并結(jié)合李村礦井輔助運(yùn)輸方式，設(shè)計(jì)首次在該礦大型設(shè)備組裝站采用了 “起重機(jī)+支架組裝機(jī)”相結(jié)合布置方式，提高了組裝、換裝效率。根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，采用液壓支架組裝機(jī)，組裝效率較起重機(jī)提高了4倍。

2)提出了檢修硐室設(shè)置形式。在調(diào)研的組裝、換裝站中，均未設(shè)置起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)的檢修硐室，針對(duì)投產(chǎn)使用時(shí)間較長的換裝站反饋，由于行走機(jī)構(gòu)與巷壁間距較小，無法進(jìn)行行走機(jī)構(gòu)檢修及齒輪更換工作。針對(duì)調(diào)研發(fā)現(xiàn)問題，李村煤礦井下大型設(shè)備組裝站在設(shè)計(jì)中增加了起重機(jī)檢修硐室，有效的解決了該問題。

3)牛腿立柱采用外凸布置。牛腿及立柱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，立柱位置局部擴(kuò)挖，采用外凸式布置，與傳統(tǒng)的內(nèi)凸式布置相比，在硐室凈寬相同情況下，有效減小了硐室掘進(jìn)寬度，提高空間利用率。

3 結(jié) 語

結(jié)合井下無軌膠輪車運(yùn)輸在立井開拓礦井中的應(yīng)用需要，將大型設(shè)備組裝與換裝功能統(tǒng)一考慮，并對(duì)傳統(tǒng)換裝、組裝站布置形式進(jìn)行總結(jié)創(chuàng)新，針對(duì)液壓支架組裝機(jī)與起重機(jī)各自特點(diǎn)，將兩者聯(lián)合布置，既節(jié)省了投資，又提高了效率。同時(shí)，提出了起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)檢修硐室設(shè)置，完善了硐室設(shè)計(jì)內(nèi)容。對(duì)同類型礦井大型設(shè)備組裝站設(shè)計(jì)具有重要的借鑒意義。