俄霍布拉克煤礦重型液壓支架地面解體下井及井下運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備提檔升級，重量和外形尺寸增加，使得原有礦井輔助運輸系統不能滿足支架大型設備下井和運輸的情況，提出了地面解體下井，運輸到位再組裝的方案，從而保證了支架的快速拆卸、搬運、組裝，經過實際應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。

關鍵詞：重型；支架；解體；下井；運輸；組裝；研究

1 概述

俄霍布拉克煤礦（簡稱俄礦）是徐礦集團早期援疆項目，位于新疆庫車縣境內，地處南天山中部，海拔+1920m，生產能力600萬噸/年，目前在進行1000萬噸/年改擴建。隨著礦井改擴建，機械化水平提高，采掘設備不斷提檔升級，向高產能、大型化、重型化方向發展，設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、輔助運輸設備、井巷、車場等不能滿足大型物件如支架、皮帶機、刮板運輸機頭尾等的下井和運輸需求，制約了礦井安全生產，迫切需要解決設備下井和安全運輸問題。

2 俄礦副井絞車最大運能

絞車型號：JK-2.5/31.5，電壓等級：6KV；功率：280KW；廠家：四川廣元機械設備廠；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（出自鋼絲繩檢驗報告），礦井平板車重2.2t/輛，鋼絲繩安全系數m≥6.5，絞車最大靜張力Fj=90KN。

反算最大運輸能力：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

反算允許最大運輸重量G1=26.85t。

3 俄礦副井、甩道及主要運輸巷參數

3.1 俄礦副井井筒為拱型，錨桿錨噴支護，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 副井上滑板安全設施為液壓遠控道擋和液壓遠控連鎖安全門，由于受巷道高度的限制，安全門通過運輸物體最大高度為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。

3.3 運輸支架主要線路：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。

從以上運輸支架線路的巷道尺寸數據看出，在巷道不做任何處理的情況下，俄礦運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，需要對巷道進行臥底、挑頂處理或者對支架裝車進行減高處理，超過寬度需要刷幫或支架裝車進行減寬處理。

4 俄礦重型液壓支架參數

俄礦目前主要布置有兩個采煤工作面，一個是下1煤工作面，采用一次采全高工藝，采高3.5m，采用鄭煤機生產的ZY10000/20/38D掩護式支架167架；另一個是下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，采用鄭煤機設計，華東機械廠生產的ZF12000/25/38支撐掩護式支架108架。

4.1 下1煤支架主要技術參數

4.1.1 下1煤液壓支架型號：ZY10000/20/38D，掩護式，

適應工作面的傾角：走向±15°，傾向±25°；

4.1.2 支護高度（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 平均支護強度（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煤支架主要技術參數

4.2.1 下5煤液壓支架型號：ZF12000/25/38，支撐掩護式；

適應工作面的傾角： 走向±15°，傾向±25°；

4.2.2 支架結構高度（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 支護強度（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 運輸支架平板車技術參數

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+插銷，在斜巷使用時只允許串一輛車；

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輸能力25.85t。故在現有提升運輸裝備和井巷條件下，下1煤、下5煤支架下井運輸都需要解體。

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平板車是根據下1煤ZY10000支架固定連接孔定做的，要兼容運輸下5煤ZF12000支架，必須對平板車進行改造。

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高強螺栓進行固定，如圖1所示。

6.2 下5煤支架裝車

支架超重超高，解體后支架重心發生較大變化，靠后移，重心位置與平板車重心嚴重偏移，裝車將不穩定，容易掉道翻車。故支架與平板車固定點也要變化，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，需要在平板車兩側重新焊接適應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；電氣維護復雜，保護設置多使用可靠性差，但是價格相對便宜。

7.1.2 在巷道內組裝，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

7.2.1 在工作面順槽外部組裝后整體運輸到安裝地點。

7.2.2 在工作面切眼上口組裝后整體直接運輸到安裝地點。

7.3 優缺點比較

7.3.1 在外部組裝后整體運輸到安裝地點

（1）優點：運輸的車輛大為減少，可以有效緩解里面車場的存車壓力和車輛折返壓力，緩解運能緊張狀況，運輸效率高，加快工作面的安裝進度，提高安裝效率。

（2）缺點：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，易出現巷道支護變形、底鼓，若進行修護臥底，不僅工作量大，而且不能保持在較長一段時間內均能達到液壓支架整體運輸要求，易造成重復施工；支架較重，運輸距離長，對軌道質量、運輸人員的遵章作業要求更高。需要將600mm軌距改為900mm，前期準備工作量大。

7.3.2 在切眼上口組裝后整體運輸到安裝點

液壓支架地面解體，采用分裝分運方式到達工作面切眼上口，用專業的支架組裝車組裝，然后再轉運到工作面安裝點。

（1）優點：重車運輸距離短，對軌道的軌型、軌距要求降低，對牽引設備的能力要求降低，可以使用原來600mm軌距運輸，前期安裝對巷道、軌道系統準備工作量小、安全風險小。

（2）缺點：整個運輸系統運輸量大、里車場的存車壓力和車輛折返壓力大，效率低，工作面安裝進度慢。

綜上所述，兩種方案的比較：只要運輸能力有保證，在安全的前提下，在外組裝后直接進面安裝，一次直達運輸。在條件制約大，運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面安裝，組裝優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，運輸穩當，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 支架運輸與組裝實例分析

大型設備運輸是一個系統工程，根據礦井現有巷道的狀況、運輸設備的能力，根據運輸的安全性、運輸效率進行綜合分析，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運路線最長最復雜的下5煤5305工作面安裝為例具體說明。

8.1 運輸情況

8.1.1 副井

根據俄礦5305綜放工作面支架運輸線路實際情況，ZF12000/25/38支架在地面采用行車進行解體，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回風巷

5煤520回風巷1100m，巷道平均高度2.9m；寬度4.5m，需要臥底0.1m；采用JWB-75索車運輸，鋼絲繩直徑φ21.5mm，坡度安5°計算：

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：m=298000/38045=7.83大于3.5滿足安全運輸要求；索車牽引力80000N大于38045N滿足運輸要求。

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，巷道高度達到3.0m方可滿足運輸要求；5煤軌道下山采用帶末端制動JSDB-30雙速回絞運輸， 鋼絲繩直徑36mm，坡度安17°計算：

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：m=675000/82970=8.13大于6.5滿足安全運輸要求；絞車牽引力470000N大于82970N滿足運輸要求。

8.1.4 5305材料道

5305材料道設計高度為3.2m，寬度5.5m，長度2300 m，滿足運輸要求；采用SQ-130索車運輸，鋼絲繩φ21.5mm，坡度安6°計算：

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：m=298000/53770=5.54，大于3.5滿足安全運輸要求；索車牽引力120000N大于53770N滿足運輸要求。

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工作面的運輸需求，但由于臥底、刷幫修護、釘道造成的前期準備工作量較大、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），造成運輸車輛增多，平板車需求增大，回車壓力大，運輸速度和效率有所降低。

8.2 支架組裝實況

5305支架選擇在工作面切眼上口組裝后整體運輸到安裝地點。這種方式好處是：重車運輸距離短，前期安裝對巷道、軌道系統準備工作量小、安全風險小，但是受外部運輸速度影響，回空車較慢，往往造成組裝點空車積壓，占據車場。就整體來看安全可靠性和安裝效率大大提高，主要優點有：

8.2.1 安全性可靠性高。裝置起吊穩固，超高超重支架，從組裝點直接拉到工作面切眼安裝點，運輸距離短，用30kg/m的軌道，900mm的軌距，運輸穩當，未發生倒架、歪架、掉道現象。

8.2.2 效率高。支架組裝車全液壓操作，專業化設計，組裝方便快捷，支架對裝時前后可同時組裝前梁和尾梁，可多人作業，節省時間，加快安裝進度。每小班組裝支架5架，最多7架，滿足工作面的安裝進度，往往出現支架組裝等順槽外面的組裝件，等工作面安裝回車現象。

9 結束語

9.1 俄礦通過重型支架地面解體下井，運輸到位再組裝的方案，從而保證了支架的快速拆卸、搬運、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、不對系統進行大的改造情況下，解決大型設備下井運輸的有效手段。

9.2 通過實踐也表明礦井在井巷設計時要貫徹：今天的掘進巷道是為將來采煤或者運輸服務的，所以巷道的高度、寬度，曲率半徑，起伏角度，應該滿足回采和最大設備運輸的需要。

9.3 采掘設備提檔升級，尺寸和重量不斷加大，礦井應適時啟動對輔助運輸系統的適應性改造，滿足設備下井及運輸需求；同時要大力引進先進的輔助運輸方式，實現地面到采區無轉載直達運輸，以提高效率，保證安全。

作者簡介：陳國強（1972-），男，江蘇金壇人，畢業于中國礦業大學礦山機電專業，研究生學歷，碩士學位，現為徐礦集團天山礦業公司機電副總經理，高級工程師。